電驅(qū)動移動雙箱吊具電氣方案應(yīng)用

1電驅(qū)動移動雙箱吊具介紹和優(yōu)勢

目前廣泛使用的吊具有液壓動力和純電動兩種動力,電動吊具有著液壓吊具不可比擬的環(huán)保、節(jié)能特性,正越來越得到大家的認(rèn)可。而電驅(qū)動的移動雙箱吊無疑是吊具中生產(chǎn)效率的佼佼者。當(dāng)單箱吊具裝卸一個20英尺集裝箱的時候,它能同時完成兩個20英尺集裝箱的裝卸工作。原來僅能裝載一個20英尺箱子的時間,現(xiàn)在僅僅控制幾個開關(guān)按鈕就可以完成兩只20英尺集裝箱的抓取工作,提高了起重機(jī)的裝卸效率,因而深受國內(nèi)外碼頭用戶歡迎。

電驅(qū)動移動雙箱吊具在單箱狀態(tài)下,靠單箱電機(jī)的運(yùn)動帶動單箱伸縮梁運(yùn)動,可滿足20英尺、40英尺和45英尺集裝箱的吊裝作業(yè):當(dāng)?shù)蹙哌M(jìn)入雙箱狀態(tài)后,操作人員可以操控開關(guān)對不帶箱吊具或掛載有雙20英尺集裝箱的吊具做分離或合攏動作。電動雙箱吊具可為用戶提供雙箱模式下的位置記憶點(diǎn),通常設(shè)有兩處記憶位置,也可以根據(jù)用戶要求設(shè)定多段位置記憶功能,供操作人員隨時設(shè)定,當(dāng)然這幾個位置是可以隨時更改的,這就提高了裝卸工作的效率,而且操作簡便。

2電驅(qū)動移動雙箱吊具的動力組成

吊具的單箱伸縮動作和雙箱分離動作是由兩套動力源來執(zhí)行的,分別安置于吊具內(nèi)部左右兩側(cè),由2臺4kw分別驅(qū)動單箱和雙箱伸縮的電機(jī)和一臺差動減速機(jī)組成單側(cè)的動力單元,為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)能分別驅(qū)動兩種伸縮模式,差動減速機(jī)設(shè)計(jì)了兩個輸出軸,其中一個輸出軸可單獨(dú)完成一臺4kw單箱電機(jī)驅(qū)動工作,另一臺4kw電機(jī)可驅(qū)動兩個輸出軸共同工作。單箱模式的20英尺、40英尺、45英尺定位功能由分別安裝在左右減速機(jī)上的兩個旋轉(zhuǎn)編碼器控制左右側(cè)定位。雙箱模式需要的平移位置定位由恒力開度儀來反饋,讓控制器可以控制雙箱移動架的左右側(cè)定位,根據(jù)數(shù)值的記憶設(shè)定來實(shí)現(xiàn)返回記憶位置的操作,非常智能。

3電氣控制系統(tǒng)

3.1電氣方案選擇

現(xiàn)階段,廣泛應(yīng)用于吊具的控制系統(tǒng)有兩種電氣控制形式:一種是曾經(jīng)應(yīng)用最廣泛的、原理簡單、線路復(fù)雜的點(diǎn)對點(diǎn)控制方式,另一種是線路簡單的兩線通信控制方式。在現(xiàn)代的集裝箱起重機(jī)上依然使用傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)控制方式會造成垂纜外徑過粗,且元器件數(shù)量過多,擠占箱內(nèi)空間,而使用兩線通信控制方式就顯得格外簡單便捷,還能將吊具的所有限位信號及編碼器的數(shù)據(jù)反饋給起重機(jī)的控制器。CAN總線通信具有的實(shí)時性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn),讓這種通信模式應(yīng)用于集裝箱吊具與集裝箱起重機(jī)之間的通信變得更加無可替代,將CAN總線控制器應(yīng)用在電動雙箱吊具上也格外高效、便捷。

3.2電氣控制系統(tǒng)的組成

吊具的電控系統(tǒng)由一個CAN總線可編程控制器作為主站,9塊I/o模塊和4個CANoPEN定位編碼器作為從站,構(gòu)成了整臺吊具通信網(wǎng)絡(luò)。再加上吊具上安裝的接線箱、安裝在箱內(nèi)的電機(jī)啟動設(shè)備、吊具外部的感應(yīng)限位和繼電器等共同組成了整個吊具電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)過垂纜中的CAN兩線通信芯線與起重機(jī)的控制器傳輸通信。

吊具的控制器接收來自于起重機(jī)的指令,然后由控制器運(yùn)行內(nèi)部的程序邏輯來驅(qū)動電機(jī)動作。吊具上的所有傳感器信號和編碼器數(shù)據(jù)由控制器先行采集,再經(jīng)總線反饋給起重機(jī)的PLC。為了減小三相交流電對CAN通信的擾動,在三相動力線上安裝一個三相濾波器,以此來避免吊具在作業(yè)中存在的干擾風(fēng)險(xiǎn)。

一臺電動雙箱吊具共有18個電機(jī),傳統(tǒng)的兩個接觸器帶一個電機(jī)的方案,會造成整臺設(shè)備有36個接觸器,再加上每個電機(jī)配一個斷路器,整個接線箱空間就會被斷路器和接觸器占滿。如果電動雙箱吊具工作在強(qiáng)烈撞擊震動的環(huán)境中,這些斷路器和接觸器會因?yàn)槭艿綐O大的重力沖擊而面臨固定卡扣損壞的風(fēng)險(xiǎn),箱內(nèi)的導(dǎo)軌也要承受巨大的重力沖擊負(fù)荷,因此防震措施是在整個電氣設(shè)計(jì)階段要優(yōu)先考慮的問題,尤其是18個斷路器加上36個接觸器,重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計(jì)要求。為減小元器件受重力沖擊的影響,我們采用一種固態(tài)的電機(jī)啟動器來代替接觸器,這種啟動器的寬度只有接觸器的一半,這樣一來就能大大節(jié)省箱內(nèi)空間,原本要用到3個接線箱,現(xiàn)在2個接線箱即可,而且還能將強(qiáng)電驅(qū)動和弱電控制分成兩個接線箱各自安裝,互不影響。

這種取代傳統(tǒng)接觸器的馬達(dá)啟動器是一種混合型電機(jī)啟動器,DIN導(dǎo)軌安裝,寬度小。一般情況需要兩個接觸器來啟動一個電機(jī)正轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn),而使用這種混合型電機(jī)啟動器,只需一個就可以讓電機(jī)完成正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)工作,這無疑為接線箱設(shè)計(jì)增加了可用空間。啟動器的電流可根據(jù)具體需求自行設(shè)定,一種規(guī)格的電機(jī)啟動器可以適用于不同額定電流的電機(jī)。電機(jī)啟動器的內(nèi)部有電機(jī)保護(hù)熱繼電器,當(dāng)電流大于設(shè)定電流時,主觸點(diǎn)斷開。在自動復(fù)位功能使能的狀態(tài)下,發(fā)生過流問題后,待熱繼電器的觸點(diǎn)冷卻,故障自動復(fù)位。除單箱伸縮和雙箱伸縮動作以外的電機(jī)依然使用接觸器控制,其他電機(jī)均采用這種混合型電機(jī)啟動器。選用這種混合型電機(jī)啟動器的方案還能節(jié)省斷路器的數(shù)量,因?yàn)檫@種混合型電機(jī)啟動器本身帶有電流檢測功能,所以可將相同功能的電機(jī)啟動器并聯(lián)在一個總的斷路器下,這樣一來就節(jié)省了10個斷路器的空間。使用這種混合型電機(jī)啟動器不僅一樣能起到電機(jī)保護(hù)的作用,還能起到節(jié)省空間的作用。

3.3電驅(qū)動移動雙箱吊具的外部傳感器

電動雙箱吊具上安裝有接近限位開關(guān)、紅外線光電感應(yīng)開關(guān),外加旋轉(zhuǎn)編碼器和恒力開度儀。接近限位開關(guān)用于檢測吊具處在什么動作狀態(tài):紅外線光電感應(yīng)開關(guān)用來檢測單箱模式誤吊雙箱的操作事故:旋轉(zhuǎn)編碼器用于檢測吊具的伸縮距離:恒力開度儀用于雙箱狀態(tài)下雙20英尺集裝箱的分開距離的反饋及記憶。

左右編碼器和左右恒力開度儀獨(dú)立檢測各自動作的數(shù)據(jù),互不沖突。單箱動作的伸縮尺寸依靠安裝在減速機(jī)單箱動作的從動齒輪上的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器來定位。單箱動作的運(yùn)行距離較長,所以選型時就選用了CANopen的旋轉(zhuǎn)編碼器。因?yàn)殡娏髁康木幋a器較容易受干擾,因此在一開始制定方案時就排除了這個方案。CANopen限位定位和其他形式的編碼器定位,其可靠性更高,伸縮定位的精度更加準(zhǔn)確。上一代電動雙箱吊具的雙箱平移定位使用的是直線編碼器,一種類似于磁尺配磁環(huán)的形式。在實(shí)際作業(yè)中會頻繁受重力沖擊而導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞,從而影響吊具的可靠性。恒力開度儀由一根細(xì)鋼絲繩隨著雙箱結(jié)構(gòu)的移動來拉動旋轉(zhuǎn),平時作業(yè)的重力沖擊無法對鋼絲繩造成影響,因此雙箱伸縮距離的定位可以更加準(zhǔn)確可靠。

在吊具上設(shè)有一個本地操作站,通過不同的開關(guān)組合來執(zhí)行吊具的本地伸縮動作。當(dāng)?shù)蹙甙l(fā)生定位偏差現(xiàn)象時可用以校準(zhǔn)編碼器的數(shù)值,在維護(hù)保養(yǎng)過程中也可以切換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)吊具的單邊單獨(dú)動作。當(dāng)掛載載人框的時候可實(shí)現(xiàn)任意伸縮至任意位置停止的功能。

4結(jié)語

目前采用自動化作業(yè)的碼頭越來越多,而電動雙箱吊具在自動化作業(yè)的過程中有著極大的優(yōu)勢。純電機(jī)驅(qū)動有著比液壓吊具更短的響應(yīng)時間和動作時間,待機(jī)狀態(tài)下還能節(jié)省電能。在船上抓完雙20英尺集裝箱后,在小車往回走的過程中雙箱就可根據(jù)起重機(jī)給的平移距離自動伸縮至指定位置。當(dāng)起重機(jī)有中轉(zhuǎn)平臺碼頭又有自引導(dǎo)車輛的時候,電動雙箱吊具優(yōu)勢則更加顯著,可讓碼頭的集裝箱裝卸效率更進(jìn)一步提升。

在大洋彼岸的美國西海岸正使用著這一代的電動雙箱吊具,其效率和可靠性得到了美國用戶的認(rèn)可,這也是對新一代"中國制造"的認(rèn)可。