轮胎吊(调箱门)吊具旋转造

RC24#龙调箱门吊具旋转机构改造

摘要：于2007年，RC24#龙门吊吊具经过旋转改造，但其旋转机构故障频发，故禁止旋转，使其功能相当正面吊。作业过程中，拖车司机等待龙门吊吊起车上的集装箱后，仍需在一定的堆场范围内调转1800回到原位置。作业等待时间长，效率低。对拖车而言，增加轮胎损耗及燃油消费，不利环保；对安全工作而言，拖车大范围绕转，可能堵塞交通、刮碰码头设备设施，存在安全隐患。

本文就我司RT24#旋转吊改造项目介绍了将原有电控（电机减速器制动器）旋转吊具，改造成液压驱动、PLC控制，通过技术方案比较，液压驱动、电控元器件选型，改造项，旋转改造功能实现进行简等方面要论述。

一、调箱门作业

作为集装箱码头附加业务之一，一直以来都由正面吊负责，然而随着最近几年码头作业箱量的持续增长，平均每月调箱门已高达一万吊次，传统的正面吊作业从作业场地、能源成本、环保节能等方面劣势凸显。为此我们提出利用老旧RTG改造为操作简单可靠、节能高效的旋转吊，以代替正门吊专门用于调箱门作业。

二、RC24#龙原“吊具旋转”机况

1、旋转机构结构及控制原理

RC24#龙是七十年代日本三井轮胎式集装箱龙门起重机。

于2007年，RC24#龙门吊经过技术节能改造，采用市电供电，供电电压230V、60HZ；增加吊具旋转机构功能。整个机构采用“吊具上架+回转固定架+回转活动架+下吊具”组合，回转机构驱动为电机控制，交流电机驱动减速箱，减速箱输出小齿轮与回转架上大齿轮啮合实现吊具旋转。

下图为旋转吊具回转架、三合一机构，及电机控制电气图

2、RC24#原电动旋转吊具故障分析

吊具旋转在起动、稳定运转、制动时，机械回转支承受力，除摩擦阻力矩外，还有集装箱偏重阻力矩、惯性阻力矩。虽旋转转速很慢，但转动惯量GD2大（J=mr2=GD2，G为20尺集装箱重量，D为20尺集装箱长度），从而使齿轮旋转时产生振动和冲出，减速机（三合一机构）制动力矩根本无法如此大的惯性，因而制动时在指定位置基本刹不住，旋转过头；且20尺集装箱可能偏重，吊具又无自动调心功能，因而过大的倾覆力矩产生反作用力，过大的反作用力由旋转机构大齿轮啮合小齿轮，再传动至减速箱齿轮，从而使齿轮断齿，甚至断齿撑破箱体的可能。

电气由两接触器控制正反转，无调速；机械无缓冲，冲击很大；三合一机构（减速器）自带机械磨擦片制动，制动力矩较小；在日常产生过程中常发生的故障现象如下：启动/停止过程中无

缓冲设计，存在冲击，不能准确位置停车，造成减速箱底座螺栓松，减速箱齿轮折断，减速箱箱壁破损。

三、改造技术方案比较

１、方案一、“减速机+变频器”驱动

减速机为“三合一机构”，即为电机、减速箱、制动器合为一体。减速箱可由蜗轮蜗杆减速、或齿轮减速。

“减速机+变频器”驱动动力传输路径：变频器→“三合一机构”→小齿轮→回转支承装置

电气控制，各动作的保护在外围线路或PLC软件内易做联锁。采用变频器控制“三合一机构”，能使电机有级调速变为无级调速，实现起、制动平稳过渡，减少停车冲击。旋转机构在重载正转和轻（空）载反转时，变频器可设置不同速度，提高产率。

下图为为富士变频器CIMR-HB2A0060和GE-PLC组合控制电机原理图，通过PLC输出正反转、旋转超程、速度调节等命令，通过中间继电器和变频器连接，通过变频器参数设置，实现电机多速、及正反旋转。

２、方案二、液压驱动

液压驱动方式有：高速油马达驱动、低速大扭矩油马达驱动两种方式。

液压驱动动力传输路径：液压油→高速或低速大扭矩油马达→齿轮减速器→回转支承装置。

高速油马达驱动原理和电控方式的“三合一机构”相同，即把高速油马达替换电机，且在低速、起动扭矩、结构紧凑性等方面是无法和“低速大扭矩油马达”比拟的。

“低速大扭矩油马达”顾名思义低速、起动扭矩大。一般可在10r/min、甚至0.5r/min工况以下平稳运转，低速稳定性好；起动扭矩大，排量大，在同样的工作压力下可获得较大扭矩。且机械、容积效率高，噪音低，转动惯量小。

３、电控（变频器+ＰＬＣ）、液控方案比较

“接入变频器”的电控和“低速大扭矩油马达”液控方式，均为无级调速，均能实现较大的起动转矩，低速平稳性。

在机构安全方面，“电控”需外围硬件保护回路，及编制软件程序保护来实现；”液控“除液压支路中可设置如限压、缓冲、背压、节流调速等保护回路外，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护。

在机构使用维护方面，在机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁工况下，液控方式更具有更安全、可靠，可控、可操作等优点。电控系统的软环境要求较高；液控更

适合相对港口的特殊环境，所以液控比电控的回转装置使用寿命周期长。

“低速大扭矩油马达”具有重量轻、体积小、调速范围大、低速稳定性能好、工作可靠、耐冲击、效率高、寿命长等一系列优点。目前广泛应用于矿山建筑工程、冶金设备、石油、煤矿、船舶、地质勘探等行业。

四、RC24#旋转吊改造主要控制项目

1、吊具旋转驱动采用“液控”驱动方式；

2、为克服集装箱转动惯量（GD2）大及偏重而产生的过大的倾覆力矩，采用“双驱动”，即二套同型号“低速大扭矩油马达”并对称安装。（见下图）

低速大扭矩油马达

3、保留原吊具上架、回转装置；

4、吊具上架增设一独立西门子S7—300紧凑型PLC站，专门处理包括吊具旋转的动作和信号。

五、液压系统设计

1、旋转机构负载、工况分析

旋转机构除承受回转支承摩擦阻力矩外，还有集装箱倾斜引起阻力矩、风力产生阻力矩、还有集装箱偏重阻力矩、惯性阻力矩。即M 阻=M 摩+M 倾+M 风+M 惯。考虑ERC24#龙固定位置作业，H8堆场相对平整，二套同型号“低速大扭矩油马达”并对称安装，

忽略倾斜引起阻力矩、集装箱偏重阻力矩。

⑴、回转支承摩擦阻力矩计算

M 摩=∑⨯⨯=N U 换5.0απαCos H V N ⨯+=∑4Sin 正转（重箱）：M 摩=∑⨯

⨯=N U 换5.0=4556N.m

反转（空吊具，取吊具10t)）：M 摩=

∑⨯⨯=N

U 换5.0=1111N.m

⑵、惯性阻力矩①、取集装箱旋转速度n=3r/min（正转），起动时间t=3s

M 惯ε⨯=J )(m

kN .1.15)360/(32145000=⨯⨯⨯=π式中：ε—角加速度，J —转动惯量，m —20，集装箱质量，B —20，集装箱宽度，L —20，集装箱长度

②、取集装箱旋转速度n=5r/min（反转）；起动时间t=3s

M 惯ε⨯=J )(m

kN .09.6)360/(5235000=⨯⨯⨯=π式中：

)

10(35000)41(1450012/)(22t kg t kg L B m J =+=③、风力产生阻力矩式中：回转阻力换算系数U 换=001

滚动体中心园直径D=125m

滚动体受力总和∑N：

式中：旋转装置总重量V=41t

H 旋转装置总水平力=9.3

滚动体接触角θ=60