桥吊起升卷缆系统故障原因及解决措施

许博 黄健 王顺

起升卷缆机构是桥吊的重要组成部分，也是桥吊故障多发点。随着桥吊技术的发展，传统桥吊起升卷缆系统已不能满足使用要求。本文以青岛港前湾港区三期码头为例，分析传统桥吊起升卷缆系统故障原因，提出通过设备改造和维护管理等措施来提高桥吊起升卷缆系统作业稳定性。

1 桥吊起升卷缆系统结构类型

桥吊起升卷缆系统是为了满足吊具电缆与起升机构快速同步运行而设计的集可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）、变频器、电机、制动器、减速箱、电缆卷盘等一体的电缆快速收放系统。青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统结构类型见表1。

2 桥吊起升卷缆系统故障类型

汇总2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊故障，筛选出起升卷缆系统相关故障122起，具体故障类型及占比见表2。

起升卷缆系统故障类型及占比

3 桥吊起升卷缆系统故障原因及解决措施

3.1 通信故障原因及解决措施

由表3可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊ABB电控系统通信故障占桥吊起升卷缆系统通信故障总数的81.5%。通信故障主要有以下特点：（1）故障时间较短，对作业影响不大，通常的处理方法是停电复位、紧固DP通信插头;（2）编码器控制的全变频系统是主要故障点;（3）ABB电控系统报DP820故障，但实际上DP820硬件损坏的概率较小;（4）故障集中发生于2018年青岛港前湾港区三期码头对ABB800变频器实施自主更新之后。

桥吊起升卷缆系统通信故障解决措施如下：（1）定期检查并紧固DP通信插头，制订更换周期，及时更换老旧插头;（2）定期检查通信回路24 V电源的稳定性，及时更换电压偏低或不稳定的电源;（3）定期检查电气房到司机室的通信光纤，储备足量的备用光纤。

3.2 变频器故障原因及解决措施

桥吊起升卷缆系统采用书本型变频器，具有体积小、功率小、价格低的特点。由表4可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统变频器故障主要有以下特点：（1）西门子变频器为直流母线式变频器，其数量最多，主要应用于双起升桥吊，此类变频器故障占变频器故障总数的66.7%;（2）西门子变频器的平均使用年限为15年，ABB变频器的平均使用年限为16年，丹佛斯变频器的平均使用年限为20年，安川变频器的平均使用年限为3年;（3）安川和ABB变频器的稳定性和可靠性较高，丹佛斯和西门子变频器相对逊色，主要原因在于产品过于老旧。2018年，青岛港前湾港区三期码头对6台ABB变频器实施更新，对1台ABB变频器实施升级改造，对1台故障丹佛斯变频器实施更换，对部分西门子变频器逆变单元实施更新，而其整流单元因已停产亟待升级改造。

桥吊起升卷缆系统变频器故障解决措施如下：（1）选择满足使用要求的知名品牌变频器;（2）变频器的稳定期一般为10年，因此有必要制订周期性换代计划，加快变频器升级改造步伐;（3）起升卷缆系统变频器品牌与桥吊主机构变频器品牌保持一致，以便后期更换和升级。

3.3 制动器故障原因及解决措施

由表5可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统制动器故障有以下特点：（1）故障全部集中于电机尾端安装的制动器，此结构制动器对电机输出轴实施制动，安装于电机端部与冷却风扇之间，外部有电机护罩，不利于日常检查;（2）故障时间较长，故障点排查困难，对现场作业影响较大;（3）故障集中于使用超过10年的制动器上;（4）进口制动器采购数量有限且采购周期较长，存在备件不充足的问题;（5）单独安装在减速箱上的制动器平均使用寿命较短（仅3年），但故障率为0，可见其可靠性较高，并且此结构制动器便于故障判断和检修。

桥吊起升卷缆系统制动器故障解决措施如下：（1）改造起升卷缆系统，将制动器安装在减速箱上;（2）加强制动器备件管理，确保制动器总成备件充足;（3）执行制动器更换周期计划;（4）做好日常检查保养，定期开展制动器清洁、紧固、调整等维护保养工作。

3.4 电缆故障原因及解决措施

桥吊小车架吊具电缆储缆机构按电缆排列方式不同可分为卷筒式和卷盘式：卷筒式储缆机构采用电缆平铺缠绕方式，卷盘式储缆机构采用电缆叠加缠绕方式。由表6可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统电缆故障全部集中于卷筒式储缆机构，其中：电缆出槽或乱槽占79%，导致电缆使用寿命大大缩短。在近3年设备日常维保中，青岛港前湾港区三期码头共更换12根吊具电缆，其中10根用于卷筒式储缆机构桥吊，占比达到90%，这说明卷筒式储缆机构的电缆使用寿命明显短于卷盘式储缆机构。

桥吊起升卷缆系统电缆故障解决措施如下：（1）将小车架吊具电缆储缆机构改造为卷盘式（2021年青岛港前湾港区三期码头立项2台桥吊电缆储缆机构改造项目，2022年将继续增加相关项目立项）;（2）鉴于卷筒径向窜动导致电缆防跳杆与卷筒间隙过大，进而造成电缆出槽故障，将防跳杆改造为弹簧压紧式或采用2根防跳杆将电缆固定，以降低电缆出槽概率。

3.5 系统故障原因及解决措施

由表7可见，系统故障是“丹佛斯变频器+三菱PLC”组合系统的特有故障，故障原因是吊具卷缆PLC与桥吊主PLC系统不兼容，对外部问题笼统地报以系统故障，导致故障检测缺乏针对性，严重影响故障排查效率。

系统故障解决措施如下：借对老旧变频器实施改造之机，将丹佛斯变频器更换为ABB变频器，并将三菱PLC升级为ABB ACS800 PLC，从而使系统程序逻辑清晰且接口匹配，实现故障提示准确。

3.6 电源故障原因及解决措施

桥吊起升卷缆系统电源故障排查困难，原因是起重机安全监控管理系统和变频器不显示电源故障，除了开关跳闸这一明显表征外，基本表现出变频器故障特征，从而给故障诊断和排除造成困扰。由表8可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统电源故障有以下特点：（1）电气房与小车架间拖令电缆断芯断线故障占电源故障总数的50%，此类故障全部集中于双起升桥吊拖令系统，表明双起升桥吊拖令电缆使用寿命已到，需要整体更换;（2）拖链电缆零故障，说明拖链系统在电缆保护方面具有一定优势，但仍要注意检查电缆，以免拖链电缆因外皮龜裂而发生绝缘性能下降的情况;（3）电机电源故障占电源故障总数的40%，具体包括电机接线盒内部接线端子故障、控制柜内部辅助电源接地故障和小车架分线箱内接线故障等;（4）起升卷缆系统控制柜内部24 V模块电源的可靠性直接影响卷缆控制回路的稳定性。6FFFC582-8725-4379-8D11-229B80DC57C8

桥吊起升卷缆系统电源故障解决措施如下：（1）加强拖令和拖链电缆检查，及时更换老旧电缆，提升电机电源供电可靠性;（2）检查变频器出线端到小车架卷缆电机进线端线路上各接线端是否牢固和绝缘;（3）加强小车架卷缆系统制动电阻器固定和老化情况检查，做好备件储备;（4）及时更新卷缆控制柜内部24 V辅助电源装置，确保辅助电压稳定。

3.7 电机或磁滞联轴器故障原因及解决措施

由表9可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统电机或磁滞联轴器故障有以下特点：（1）带磁滞联轴器的系统电机或磁滞联轴器故障占电机或磁滞联轴器故障总数的75%，而不带磁滞联轴器的系统电机故障只占25%，这说明磁滞联轴器是主要故障点;（2）磁滞联轴器的设计目的是增加传动中的柔性以保护吊具电缆，但实践证明其存在成本高、使用寿命短、稳定性差等缺点;（3）磁滞联轴器故障大多表现为轴承损坏，可以在日常巡检中发现异响并提前更换，但由于其与电机紧密连接，拆卸较为困难，往往需要将电机和磁滞联轴器整体更换，从而在一定程度上造成电机浪费;（4）带磁滞联轴器系统配置2台电机，全变频系统配置1台电机，前者配置的电机数量更多，导致故障点也更多。

桥吊起升卷缆系统电机或磁滞联轴器故障解决措施如下：（1）在实施升级改造时去除磁滞联轴器，改为在电机上安装编码器，其反馈信号同样能使吊具电缆得到保护，并且还能减少驱动电机数量;（2）加强对在用磁滞联轴器的润滑，延长轴承使用寿命。

3.8 编码器故障原因及解决措施

由表10可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统编码器故障有以下特点：（1）编码器故障全部集中于配备镂空式护罩的编码器，该结构编码器平均使用时间已达16年，而配备全封闭式护罩的编码器才使用3年，因此两者不具有可比性，但灰尘等外部环境对编码器的使用寿命有重要影响;（2）编码器故障主要表现为编码器轴承卡死导致编码器固定底座断裂，并且编码器信号线被电机冷却风扇绞断;（3）配备全封闭式护罩的编码器安装于电机护罩外部且护罩独立安装，使其受外部环境的影响较小。

桥吊起升卷缆系统编码器故障解决措施如下：（1）将编码器护罩更换为全封闭式护罩，提高保护效能，同时开设观察窗，便于日常检查;（2）在日常维保中增加编码器检查频次，制订编码器更换周期（如5～8年）;（3）提前定制备用编码器固定底座，以便节约维修时间。

3.9 PLC故障原因及解决措施

由表11可见，2017―2021年青岛港前湾港区三期码头桥吊起升卷缆系统PLC故障有以下特点：（1）故障全部集中于三菱PLC;（2）起升卷缆系统PLC的使用寿命基本与硬件系统同步，一般其在停产换代前的故障率极低;（3）采用三菱PLC的起升卷缆系统都发生过PLC故障，现已全部更换新PLC;（4）三菱PLC安装在司机室内的卷缆控制柜中，其余3种起升卷缆系统PLC安装在电气房控制柜中，可见司机室内的颠簸环境对PLC的稳定性和使用寿命产生一定影响。

桥吊起升卷缆系统PLC故障解决措施如下：（1）将起升卷缆系统三菱PLC更换为与桥吊主电控系统PLC品牌相同的PLC;（2）将PLC安装在电气房电控柜中;（3）储备同型号PLC备件，若旧型号备件停产，提前开展新产品选型与采购工作，掌握新型号备件更换流程、软件设置等关键环节。

4 确定桥吊起升卷缆系统改造方案

通过分析桥吊起升卷缆系统故障，总结桥吊起升卷缆系统升级改造注意事项如下：（1）4种起升卷缆系统结构类型中，带磁滞联轴器的传动系统未安装编码器，不带磁滞联轴器的全变频系统采用编码器反馈信号;（2）与磁滞联轴器的故障发生频率和维修成本相比，其在起升卷缆全变频系统中作为电缆力矩保护装置的作用可以忽略不计，因此在升级改造时可以选择不带磁滞联轴器的系统;（3）为了提高维修便利性，有必要统一起升卷缆系统与桥吊主控系统使用的变频器和PLC品牌;（4）及时升级起升卷缆系统变频器，建议先于或跟随桥吊主控系统变频器同步升级;（5）卷筒式储缆机构容易发生电缆鼓包或出槽故障，而卷盘式储缆机构运行稳定性良好，能够对电缆起到较好的保护作用;（6）为了提高工作稳定性和延长使用寿命，起升卷缆系统制动器优先选择外置独立安装在减速箱上;（7）升级后的系统采用单电机全变频模式，以减少驱动电机的数量。

通过对桥吊起升卷缆系统各机构特点的比较分析，确定“知名品牌变频器+单电机+外置制动器+振华重工卷盘+编码器”的起升卷缆系统优化改造组合方案，这也是振华重工主推的针对新桥吊设计和旧桥吊改造的组合方案。

5 桥吊起升卷缆系统维护

（1）逐步推进桥吊起升卷缆系统优化改造计划，将其整体升级为最优系统组合。

（2）做好在用桥吊起升卷缆系统维护保养工作，确保电缆、变频器、制动器等备件充足。

（3）加强拖令电缆、拖链电缆检查力度，提前更新老旧电缆。

（4）加强24 V电源装置检查力度，提前更换使用年限超过10年的电源装置。

（5）做好编码器检查、防尘、更换周期制订、更换记录等工作。

（6）加大对DP通信插头的检查力度，制订更换周期（如10年）。

（7）做好起升卷缆系统电机水密工作，定期检查电机及接线箱内接线情况。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2022-03-04）

作者简介：许博（1982―），男，高级工程师，从事集装箱码头固机设备管理工作;

黃健（1988―），男，助理工程师，从事集装箱码头岸边起重机管理工作;

王顺（1984―），男，工程师，从事集装箱码头岸边起重机管理工作6FFFC582-8725-4379-8D11-229B80DC57C8