岸边集装箱起重机自行式小车牵引式改造设计及应用

1、岸边集装箱起重机自行式小车牵引式改造设计及应用2008年10月6日摘要：岸边集装箱起重机自行式驱动小车存在小车易走偏缺陷，直接影响到桥机的装卸效率。用牵引式小车替代自行式小车是个可行的办法。分析了牵引式小车的价值和可行性。从5个重要环节介绍了小车牵引式改造的机械设计。介绍了小车牵引式改造的电气设计。进行了桥机自行式小车牵引式改造的，改造后小车运行平稳，提高了作业效率。关键词：岸边集装箱起重机；牵引式小车；改造；设计1引言随着我国经济和外贸事业的发展，集装箱运输发展突飞猛进。岸边集装箱起重机（以下简称桥机）位于码头前沿，通过起升机构和小车机构将集装箱从集卡吊装到船舶和从船舶上吊卸到集卡。其中小车

2、运行质量直接影响到桥机的装卸效率。上海浦东国际集装箱码头有限公司的804，805桥机小车为自行驱动形式，两台机因车轮走偏啃轨造成轨道磨损严重，轨道频繁断裂，水平轮经常非正常损坏，有造成高军坠落的危险性；同时因走偏及轨道不好造成小车震动较大，经常引起司机室内电控线路故障，耽误生产，曾多次对小车行走部分进行重新排装和校正，但效果都不理想，运行不久就旧病复发，于是提岀将桥机自行式小车改造成牵引式小车，以彻底改善小车运行状态，确保设备正常平稳运行，减少因设备故障造成的生产损失。2桥机自行式小车牵引式改造价值分析目前双箱梁桥机的小车驱动形式通常有两种：一种是自行式，即小车驱动机构位于小车顶上，通过马达、

3、联轴器、减速箱、传动轴、车轮轴来驱动车轮实现小车运行；一种是牵引式，即小车驱动机构位于机器房内，通过马达、联轴器、减速箱、卷筒、钢丝绳来牵引小车实现小车运行。1:自行式小车驱动形式和牵引式小车驱动形式各有优缺点，参见表表1自行式小车与牵引式小车驱动形式比较自行式牵引式缺占八、驱动机构位于小车上，增加了小车自重且小车钢 结构易变形优占八、驱动机构位于机器房内，减少了小车变形及自重， 自重的减少可以增加小车的运行速度驱动机构为刚性传递，车轮打滑及车轮驱动力不 同易造成走偏驱动机构为柔性牵引式，降低走偏的冲击力，张紧 装置均衡两根牵引绳的牵引力雨天车轮附着系数减少，制动时易打滑，造成啃轨和走偏受车轮

4、打滑的影响小轨道横向受车轮轮缘或水平轮的冲击大，易断裂，压板附件易松动造成高空坠落轨道横向受车轮轮缘或水平轮的冲击小，不易断 裂，压板附件不易松动水平轮受冲击，易损坏造成高空坠落水平轮受冲击少，不易损坏需要定期更换传动轴万向节内轴承（约5年1次）无传动轴需提供小车马达的动力托令电缆，托令小车负荷 大不需要提供小车马达的动力托令电缆，托令小车 负荷小需要提供小车马达测速反馈用屏蔽托令电缆，因托令电缆线路问题引起的故障较多不需要提供小车马达测速反馈用屏蔽托令电缆，因托令电缆线路问题引起的故障减少小车位置编码器位于小车土 ，易因车轮打滑产生 偏差小车位置编码器位于机房卷筒处，不易产生偏差优占八、无小

5、车牵引钢丝绳缺占八、需要定期更换小车牵引钢丝绳 （约1年1次）无缠绕滑轮需要定期更换滑轮轴承（约5年一次）通过上述分析，尽管改造后可能要每年对小车牵引钢丝绳进行更换，但从总体上看，对桥吊小车驱 动形式改造将从根本上克服小车走偏啃轨的致命缺陷，具有价值意义。3桥机自行式小车牵引式改造可行性分析在将桥机自行式小车改造成牵引式之前需要考虑改造方案的可行性，主要包括以下问题:1）机房内及机房底盘有足够的空间可以布置小车驱动机构（包括马达、减速箱、制动器、卷筒 ）；2）为减少改造费用，仍然使用原有的小车驱动马达、减速箱、制动器;3）前大梁头部和后大梁尾部有足够的空间布置小车缠绕滑轮支架（小车缠绕滑轮下岀

6、绳与车轮轴同高，小车缠绕滑轮上岀绳不与前后大梁中的联系梁干涉）;4）后大梁或海侧上横梁处有足够的空间布置张紧缠绕滑轮组；5）小车绝对值编码器需从小车顶上移到机房内；6）在不改变小车马达的基础上适当提高小车运行速度；对于804、805桥机的情况进行了详细分析，上述条件基本能满足，具备改造条件，可以进行施工改 造。804、805小车改造前驱动机构布置图见图1。图1小车驱动改造前布置!4桥机自行式小车牵引式改造机械设计桥机自行式小车牵引式改造机械设计包括以下内容:4.1卷筒及卷筒联轴器设计(m/s)为:由于原小车减速箱输岀轴通过传动轴直接与车轮轴连接，因此原驱动小车最大速度n马达额定转速（rad/s

7、）；i减速箱减速比;rwheel车轮半径（m）；改造后，小车减速箱输出轴直接与卷筒连接，因此改造后小车最大速度（m/s）为:rdrum卷筒半径（m）为确保改造后小车运行最大速度大于或等于原来的小车运行最大速度，要求rdrum Awheel，考虑到车轮直径为630mm，因此选取卷筒直径为660mm,即改造后如经测试可行，则小车运行速度可提高约4.7%。卷简直径选择后，则需要计算绳槽圈数。由于小车前后运行行程约为100 m,因此工作绳槽数目为外=48s小车运行总行程（m）；n1卷筒上工作绳槽数；卷筒上绳槽圈数为工作绳槽圈数加上12圈安全绳槽、1圈间隔圈，共需61圈绳槽。作扭矩为31500Nm（大于

8、原传动轴的最大工作扭矩25000Nm）4.2小车高速联轴器的设计小车原驱动高速联轴器采用的是蛇形弹簧联轴器，制动盘位于减速箱高速轴输入端的相对侧，如高速联轴器不作改动，则改造后由于小车制动器位于两减速箱内侧（即位于卷筒两侧），制动器支架将影响卷筒上小车牵引钢丝绳岀绳范围。为减少卷筒尺寸，因此设计时将原高速蛇形联轴器进行改造，改成带制动 盘的鼓形齿式联轴器（ZPMC PGCLZ6系列），鼓形齿形联轴器的额定扭矩为7100Nm（大于原来的蛇形弹簧联轴器额定扭矩2050Nm）。4.3小车驱动布局及驱动平台底盘设计平台上各部件的布置按照一定顺序确定，首先确定卷筒的位置，卷筒的长度除受绳圈的影响外，还受

9、小车上两根牵引钢丝绳的绳距的影响和卷筒上岀绳角的影响。卷筒位置确定后再依次确定减速箱、制动 器、马达的位置，位置确定后再分别设计各部件的独立支架。小车改造后驱动机构布置图见图2。图2小车改造后驱动机构布置图小车驱动平台底盘采用悬垂于机房底盘的设计方法。在各部件位置确定后，再进行驱动平台底盘设 计。4.4小车缠绕及张紧液压站的设计桥机已经在后大梁放置了托缆张紧系统，后大梁已没有空间放置小车张紧系统，设计时将小车张紧系统放置在中梁海侧上横梁处, 意图见图4。并按张紧功能设计了液压原理图，见图3,小车改造后牵引钢丝绳缠绕示图3 小车张紧液压原理图4 小车张紧缠绕示意4.5小车水平轮改造设计atat图

10、5 水平轮改造前后装配示意图804、805桥机原水平设计采用的是单个滚珠轴承，承受径向力和轴向力能力小，容易损坏，项目改 造中对小车水平轮进行了重新设计，采用圆锥银子轴承，并加大水平轮的外径，以提高水平轮内轴承和水 平轮的使用寿命；同时新设计了水平轮防坠落的装配形式，即使水平轮损坏，也不会形成高空坠落。水平 轮改造前后装配示意图见图 5所示：5桥机自行式小车牵引式改造电气设计桥机自行式小车牵引式改造电气设计主要包括以下内容:5.1张紧液压站电气设计主要包括马达动力线路、电磁阀线路、高低压控制线、张紧高低位线路设计以及与张紧功能相关的PLC程序设计，小车张紧功能的 PLC程序见下图6所示。n u

11、E Efe-AlXn fi jf4 9.T WlLT 3111K叽UJT IMS rLKL-fl frimtFIEF 卜wt! Rir nmrfl1ffliiri TlNXMl Sira图6 小车张紧PLC程序5.2小车绝对值编码器重新设计小车原有的绝对值编码器位于小车传动轴处，小车打滑时会岀现计量偏差，造成小车位置不准，鞍 梁保护等功能失效或误动作。本次改造将小车绝对值编码器从小车上移至机房内减速箱输岀轴上，从而不 受车轮打滑的影响。改造前小车编码器输岀信号通过 VM 2A 32模块转换后直接连接到输入模块，改造后小车编码器输岀信号通过VM 2YE模块转换后作为 CP216通讯网络的一个站点。小车编码器的改造前后的电器原理示意图见图7、图8右 R K &13 i fj 知呵E a S tii 3 I图7 小车编码器咬造前电气原理图图8 小车编码籌改造后电气原理图6结束语通过桥机自行式小车牵引式改造后小车机构运行平稳，小车走轮与轨道间的冲击减少，小车轨