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伸缩式吊具虽然重量较大,但长度调节方便,操作灵活,通用性强,生产效率高,因此目前世界上采用这种吊具(图3-4)
二、自动伸缩式吊具
自动伸缩式吊具分为标准吊具、双箱吊具、旋转吊具3种。
下面以ZPMC生动伸缩式吊具为例进行介绍。
1.标准吊具
标准伸缩式吊具由钢结构、锁销机构、伸缩机构、导板机构、前后倾斜机构(可选是否装在吊具上)等组成。
(1)钢结构。
吊具的钢结构是吊具的承载构件,它呈全封闭式,由主梁和伸缩梁两部分构成。
伸缩梁结构被嵌套在主梁的两根“Ⅲ”形梁中。
在伸缩驱动力的作用下,它可以在“Ⅲ”形梁中滑动。
伸缩梁与端部横梁用焊接方式替代传统的螺栓联接方式,这样就可避免因螺栓松动而引起的螺栓断裂现象。
“Ⅲ”形梁和端部横梁采用薄板冷弯成两个“[形后再对接拼焊。
这种结构能大大减少了焊缝,薄板冷弯成形后能提高材料的屈服极限,从而提高梁的强度和刚度。
由于结构件被固定在工装胎架上焊接成形,所以焊后无需校正就能保证加工形位公差要求。
为了提高起重量和减轻吊具的自重,吊具的结构件广泛采用国际先进的特高强度焊接钢板。
(2)锁销机构(图3-5)。
吊具有的4个锁销,采用悬挂方式支承,通过锁销螺母支承在推力关节轴承上。
该轴承由轴承钢制造,能承受较大的轴向冲击力,完全适应于集装箱吊具大负荷、高冲击、露天作业的恶劣工况。
轴承座上开有润滑油槽,以保证支承面能得到良好的润滑。
推力关节轴承的上半部球形支承面作用在凹球面上,允许在较大范围内摆动,从而使吊具锁销在空间实现了全方位的“浮动”。
这样,吊具锁销在吊集装箱时仅承受纯拉力,而且使锁销更容易被插入集装箱上的角配件孔中。
这种“浮动”锁销也能装卸略有变形的集装箱。
位于吊具四角的顶销被用来检测吊具是否完全着箱。
为了确保作业安全,吊具锁销除了电气联锁外,还装有机械联锁装置(图3-6)。
当吊具将集装箱吊至空中时,着电气联锁失灵或司机误操作,机械联锁装置保证锁销机构绝对不发生转动。
其原理如下:
在锁销机构的转柄上开有两个半圆形缺口:
当吊具与集装箱脱离或吊着集装箱时,顶销上部的圆柱体正好卡在转柄的缺口处,阻止转柄的转动,防止吊具的锁销在吊着集装箱时的误转动;
当吊具落在集装箱上时,顶销上的圆柱体在高度方向上离开了转桶的缺口,转柄转动,实现开闭锁动作。
吊具两端的端梁内各有一套由油缸推动的曲柄连杆机构,每套机构驱动两个锁销动作。
它们被安装在箱形端部横梁内,不会受到外力破坏,具有很高的可靠性。
开(闭)锁限位开关也被安装在端部横梁里面,通过检测连杆上感应块的两个位置来检测开(闭)锁状态。
箱形端梁的内侧开有安装检修孔,并用耐油橡胶板遮盖,以防水、防尘。
另外,利用装在锁销系统液压回路中的减压阀减小工作压力,以减小油缸的推力。
在正常工作状况下,由吊具下的空载集装箱所产生的摩擦阻力大于油缸的驱动力,从而保证空中吊箱时不会出现开锁现象。
(3)伸缩驱动机构和减磨装置(图3-7)。
吊具伸缩动作靠油马达和减速箱驱动链轮链条传动实现。
当伸缩粱在伸缩运动过程中遇到限位开关时,即发出信号并切断伸(缩)电磁阀电源,使油马达停止转动,吊具定位于设定的20ft、40ft和或45ft位置,并在司机室的显示屏上显示吊具的伸(缩)长度。
在伸缩链条的两边各有一套张紧和缓冲装置(图3-8)。
该装置中装有专用碟形弹簧,用以吸收一部分来自伸(缩)方向的冲击能量。
除了在液压系统中有过压卸荷保护外,还采用摩擦式驱动链轮来保护吊具的伸缩机构。
当吊具所受的外力大于摩擦链轮的设计力矩时,该链轮产生滑转,以吸收冲击能量,达到保护机械和液压部件的目的(图3-9)。
在伸缩梁和“Ⅲ”形梁的滑动面之间装有特制的减磨垫块,以减小伸缩梁动作时的摩擦阻力。
用于制作垫块的减磨材料具有较高的强度,能够承受伸缩梁传递到“Ill”形梁的挤压和冲击载荷。
(4)导板机构(图3-10)。
导板分别安装于吊具的4个角上。
导板工作可靠,能帮助司机快速将锁销插入集装箱的角配件孔中,以提高装卸效率。
导权分活动导板和固定导板两大类。
活动导板主要用于与岸边集装箱起重机相配的吊具上;
固定导板则多用于与轮胎式龙门起重机相配的吊具上。
活动导权有两种驱动形式,即用往复式油缸推动扇形齿轮,或用摆动油缸均能实现导板的摆动。
导板的摆动幅度为180度,导权下压时的扭矩不小于1200Nm。
导板抬起后,其外形尺寸不得超出转销箱的边界尺寸。
由于4组导权具有独立的驱动装置,因此它们可按司机的操纵指令,或同时动作或成对或单独动作。
ZPMC生产的固定导权是通过螺栓或销轴等形式固定在吊具端梁的两端。
另外,为装卸超宽集装箱,还专门设计了能适应8ft和8ft6in两种宽度规格竞集装箱导板。
(5)前后倾装置(图3-11)。
作为一种可选择的设备,前后倾装置可安装在集装箱吊具上,用于岸桥在装卸中小型集装箱船舶时的快速对箱。
其原理是:
在吊具和上架之间装有4个前后倾油缸,通过海侧的两个油缸伸(缩)和陆侧的两个油缸缩(伸)来实现前后倾的动作。
吊具空载时,前后倾的范围为±
5“。
目前ZPMC生产的前后倾装置有4种:
①三角架式;
②吊具上装4个接触油缸式;
③吊具中架上装4个接触油缸式;
④吊具和上架之间装4个直线油缸。
这4种前后倾装置基本上可实现各种伸缩式吊具的前后倾作。
(6)伸缩定位装置(图3-12)。
当吊具受到较大外力冲击时,吊具伸缩位置会发生微动而影响正常装卸作业,因此岸桥在吊具底梁主结构上安装了一套伸缩定位装置。
该定位装置由液压油缸、定位销轴、限位开关等组成。
其工作原理是:
当吊具伸缩至20ft、40ft、45ft位置时,定位液压油缸推动活塞杆插人焊于伸缩推杆相应位置上的定位孔中,并由限位开关提供其动作的信号。
伸缩动作开始前,首先将定位销退出并触动限位开关,发出定位销退出到位信号,然后才开始伸缩动作;
伸缩到位后,伸缩位置限位发出到位信号,再延时若干秒,定位销才插入推杆定位孔中,以锁定吊具伸缩梁,从而确保4个锁销吊点处于正确位置。
(7)液压系统。
吊具的伸缩、旋转和导板运动均用液压传动。
2、双箱吊县
双箱吊具即一次能同时装卸两个20ft集装箱的、不可移动的伸缩式吊具,与单箱吊具相比,大大提高了装卸效率。
伸缩式双箱吊具是在标准吊具的基础上,在主框架的中部增加4套独立的锁销机构及其相应的结构件,从而在保留标准吊具原有全部功能的基础上,增加了同时装卸两只20ft集装箱的功能。
(1)双箱吊点装置(图3-13)。
双箱吊点装置也称中间锁销装置,由4只锁销箱、4套独立的锁销机构和两套垂直提升装置组成。
在每套提升装置上装有6块减磨块,起导向和减磨作用。
由于中间4只锁销箱分别由油缸驱动作垂直升降运动,因此4个中间锁销吊点能始终保持准确的位置尺寸。
在中间锁销箱的销轴连接处有60mm的垂直浮动间隙,从而能在两只20ft集装箱的吊点高度落差多达60mm的情况下,同时起吊两只20ft集装箱。
中间锁销箱的支点处采用关节轴承,从而提供了其自由浮动的条件,使其能有效地保证中间4只锁销准确地插入集装箱的角配件孔中。
另外,中间锁销箱的垂直提升高度达420mm,当提升至最高处时,可以使中间锁销装置处于底梁主结构的上部,保证品具在吊单只超高箱时避免与中间锁销装置发生干涉,从而更好地保护中部锁销机构和集装箱。
只有当4只锁销箱全部下降到位时,吊具才能同时装卸两只20ft的集装箱;
只装卸单只20ft或40ft集装箱时,中间4只锁销箱必须被提起到位。
为了正确区分吊具下是两个20ft还是1个40ft集装箱,吊具上还装有一套由红外线光电感应开关组成的双箱检测装置。
该装置发出的信号除使驾驶员能正确判断即将起吊的集装箱是双箱还是单箱外,同时还与起重机的控制系统一起组成了一套电气安全联锁保护程序:
当吊具下是40ft单箱而吊具的中间4只锁销箱全部处于下降位置(吊2只20ft集装箱状态)时,吊具起升到安全高度时吊具会自动停止下降,以防止损坏集装箱和锁销;
反之,当吊具下是两只20ft集装箱而中间的4只锁销未下降到位(吊1只40ft集装箱状态)时,除了停机外,还发出讯号告诉驾驶员发生了误动作,从而能有效地避免事故的发生。
还可根据用户的要求,采用机械联锁装置,它与电气联锁一起,确保中间4只锁销的可靠动作。
而且装卸双箱时,中间4只锁销与两端的4只锁销动作是联锁的,即只有当8只锁销全部插入集装箱的角配件孔后,8只顶销限位开关发讯,才允许做开闭锁动作。
(2)液压系统。
吊具上的液压系统是在原有“集装箱标准吊具”的基础上,增加了操作中间锁销装置和中间锁销箱的功能,即能控制吊具的伸缩、锁销、导板动作和中间锁销箱的升降动作。
(3)电气控制系统。
在标准吊具的基础上,双箱吊具增加了用于中间锁销开/闭锁检测、中间顶销着箱检测和中间锁销箱升降位置检测的限位开关,以及误吊感应装置(该装置只有在2个20ft集装箱之间有间隙时)。
除了标准吊具的限位开关外,双箱吊具上的专用限位开关分别用于:
第一,中间锁销箱升降位置检测。
检测双箱吊具的中间4.q锁销箱及锁销机构是否处于上升/下降位置,它们与伸缩位置信号及起升机构联锁,确保只有在40ft位置时才能吊载双箱。
第二,双箱检测装置。
3个红外线光电感应开关被安装于吊具的中部并与吊具伸缩位置信号联锁,仅当吊具处于40ft位置时,该开关才起作用(要注意,若两个20ft箱靠在一起,中间无间隙或间隙很小的特殊情况时,光电难以鉴别)。
①若中间锁销箱处于下降位置,检测到中间有间隙且是双20ft集装箱,起升机构才能起升;
检测到中间有间隙,且是40fi开口箱,起升机构应停止起升;
检测到中间无间隙(单40ft箱子),起升机构应停止下降。
②若中间锁销箱处于上升位置,检测到中间有间隙且是双20ft集装箱,起升机构停止起升;
检测到中间有间隙,且是40ft开口箱,能够起升;
检测到中间无间隙(单40ft箱子),则起升机构才能继续动作。
③该双箱检测装置有一旁路开关,当遇特殊情况,如维修或光电开关失灵等,允许强制跳过这一检测装置,使起升机构仍能动作,但人必须正确判断,以免误动作。
ZPMC生产的双箱吊具技术参数,表3-1所示。
ZPMC生产的双箱吊具技术参数表3-1
吊具形式20ft/40ft/45ft和双20ft伸缩式吊具
标准国际标准协会(ISO)
额定起重量65Lt
规格8ftX8ftX20ft8ftX8ftX40ft8ftX8ftX45ft
锁销中心距2260mmX5852mm2260mmXll984mm2260mmX13510mm
名称锁销机构导板机构伸缩机构双箱移动机构中间升降地空
转角/行程90º
180º
3829mm1600mm~270mm
操作时间~1s5~7s~40s~25s~15s
3.T移动式双箱吊具(图3-14)
ZPMC可移动式双箱吊具的结构形式与一般双箱吊具基本相同。
只是在其基础上增加了一套中间吊点装置的平移机构。
该平移机构在吊箱或不吊箱情况下均可平移;
时对液压系统作了相应的改进,电气上增加了可移动式双箱吊具控制器等。
它既能装卸单个集装箱,又能装卸2个在一定间距中变动,间距的20ft集装箱。
ZPMC可移动式双箱吊具技术参数如表3-2所示。
ZPMC可移动式双箱吊县技术参数表3-2
以下仅介绍其与普通双箱吊具的不同之处。
(1)机械部分。
ZPMC可移动式双箱吊具是一个全焊接的结构装配件,一对伸缩梁被嵌套在中部底梁内,并可在特制的抗磨块上滑动。
为了减小带载伸缩摩擦力,在伸缩梁的末上部装有支承滚轮,在吊具的主梁滑道上装有4个中间移动架,且每个中间移动架内装有一套可上下运动的中间转销箱,每个中间转销箱均与一个液压升降油缸相联。
当中间转销箱处于上升位置时,可进行单箱作业;
当中间转销箱处于下降位置时,则可进行双箱作业。
一对强力液压油缸分别与左右两个下推杆相连,而该两个下推杆又通过连接板与左右两对中间转销箱分别相连。
在液压油缸的推动下,中间转销箱即可作向外和向内的相对运动,这样吊具就能装卸在设计范围内的任意位置的两个20ft集装箱,同时也实现了带载的平移运动。
ZPMC可移动式双箱吊具与普通双箱吊具的区别主要在于其特殊的伸缩机构。
该吊具的伸缩驱动系统由双箱移动和常规伸缩驱动两套机构组成:
常规伸缩驱动机构由液压马达、减速机。
链轮链条动、张紧装置、编码器装配、上下推杆对位限位、上推杆、上下推杆锁定钩装置等组成;
双箱移动机构由双箱移动油缸、下推杆、联接板、减磨块、40ft零位置及标准位置限位开关、45ft极限位置限位开关等组成。
当吊具在做正常的伸缩运动时,上下推杆锁定钩脱钩,即上下推杆处于脱离状态。
液压马达驱动减速器及链轮链条,与上推杆相连接的链条推动伸缩梁做伸缩运动。
这时的伸缩运动相当于普通吊具的伸缩运动。
当吊具在做带载的双箱伸缩运动时,其运动机理如下:
司机将吊具转至双箱作业状态,吊具上的双箱控制器自动将伸缩梁定位至40ft位置,然后控制两个伸缩油缸将中部的移动架置于40ft标准位置,这时上下推杆对位限位发出信号,允许锁钩油缸动作进行锁钩,然后允许中间升降油缸动作,放下4个中间转销箱装置,以便进行双箱作业。
司机将吊具转至单箱作业状态时,则做相反顺序的动作;
当吊具在做带载的双箱伸缩运动时,双箱控制器逻辑自动将液压系统由正常压力转至高压。
两个强力推力油缸推或拉中间移动架做双箱平移运动,同时正常伸缩驱动系统中的液压马达通过一个装在其上的旁路阔来实现空转;
当移动至45ft或40ft零位位置时,双箱控制器逻辑自动切断液压油缸的压力回路,使之停止移动。
另外,在正常的伸缩系统中均装有定位编码器装置,因此在40~45ft范围内任意的位置双箱控制器均能控制并记忆其位置。
ZPMC移动式双箱吊具中共设有3个任意位置的记忆功能,这样司机就能对两个非标准放置的20ft集装箱位置进行记忆,当再次对该位置进行作业时,吊具就能自动伸缩到该位置,实现自动定位功能,提高效率。
(2)电气部分。
ZPMC可移动式双箱吊具控制系统,主要由可移动式双箱吊具控制器和伸缩控制器两部分组成。
系统总的输入输出端口接近128个。
该吊具控制系统以可移动式双箱吊具控制器为中心,它是一套专用的计算机控制系统。
可移动式双箱吊具在单箱工作状态和双箱工作状态切换过程中有一套复杂的机械动作,并有一套完整的连锁要求。
因此,当吊具进入切换状态时,无需司机的任何干预,这就避兔了误操纵。
可移动式双箱具控制器的内部程序十分严谨和可靠。
可移动式双箱吊具控制器的控制输出和传感器的输入信息是交互工作的。
当起吊两只20ft集装箱时,吊具需要使伸缩梁和中间移动架同时频繁联动,以适应不同的装箱位置和卸箱位置。
ZPMC的可移动式双箱吊具位置控制采用伸缩控制器来完成。
作业时先有一个位置记忆的过程,当司机手动操作移动吊具到某一个需要记忆的位置时,按下某一位置记忆按钮,该位置被记忆。
依次记忆第二、第三个位置后,司机只需要按动自动定位按钮就可以精确地定位,而无需每次都采用手动来改变吊具的伸缩位置。
可移动式双箱吊具控制器自动完成单箱作业状况和双箱作业状况之间的切换,司机仅需要按动“进人双箱”或“进入单箱”按钮即可。
控制器接收到”进入双箱”信号后,首先判断吊具是否处于单箱工作状态。
如果是,它接着检查四角是否全部开锁,然后控制器把伸缩梁移动到40ft位置,到位后再将中间移动架移动到40ft标准位置。
两个到位信号传至控制器后,控制器开始实施上下推杆锁定钩的锁钩动作,锁钩完成后会有传感信号反馈给控制器。
最后控制器将中部转销箱放下,进入双箱作业状态操作。
控制器接收到“进入单箱”信号后,首先判断吊具是否处于双箱工作状态。
如果是,它接着检查8个锁位是否全部开锁,可移动式双箱吊具借助伸缩控制器把吊具伸缩到40ft位置。
这次伸缩与进入双箱工作状况时不同,它使用的是中间推力油缸而非液压马达。
接着控制器提升中间转销箱,脱开上下推杆的锁定钩,并将中间移动架置于40ft零位位置,进入单箱作业状态操作。
可移动式双箱吊具控制器的内部计算机程序分监控程序和逻辑控制程序两大部分,逻辑控制程序部分类似PLC程序,它能很方便地调阅,也能很迅速地修改。
这进一步扩大了本控制器的适应性。
可移动式双箱用具控制器的输入输出单元采用可拔插的模块结构、它们有和主板牢固结合的机械机构,也有多种电压等级可供选择。
输入模块具有很强的抗干扰能力,输出模块具有很高的工作稳定性。
整个控制器带有减震装置。
(3)液压部分。
与普通双箱吊具相比,ZPMC可移动式双箱吊具液压系统有如下特点:
第一,动力源采用一个恒功率变量柱塞泵。
这种泵在低压时输出大流量,高压时则输出小流量。
这就适应了可移动式双箱吊具的特殊工况:
当吊具空载时,推力油缸负载小,工作压力较低而流量大,使移动速度加快;
满载时,工作压力升高,流量减小,使移动速度减慢。
第二,在该种吊具上设有用电磁阀切换的二级控制压力。
低压系统为锁销油缸、导板摆动油缸,伸缩油马达、中间提升油缸、上下推杆锁钩油缸提供动力;
高压系统则单独驱动两个中间推力油缸,以克服带载移动时的摩擦力。
低压压力设定值为10MPa,高压压力设定值为17MPa。
第三,当吊具不做任何动作时,油泵压力通过其上的卸荷阀减小至2MPa并以零排量工作。
这样就减小系统发热且节约能源,实现低压待命控制。
第四,ZPMC可移动式双箱吊具上采用了一个流量分配马达,其内部机械连接的两个齿轮保证了输入两个油缸的液压油流量相等,且这种马达的分流精度很高,从而使两对中间移动架实现向内或向外的精确同步移动。
在伸缩液压马达上装有一个平衡溢流阀,其压力设定值可调。
当吊具做平移运动时,链轮驱动液压马达旋转,使液压马达过载卸荷,液压油流回油箱。
这种方法具有最佳的控制过载效果。
3-2.吊具技术参数
【型号:
SET01A】
适用于操作ISO标准20英尺、40英尺、45英尺和两个20英尺集装箱
额定起重量(单箱)
50T
额定起重量(双箱)
61T
端梁四角吊耳负重
15.3Tx4
主梁底部四角吊耳负重
自重
15T
【操作】
伸缩(20’到45’)
~40S
导板(180°
)
5~7S
转销(90°
<
1.5S
导板力矩
2400Nm
【电气】
电源电压
AC380V(三相)
频率
50HZ
控制电压
AC110V
总功率
7.5KW
电动机过载保护值
max32A
防护等级
IP55
电磁阀电压
DC24V
【液压】
油泵排量
max33cc/r
系统工作压力
110~170bar
油箱容积
170L
环境温度
-20℃~+40℃
【转销形式】
ISO浮动转销,靠油缸驱动
【伸缩驱动方式】
液压马达驱动链轮/链条传动
【导板装置】
液压马达驱动
【中间转销箱】
靠油缸垂直运动实现升降
靠油缸水平运动实现平移
3-3自动定位系统和安全连锁
一、自动定位系统
随着现代科学技术的迅速发展,以及对集装箱装卸效率越来越高的要求,目前世界上主要的吊具制造商均推出了自己的智能型吊具。
所谓智能吊具,即在吊具上安装专门的PLC装置,来控制吊具的运动及对整个吊具进行在线动态监控。
这种专门的PLC装置还能和起重机的电控系统或维修车间的计算机进行通信和数据交换。
智能吊具的一个很重要的特点,是其上有一套伸缩自动定位系统。
对于一般的吊具,如吊具的伸缩梁位置发生了偏移,起重机司机需用手动操作的方式重新予以定位。
而吊具自动定位系统则专门用于吊具伸缩梁的准确定位,且可在吊具受强烈外力冲击伸缩梁位置偏移的情况下,自动地调节吊具的长度,使伸缩梁回到原来的位置,从而保持司机所选的吊具伸缩长度值。
自动定位系统由一个伸缩控制器和一个绝对位置编码器组成。
绝对位置编码器通过联轴器直接安装在从动链轮轴上,用来检测从动链轮轴的旋转角度,并将此角度值信号不断地传输给伸缩控制器。
伸缩控制器一般安装在吊具的主电气接线箱内
伸缩控制器中有必要的程序逻辑来控制吊具的伸缩动作和伸缩长度。
它接受发自于司机的吊具伸缩位置信号并控制液压阀上的伸或缩电磁线圈,从而实现吊具的伸缩运动。
伸缩控制器的精确定位操作始终贯穿在集装箱装卸的全过程中,也即是能始终保持伸缩梁的正确位置。
由于绝对位置编码器检测信号的精度高,而且是完全自动调节,所以司机不必担忧吊具伸缩位置的偏离问,这样集装箱装卸作业效率可明显提高。
伸缩控制器的操作具有快速模仿人工操作的特点,它根据预先设定伸缩位置和伸缩梁现行位置首先决定运动方向,并开通电磁阀驱动伸缩梁运动,然后根据机械惯性在接近目标位置时用点动操作方式使伸缩梁迅速达到目标位置。
其中,程序中的提前量、点动时间、间隔时间均可在伸缩控制器中预先设定,无需操作人员的干预。
伸缩控制程序有两种操作模式:
直接模式和伸/缩模式。
通过接线箱内的选择开关可选择其中的一种模式。
在直接模式中,司机选择吊具的伸缩位置,自动定位系统则将吊具直接移动至所希望的位置。
在伸/缩模式中,自动定位系统则将吊具由一个位置逐步地移至另一个位置。
移动的方向由司机操纵伸和缩按钮或选择开关来决定。
为了使伸缩控制器能准确的定位吊具伸缩梁,必须给出一个参考点。
因此准确地设置
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