轮胎式龙门起重机电动防风铁楔设计

朱学健 李 懿

1 海南洋浦集装箱码头有限公司 2 上海云童机电设备有限公司

1 引言

轮胎式龙门起重机(以下简称轮胎吊)非工作时段会停放在堆场的对应区域,由工作人员在适当的位置放置橡胶楔来固定轮胎吊,以满足防风需要。随着港口自动化水平的提高,需避免人员到自动化区域作业,且现有的防风铁楔主要针对岸边集装箱起重机和轨道式龙门起重机等小直径钢结构轮设计,尚无面向如轮胎吊等大直径橡胶轮起重机设备的防风铁楔。

2 现状分析

现有的防风铁楔适用轮径小,只能达到800 mm,而轮胎吊普遍达到了1 800 mm,不适用;且现有的防风铁楔提升高度仅20 mm,而轮胎吊采用充气橡胶轮胎,可能由于气压不足,提升高度不能满足要求。现有的防风铁楔,都是单机构动作,采用液压锁死阀,污染大;采用电动提升机构,提升机构持续动作通电,长时间使用情况下,容易损坏[1]。

新开发的电动铁楔针对以上问题进行改进。

(1)按照轮胎吊轮胎的直径,设计1 800 mm轮径机械结构,同时满足100 mm提升要求。

(2)增加机械挂钩机构,当高度提升到位,挂钩机构锁死提升杆,在提升机构断电的情况下,铁楔能保持在100 mm高度,保证安全可靠。

(3)通过与轮胎吊主控PLC连锁,在铁楔提升不到位时,设备不能切断安全保护。

3 电动自动防风铁楔设计

为了解决人工固定轮胎吊的问题,设计自动固定楔安装在轮胎吊的四角行走轮,由PLC控制固定楔的动作和状态。

3.1 电动防风铁楔结构

电动防风铁楔主要由铁楔提升机构和挂钩机构组成。主体结构包括铁楔、提升连杆、挂钩、铁楔连杆(见图1)。提升机构通过电机带动提升连杆动作,再通过铁楔连杆带动铁楔,将铁楔提起。挂钩机构通过电动推杆带动挂钩动作,将处于提起状态的铁楔钩住,防止大车行走过程中铁楔脱落。提升及挂钩机构均设有限位传感器来反馈机构各部件的位置。

1.挂钩 2.提升连杆 3.电动推杆 4.提升电机 5.铁楔连杆6.铁楔图1 电动防风铁楔结构

3.2 工作原理

当轮胎吊主控电源闭合时,方能操作各机构作业,主控电源断开时,轮胎吊处于待机状态。自动铁楔系统通过获取主控电源信号作为控制铁楔动作的命令。当主控电源断开时,电动防风铁楔挂钩机构松开,提升机构将固定楔放至地面,此时固定楔和轮胎的水平距离在8 mm(±3 mm),轮胎吊受到风力作用会贴合该方向的固定楔,此时轮胎吊被电动防风铁楔固定,起到防风作用。当主控电源闭合时,提升机构将铁楔提升到位,挂钩机构将铁楔固定,铁楔离地距离约100 mm。此时轮胎吊可以正常作业,铁楔不会接触地面和轮胎(见图2)。

1.挂钩挂上 2.挂钩打开图2 电动防风铁楔挂起示意图

在电动防风铁楔的上升状态、下降状态及固定机构的锁紧状态、松开状态,都分别由传感器来判断电动防风铁楔的状态,感应铁楔是否掉落。

3.3 防风能力计算

根据起重机参数计算出单个铁楔的防风制动力F为151.48 kN,整机风载PW=249.77 kN,从而算出每台轮胎吊应最少安装4台电动防风铁楔。

在轮胎吊的海侧和陆侧行走轮两端分别安装1个电动防风铁楔,每台轮胎吊安装4个自动防风铁楔,即可保证防风效果(见图3)。

1.电动防风铁楔图3 海侧和路侧电动防风铁楔的安装位置

3.4 电动防风铁楔控制系统

电动防风铁楔拥有独立的控制系统,系统可以设置手动、自动状态,同时保留手动机械装置。在一般情况下,电动防风铁楔设置为自动状态,根据主控PLC的信号子系统,将铁楔设置到挂起状态或者放下状态,再将铁楔的状态信号反馈给主控PLC,主控PLC将反馈的信号连锁在轮胎吊主程序中,若铁楔不提升到位,轮胎吊不能动作。为防止铁楔在被压住的情况下无法提起,参照防撞限位动作的原理,设置旁通慢速动作,可将电动铁楔提起。

当主控PLC和铁楔的信号交换出现故障时,可以将电动防风铁楔的子系统设置成手动模式,将铁楔一直处于挂起状态。如果铁楔本身的控制系统损坏无法动作,可以使用保留的机械装置,将铁楔挂起,保证设备的正常动作。

控制逻辑见图4,开机后首先自检,无误后进入待机状态,当接收到主机PLC命令后,铁楔控制系统自行检查当前位置,如不需动作则继续待机,否则执行动作命令;根据限位开关的响应情况,判定动作是否完成,并向主机PLC反馈相应信号;动作完成后再次进入待机状态。

图4 电动铁楔控制流程图

4 应用效果

在某港口轮胎吊上安装了1台电动防风铁楔,安装和调试共用时2天,现场观察一周无异常。后期使用反馈良好,基本无故障,实现了自动防风的效果。

由于该项目是改造项目,电动防风铁楔通过干触点和轮胎吊PLC进行状态数据交换,若应用到新项目中可利用通讯和轮胎吊PLC进行数据交换,或者直接将电动防风铁楔控制系统集成到轮胎吊PLC中。

5 结语

电动防风铁楔能够解决轮胎吊自动防风能力偏弱问题,同时与设备的主控系统连锁,实现铁楔的自动控制,可解决人工防风工作繁重的问题,可应用于码头自动化改造。