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1、集装箱岸桥功能扩展改造技术研究报告一、技术方案论证1、背景介绍三突堤集装箱码头岸边集装箱设备额定起重量为 65 吨， 外伸距为 66米，吊具可以抓取双20英尺集装箱，工作性能 稳定优良。为适应新的散货船舶的装卸要求，充分的利用码 头水深条件和设备资源，应集团公司生产需要，我们公司承 接了集装箱岸桥接卸散货的功能扩展改造。2、技术分析a）、挂接抓斗类型的选型抓斗按驱动方式大体分为两大类：机械式抓斗和液 压式抓斗。我港散货（矿石、煤炭、粮食、化肥等）的 装卸作业大都采用多用途门座式起重机挂接双绳机械抓 斗来实现。机械抓斗具有结构简洁，生产率高，能适应 较为恶劣的作业环境，应用广泛。通过支持钢丝绳和
2、开 闭钢丝绳实现开闭斗的动作，这就需要机械机构上能实 现双机的同步和异步运行的功能。而我们的集装箱装卸 桥虽然起升系统是双机系统，但是从机械结构和电气控 制只能实现双机同步，不具备挂接双绳机械抓斗的可行 性。另外，将集装箱岸桥改造成散货作业的模式在国内 只有青岛港招商码头有过先例，我们在进行了调研考察 之后，认为挂接液压式抓斗的改造方式是最为简洁的， 电气控制的功能也较为容易实现。b ）、液压抓斗的动力提供液压抓斗的动力来在于电机，由于液压抓取能力可 达 30 吨。因此，电机采用了 55KW 三相异步电动机，容 量较大。抓斗挂接在吊架下边，跟随小车系统运行，因 此液压电机的动力提供只能来自小车
3、架司机室。小车架 及司机室主要用电设备有：吊具电缆卷盘电机 2 台、吊 具油泵电机 1 台，空调、小车架投光灯、加热器等。小 车架司机室的动力来源是由一根 4*35mm2 的托令电缆从 电气房经过托令电缆系统传输的，如果吊架上挂接 55KW 的液压抓斗电机，动力线容量需要扩容。c）、吊具电缆的复合利用我们对其他港口的设备状况进行调研，其改造主要是 重新安装一套新的吊具电缆：即从小车架到吊具上架重 新布复合电缆，并且相应的增加一套电缆储缆系统。在 抓斗作业模式工况下，原来吊具模式的电缆卷盘装臵废 弃使用。我们通过对我港吊具电缆系统的分析研究，认 为安装重新安装一套吊具电缆（提供动力线与控制线的
4、复合电缆）一是成本很高，二是安装的储缆系统稳定性 能不如原来的变频储缆系统。因此我们将原多芯吊具电 缆进行改造，使其既能为液压电机提供三相380VAC的动 力电，又能传输控制液压抓斗所需的控制信号。d）、吊具模式与抓斗模式的快速切换三突堤码头的岸桥接卸的货种不确定性，给我们的 改造带来了极大的不便，由于我们是将吊具电缆改造成 既传输动力信号又传输控制信号，那么系统在从抓斗模 式切换到吊具模式需要对吊具上所有的控制线（56 芯） 逐芯归位，才能保证吊具工作状态正常化，因此在切换 过程一方面耗时较长;另一方面，由于恢复的控制信号较多，如果接线错误会出现短路，烧损电气元件的现象。鉴于以上方面的原因，
5、我们认为如果两种工作模式的接口改造为两套插座，需要执行哪种模式的工况，将插头 接入便可将极大的缩短系统的切换时间，提高系统的稳 定可靠性能。3、技术方案确定通过对改造方案的可行性分析，我们确定了如下改造方案：1) 利用 solidworks 对液压抓斗进行实体设计。确定合 适的斗底板厚度，从而降低了斗的自重，提高了液 压抓斗的抓取比；2) 斗体制作采用先进的生产工艺。如数控下料 CO 保护焊等先进设备、激光划线、整体镗孔等新工艺，降 低焊接应力、减少焊接变形，保证焊缝质量及材料的 强度、耐磨性提高，以达到设计要求；3) 采用性能稳定优良的正压液控技术，防止环境中的粉尘等污物进入油箱，保证液压系
6、统的清洁度；4) 计算设备电气容量，设计电控改造的图纸；5) 司机室动力输出的扩容，增加小车架司机室的动力供 给容量，敷设托令动力电缆；6) 小车架快速切换屏插座的制作安装；7) 小车架滑环箱的线路改造。我们将此处制作一套插头系统，可以实现吊具系统与抓斗系统的快速切换。8）控制程序的设计及调试二、技术特性1、液压抓斗的设计模型结构图1）设计参数 抓斗类型：斗容（m3）:物料容重（t/m3 ）: 抓斗自重（kg ）： 油缸行程： 电机功率： 闭合时间： 张开时间：液压双颚瓣抓斗17.5 m31.5t/ m3170001300mm55Kw （ 380V、55Hz）25s13s6304最大工作压力打
7、开高度： 闭合高度： 打开宽度： 闭合宽度：25 28MPa; 4856 mm 4850 mm 4921 mm 4404 mm219451732）斗体形式及其尺寸确定1）、抓斗的质量及抓取能力系数： m= Kz.Q=45000kg；（Q 为起重机的起重量， K 为抓斗自重系Gz数）2）、抓斗的自重分配：颚板：G=0.45 x 16600 = 7470kg; 上承梁：G=0.21 x 16600=3486kg; 下承梁：G=0.18 x 16600=2988kg;撑杆：G=0.16 x 16600=2656kg;3）、抓斗最大开度及斗体宽度抓斗最大开度L= K vV = 4920mm4K 为抓斗
8、最大开度系数4斗体宽度 B= K 3V =1.256 318 = 3280mm3K 为颚板宽度系数34）、抓斗颚板的侧面尺寸： 抓斗颚板的侧面形状如右图所示，由 ABCDEFGA 所围成的图 形是理论容积侧面，由ABCDFGA所围成的图形是实际容积侧 面抓斗颚板的侧面积按后者计算S=V/2B=3.17m2a为颚板底背角；卩为物料滑移角；y为底板侧背角；P为 散货自然坡角。2、电气系统改造要求线路要求：a、需要3根动力线，提供55kw电机直接启动电源AC380Vb、控制线7根，分别用于：（1）泵站2个电磁阀的通断 3根（2） 到泵站油温信号2 根（3） 到泵站空压信号2 根控制要求：a、具有电机
9、启停控制系统b、泵站2个电磁阀的通断控制。控制电压：AC220 Vc、油泵温控：达到设定温度，电机停止工作。控制电压： AC220 Vd、空压信号：达到设定压力，系统报警或显示。 控制电压： AC220 V3、岸桥电控系统改造根据以上的技术要求以及码头设备的整体参数及性能， 我们对供电容量、传输线路的测算、双系统的切换、控制电 路的保护及控制功能的实现等几个方面进行了分析。(1) .功率计算 安装抓斗后，抓斗电机的动力提供取自小车架的司机 室，为保证线路的安全稳定运行，我们需对改造后小车架供 电能力进行测算，主要包括：液压电机功率P55KW、吊具 卷缆电机P=75*2=15KW、小车架照明P=
10、1*4=4KW、空调，23暖风机等其他用电设施P =2KW，功率提供共需为P其他总P =P+P+P+P =76KW总 123 其他根据电机电流计算公式，有I=P/(1 732 xUxcosx n )，效率取0.9, cos =0.85，计算所得电流为I需求 =150A160A左右，实际满负荷工作时的需求电流还会更大， 电流值会在 180A 左右。目前岸桥线路提供到小车架的动力 电缆为4*35电缆，35平方毫米的电缆35C时的安全载流量 I =117A 左右，即：I 180A,满足设计要求且留 有一定的工作余量。（2）、吊具卷筒滑环容量计算我公司吊具系统集改散的电控改造主要特点是充分利用 吊具滑
11、环箱传输抓斗电机运行所需的三相动力电源。在吊具 控制系统时主要作用是：传输吊具系统的信号及为 11KW 吊 具油泵电机提供电源。但是如果换成 55KW 的抓斗电机，由 于容量的增大，滑环的传输能力能否达到要求呢？ 岸桥吊具滑环箱内每一铜环允许通过的电流 I=20A, 但 是滑环内部的接线为15mm2规格，那么每一环的传输能力受 到限制，因此每环的安全输送能力将会限制在 14A 以内，滑 环箱内共有 60 环，因此我们出于电气安全的考虑，除去抓 斗电机控制信号，将每 13 环合并为一相，为抓斗电机提供 电源。因此：I =14*13=182A单相该电流值能够满足抓斗电机在正常满负荷状态下的电 源需
12、求，并且留有安全余量。（3）、吊具与抓斗模式快速切换系统设计快速切换系统的设计目的：为了实现吊具模式与抓 斗模式的两种工况的迅速切换，有效降低工作强度，大大 提高了工作效率。我们了解到其他已进行该项功能改造的码头，要实 现吊具与抓斗模式的切换，需要工程技术人员进行电气线 路的处理近2至3小时，我们通过整机安装 3处快速接头 的方法可实现双系统的迅速切换，时间将控制在 5 分钟以 内。功能实现：在小车架上安装模式快速切换插座屏。 插座屏上提供两个插座，分别是吊具模式插座和抓斗模式 插座。我们将吊具滑环箱原吊具系统的信号线全部拆除 后，重新接到 ODU 插座上去，所有信号线的顺序与滑环箱 内部相对
13、应，这样当 ODU 插头插接到插座上即实现吊具模 式；抓斗模式插座的电源线取自司机室CA9,从司机室到 插座屏的电缆为3*50电缆线，为与ODU插座连接，实现 通过吊具电缆提供动力电源的目的，我们将通过一条吊具 电缆线（56*2.5）从而实现三相动力线与ODU插座的有效 连接。4）、快速插头及插座的制作。快速插头及插座的选型是改造的关键点，其电气连接 性能直接关系到改造的效果，我们选用ODU吊具专用插头 插座，确保电气连接的性能。每台设备改造需1个插头 3个插座。在抓斗模式下，多芯电缆为动力提供电缆，因此我们 采用多芯电缆并行使用，即 13 芯合并为一相提供电源， 2.5 平方毫米的电缆载流量
14、为 18A,13 芯并用提供的电流 值为：I=13*18A=234A 110A满足电机运行电流需求。抓斗模式的插座制作都采用一端焊接多芯线，另一 端合并外接动力电缆的形式。插座的内部接线充分考略吊 具滑环箱动力线的三相分布，避免滑环箱内部的三相电源 的相间隔离，确保电气安全。5）、控制信号的处理。控制回路增加抓斗模式选择、开闭斗手柄的选择安 装、开闭斗信号的采集、抓斗液压系统温控信号的处理、 抓斗电机接触器控制继电器、热继报警等控制线等输入输 出信号的处理。下面图一、图二为控制线路图图一）图二）制台控制导板的手柄来实现抓斗的开闭动作。利用司机室远 程输入输出模块的冗余点，采集抓斗模式下的保护信号进入 整机的 PLC 控制系统。（6）、软件控制程序 软件程序主要包括新的抓斗控制程序的编写，控制模 式的切换、相关输入输出信号的屏蔽处理、故障信号的检测 及报警功能，岸梁保护数值的重新标定等。程序的主要控制逻辑如下图所示：图三）（图四）逻辑程序主要有以下特点： 设置司机室操作台旋钮设置抓斗模式选择开关，挂接 抓斗进行散货作业时，需将模式选择正确。 司机室合控制后方能控制抓斗电机的启动。这样设计 程序避免了其他操作站合控制时抓斗电机自动启动，保证 检修及作业安全。 抓斗模式在程序中对起升、小车、大车机构的速度控 制与吊钩模式一致，起升速度限制，小车与大车机构保持 不变。由于抓斗的连接为链
