轮胎式集装箱龙门起重机小车拖链系统改造技术

李俊辰

（辽港控股（营口）有限公司集装箱码头分公司,辽宁 营口 115007）

拖链系统属于被动式传输系统,拖链的运行依靠运行机构的牵引提供动力。因为无需增加控制设备,所以拖链的设计安装方便,系统维护简单。由于电缆在拖链中有序排列,避免了二合一或三合一电缆的使用,最大程度的降低了电缆更换和维护的成本和风险。特别在拖链改造项目中,由于设计安装方便,无需额外提供牵引动力,改造优势明显。

1 实际应用

辽港控股（营口）有限公司集装箱码头分公司（以下简称公司）现有场桥44 台,各设备投产时间见表1。小车供电、通讯传输系统均采用拖令系统,实现电气房与小车机构、起升机构之间的供电、控制和通信等功能。公司早期购置的场桥使用年限已超过十年,尽管每年进行2次保养,但包括拖令电缆、拖令小车及其附件等拖令系统整体老化明显,在日常使用中故障率明显增加,维保成本不断提高,安全风险难以有效控制。公司计划根据小车拖令的使用时间以及使用状况分批对目前使用的拖令系统进行升级改造。在广泛参考国内各个港口的使用情况后,公司决定选择4 台场桥进行拖链系统改造,如改造效果达到预期,将根据现有拖令使用情况逐步对其余场桥进行拖链系统升级改造。

表1 公司现有场桥投产时间表

2 传输方式

轮胎式集装箱龙门起重机(以下简称场桥)是传统集装箱码头堆场管理的重要组成部分,是集装箱装卸和堆码作业的专用特种机械设备,承担了堆场内主要的集装箱的装卸、堆码工作。如图1 所示,辽港控股（营口）有限公司集装箱码头分公司（以下简称公司）场桥主体钢结构为门型结构；大车运行机构主要包括轮胎、大车电机、动力传动系统等组成,通过平衡梁与主体钢结构相连。大车运行机构可使场桥在场区内运行,寻找目标贝位,并能实现90°直角转向,使场桥可以从一个场区转移到另一个场区；小车运行机构通过在主体钢结构大梁上方铺设的小车轨道,使装有集装箱吊具的行走小车沿主梁轨道行走,进行集装箱装卸和堆码作业；起升运行机构通过在小车平台上安装的起升电机对吊具进行起降作业；吊具通过开闭锁以及20 尺和40 尺伸缩调节等动作,对目标集装箱进行锁定操作。

图1 轮胎式集装箱龙门起重机简图

场桥小车机构运行在场桥大梁上的小车轨道上,场桥司机根据作业指令可将小车运行到指定排位,通过吊具进行集装箱装卸和堆码作业,是场桥的主要执行机构之一,使用十分频繁。小车机构的可靠、稳定运行直接影响场桥设备的出勤效率,甚至影响整个码头的生产装卸效率。由于场桥小车整体运行在场桥大梁上,场桥小车与场桥主体钢结构处于相对分离的状态。小车的供电、通信需通过主体钢结构内的电缆进行供电,所以在小车正常运行时供电、通信电缆需时刻跟随小车运行。由于小车的供电、通信电缆一直处于跟随运行状态,所以需在满足小车供电、通信可靠的前提下,选择一种合适的小车供电传输方式。如图2、图3 所示,目前,在场桥上应用最多的小车供电传输方式主要有两种,拖令系统传输方式和拖链系统传输方式。

图2 拖令系统传输方式

图3 拖链系统传输方式

3 结构形式

3.1 拖令系统传输方式

目前,普遍应用于桥吊的拖令系统传输方式有两种,主动式和被动式。两种运行方式的传输原理相同,都是将供电电缆和通讯电缆通过电缆夹悬挂固定在各个拖令上,随拖令一起沿拖令轨道运行。不同之处在于主动式拖令系统增加了电动拖令,在小车高速运行工况下,可减少小车电缆承受的牵引力,起到保护小车电缆的作用,可应用在小车速度要求较高的作业环境中。

3.1.1 被动式拖令传输系统。如图4 所示,被动式拖令传输系统主要由头令、中间令、电缆夹、电缆、橡皮绳、钢丝绳、缓冲块、尾令等组成。头令安装在主小车牵引臂上跟随小车运行,为拖令系统的运行提供牵引动力。尾令安装在整个拖令轨道尾部,不随头令提供的牵引力运行,为拖令电缆提供尾部支撑。普通令的数量根据拖令电缆的长度确定,均匀安装在头令与尾令之间的拖令轨道上,在头令的牵引下跟随运行。电缆夹均匀安装在整条拖令电缆之间,用于固定电缆将电缆有序排列在一起。缓冲块安装在拖令上,减少拖令之间撞击对拖令造成损伤。两个拖令之间安装有橡皮绳和钢丝绳,用于在拖令系统运行时起到缓冲和保护拖令电缆,防止拖令电缆受拉损坏。

图4 无电机驱动式拖令简图

3.1.2 主动式拖令传输系统。如图5 所示,主动式拖令传输系统与被动式拖令传输系统整体结构相似,都由头令、中间令、电缆夹、电缆、橡皮绳、钢丝绳、缓冲块、尾令等组成。不同之处在于,主动式拖令传输系统增加了电动拖令,可以依靠拖令马达自主提供动力。在小车高速运行的情况下,特别是小车速度大于或等于210m/min,对拖令电缆具有更好的保护作用。

图5 有电机驱动式拖令系统简图

3.2 拖链系统传输方式

如图6 所示,拖链系统主要由浮动牵引头、电缆、光缆、拖链和不锈钢导向槽等组成。不锈钢导向槽一般沿小车轨道方向固定在桥吊大梁上,使拖链整体运行在导向槽内。拖链靠近大梁进线端为拖链的固定端,靠近小车端为拖链的移动端。通过小车运行提供的牵引力,无需额外的动力,移动端将牵引拖链进行移动。拖链内部可根据设备要求有序布置电缆、光缆等传输管线。移动端安装有浮动牵引头,可保障拖链不受小车影响稳定运行在导向槽内。随着拖链技术的不断进步,拖链状态监测系统越来越多的应用在拖链系统中。通过在整个拖链中安装状态监测传感器,实时监控拖链的受力情况,如果检测到拖链受力超过额定数值,状态监测系统将立刻发出信号,使小车机构立即减速、停车,保护拖链避免拖链内的电缆、光缆被拉断。

图6 拖链系统简图

4 安装工艺

4.1 拖令系统传输方式

主动式和被动式拖令传输系统整体结构形式相似,对安装工艺要求较高。由于拖令需安装在拖令轨道上,所以拖令轨道的平整度和直线度直接影响拖令系统的安装。在安装拖令系统之前需对拖令轨道进行专业检测,确保满足拖令系统的正常安装。在拖令系统的安装过程中,电缆、光缆在拖令上的排放顺序,拖令钢丝绳、橡皮绳的安装,普通拖令小车水平轮的间隙调整等,都对安装工艺有较高的要求。主动式与被动式拖令传输系统区别较大之处在于增加了电动拖令,此特殊之处需在实际安装中特别注意。在确认拖令电缆长度上,一般情况下需提供小车机构总行程的1.1-1.15 倍的拖令电缆长度。垂直方向上需提供大约4 米的安装空间。

4.2 拖链系统传输方式

拖链槽作为存放拖链的部件,与拖令轨道一样需要较高的安装工艺。拖链槽所有螺栓需用扭力扳手以额定扭矩紧固,拖链槽安装完毕后其直线度、水平度、内宽及其中心线需与小车轨道的平行度的偏差保持在规定范围内。拖链的安装需从桥吊大梁的进线处向小车牵引端进行,严格控制拖链在拖链槽内的左右间隙,并避免拖链与拖链槽之间产生摩擦。浮动头安装后的水平度应与拖链槽中心线的平行度保持在同一水平。拖链内固定的电缆、光缆等传输管线应根据管径的大小、不同管线的分类、载荷的平均分布等合理布置,不能出现在拖链内缠绕的情况。专业技术人员根据设计要求完成拖链安装后,将对拖链系统进行运行调试。在调试初期,需保持小车低速运行,观察拖链的运行情况,如发现问题,及时将小车停止运行,确保拖链系统的安全。在确认拖链电缆长度上,一般情况下需提供小车机构总行程一半的拖令电缆长度。垂直方向上需提供大约0.8 米的安装空间。

5 特点对比分析

拖令系统传输方式已广泛应用在国内港口桥吊小车机构上,经过技术的不断革新与发展。目前在技术水平成熟度、兼容性、整体运行可靠性上均已达到工业级水平。随着拖链系统的功能和技术不断成熟,现已逐渐替代拖令系统成为小车供电、通讯传输的最优解决方案。表2 为拖令与拖链传输方式的特点对比。

表2 拖令系统与拖链系统特点对比

6 实际应用对比

辽港控股（营口）有限公司集装箱码头分公司计划对4 台场桥原拖令系统进行改造,经过实际对比分析如表3 所示。

表3 拖令系统与拖链系统实际对比分析

根据以上分析,公司最终拟采用拖链系统对原拖令系统进行升级改造,4 台场桥拖链改造总费用不超过100万元人民币。

本文通过对拖令系统与拖链系统在结构形式、安装工艺、特点对比三方面的比较分析,了解了两种传输方式各自的优缺点,结合此次公司场桥小车拖令改造的实际情况,最终确定采用拖链式动力传输系统作为此次改造的最佳方案。虽然拖链系统改造费用高于在原拖令系统基础上进行改造,但从码头设备的可靠运行和后期维护成本综合分析,采用拖链系统更适合现阶段场桥改造要求。