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起重電機之門座式起重機吊具旋轉(zhuǎn)機構(gòu)變頻調(diào)速改造 |
發(fā)布時間：2022-08-11 14:33:00 點擊： |
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起重電機專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達電機2022年8月11日訊 為克服洋浦國際集裝箱碼頭作業(yè)岸線短、前沿設(shè)備少等缺點，利用變頻調(diào)速技術(shù)對2臺集裝箱門座式起重機的吊具旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行變頻改造，使門機吊具旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)變頻控制，并增加手動微調(diào)和自動跟隨等功能。根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，經(jīng)變頻調(diào)速改造后的集裝箱門機作業(yè)效率顯著提高，同時對比傳統(tǒng)吊架作業(yè)工況，有效降低工班作業(yè)人數(shù)，在實現(xiàn)設(shè)備高效作業(yè)的同時進一步降低作業(yè)風險。
2018年4月13日，中共中央總書記、國家主席習近平在慶祝海南建省辦經(jīng)濟特區(qū)30周年大會上鄭重宣布，黨中央決定支持海南全島建設(shè)自由貿(mào)易試驗區(qū)，支持海南逐步探索、穩(wěn)步推進中國特色自由貿(mào)易港建設(shè)，分步驟、分階段建立自由貿(mào)易港政策和制度體系。同年4月14日，《中共中央國務(wù)院關(guān)于支持海南全面深化改革開放的指導意見》正式對外發(fā)布，海南島迎來全島建設(shè)新時代。2019年11月5日，在上海舉行的第二屆中國國際進口博覽會開幕式上，習總書記明確表示，中國將繼續(xù)鼓勵自由貿(mào)易試驗區(qū)大膽試、大膽闖，加快推進海南自由貿(mào)易港建設(shè)，打造開放新高地。在新形勢背景下，海南省將迎來更多面向東盟、面向世界的發(fā)展機遇。海南港口必須順應(yīng)發(fā)展需要，盡快提高服務(wù)集裝箱運輸?shù)臈l件和能力，為即將到來的快速發(fā)展時期提前布局，更好地適應(yīng)和服務(wù)海南運輸更加自由、貿(mào)易更加自由的發(fā)展新局面。近年來，各類紅利政策相繼出臺，進一步支持洋浦港吸引國內(nèi)外貨源、發(fā)展國際中轉(zhuǎn)運輸業(yè)務(wù)。新形勢下，洋浦國際集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱“公司”）積極把握自貿(mào)港政策紅利，充分利用自身良港資源，加快推進港口能力提升建設(shè)，將洋浦國際集裝箱碼頭逐步打造成為面向印度洋、太平洋的國際集裝箱樞紐港，對服務(wù)海南自由貿(mào)易港和西部陸海新通道兩大國家戰(zhàn)略提供重要支撐。洋浦國際集裝箱碼頭現(xiàn)有8臺65 t-55 m型集裝箱岸橋、30臺輪胎式場地吊、2臺軌道式場地吊、4臺多用途門機，其中2臺45 t-35 m型多用途門機配置360°全回轉(zhuǎn)集裝箱吊具。在作業(yè)時，吊具旋轉(zhuǎn)和起重機旋轉(zhuǎn)應(yīng)保持同步，保證集裝箱吊具橫向軸線始終與起重機軌道保持平行。但在實際作業(yè)中，會出現(xiàn)吊具搖晃幅度較大、吊具姿態(tài)難以控制、對箱操作困難等情況，嚴重影響單機作業(yè)效率和現(xiàn)場作業(yè)安全。通過對設(shè)備程序的深入研究和多方咨詢，得知該吊具旋轉(zhuǎn)功能存在一定設(shè)計缺陷，吊具旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由2臺1.5 kW電機組成，均為AC 380 V/50 Hz工頻直接驅(qū)動，因此吊具旋轉(zhuǎn)電機僅有1個額定轉(zhuǎn)速，且調(diào)整速度過快，不能實現(xiàn)快/慢速切換，從而導致其無法有效控制吊具姿態(tài)和旋轉(zhuǎn)角度。為充分挖掘設(shè)備潛力，應(yīng)對當下集裝箱業(yè)務(wù)增量所帶來的前沿設(shè)備作業(yè)壓力，公司針對設(shè)計缺陷對現(xiàn)有設(shè)備操作工況進行調(diào)整優(yōu)化，通過電路優(yōu)化設(shè)計和控制程序的修改，使吊具旋轉(zhuǎn)功能夠?qū)崿F(xiàn)變頻驅(qū)動、無級變速、吊具旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)自動跟隨運行等3大功能，以技術(shù)手段保證設(shè)備作業(yè)的安全性和司機操作的便捷性，為提升港口設(shè)備裝卸能力做出技術(shù)上的積極探索。變頻驅(qū)動和無極變速這2大功能的實現(xiàn)得益于變頻器的介入。通過將原有直接工頻驅(qū)動的2臺旋轉(zhuǎn)電機改造為由變頻器驅(qū)動，增加1套變頻器系統(tǒng)與本機PLC進行通信。同時，在司機操作手柄上增設(shè)旋轉(zhuǎn)運行按鈕，并通過本機PLC處理按鈕信號，再將處理信號傳輸至吊具旋轉(zhuǎn)變頻器，最后由變頻器輸出設(shè)定頻率以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機，實現(xiàn)吊具左右旋轉(zhuǎn)的微動調(diào)整。自動跟隨運行功能通過起重機旋轉(zhuǎn)變頻器與吊具旋轉(zhuǎn)變頻器之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)吊具旋轉(zhuǎn)和起重機旋轉(zhuǎn)保持同步，并保證集裝箱吊具的橫向軸線始終與起重機軌道保持平行。在初步設(shè)定時，通過手動調(diào)整將吊具旋轉(zhuǎn)至與軌道平行的位置，當起重機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動作時，通過PLC將旋轉(zhuǎn)速度上傳至系統(tǒng)，系統(tǒng)程序根據(jù)起重機實時的旋轉(zhuǎn)速度確定吊具旋轉(zhuǎn)速度，并通過PLC將確定的速度傳輸至吊具旋轉(zhuǎn)變頻器，以控制吊具旋轉(zhuǎn)動作，保證吊具旋轉(zhuǎn)和起重機旋轉(zhuǎn)同步動作，使吊具姿態(tài)始終相對于軌道平行。自動控制流程見圖1。手動控制流程見圖2。2種控制方式都以吊具旋轉(zhuǎn)變頻器與本機PLC的通信為基礎(chǔ)，其中：PLC主要負責讀取、處理設(shè)備硬件數(shù)據(jù)并傳輸至吊具旋轉(zhuǎn)變頻器；吊具旋轉(zhuǎn)變頻器經(jīng)過讀取處理后輸出額定頻率和動作時間，控制吊具旋轉(zhuǎn)動作。改造采用的吊具旋轉(zhuǎn)變頻器為安川A1000型變頻器（5.5 kW），機上PLC型號為安川CP317。選擇同品牌產(chǎn)品使本次改造在通信協(xié)議、通信方式上的技術(shù)難度和操作難度明顯降低。改造在硬件設(shè)備方面主要增加1套安川A1000變頻器、2套航空操作手柄、2臺1.5 kW旋轉(zhuǎn)電機和其他輔助電器元件。變頻器主要由主回路和控制回路等2部分組成，其中：主回路是給異步電動機提供調(diào)頻調(diào)壓電源的電力變換部分，主要由整流器、濾波器、逆變器和制動單元等組成；控制回路主要由運算回路、電壓/電流檢測回路、驅(qū)動回路和轉(zhuǎn)速檢測回路等4部分組成。改造選配型號為VNS04FN11AKERUGN（1RD2GN3YE4BL6LWH6RBK）的航空手柄取代機械式手柄，在保留設(shè)備主機構(gòu)操作性的同時，在手柄上增設(shè)吊具旋轉(zhuǎn)操作按鈕，方便司機在移動主機構(gòu)的同時微動調(diào)整吊具旋轉(zhuǎn)方向，保證吊具旋轉(zhuǎn)精度，節(jié)省作業(yè)時間，提高裝卸效率。改造由于增加吊具操作旋轉(zhuǎn)按鈕、變頻器故障（準備）和其他控制功能，必須對設(shè)備原有電路進行部分改造。改造重在PLC輸入/輸出點的增加和替換，共增加16個輸入點和3個輸出點。輸入端子分配見表1。輸出端子分配見表2。本次改造新增的電氣元器件主要涉及主回路電氣圖、輔助回路電氣圖、PLC輸入回路電氣圖和PLC輸出回路電氣圖等方面。主回路電氣圖見圖3。輔助回路電氣圖見圖4。PLC輸入回路電氣圖見圖5。PLC輸出回路電氣原理圖見圖6。本次設(shè)備技術(shù)改造從現(xiàn)場實際作業(yè)出發(fā)，結(jié)合本機運行工況，經(jīng)過試驗和論證，實現(xiàn)吊具旋轉(zhuǎn)自動跟隨功能，有效提高單機作業(yè)效率，降低用人成本，對于提升岸線作業(yè)能力與降低作業(yè)風險等方面起到積極作用。改造將原機配備的機械手柄更換為航空式手柄，并將手柄機械互鎖保護更改為按鈕式電氣互鎖。考慮到手柄操作的安全性，按鈕位置也滿足人機工程學原理，在方便司機操作的同時能夠有效避免司機對設(shè)備主機構(gòu)的誤操作。吊具旋轉(zhuǎn)操作按鈕和吊具導板動作按鈕布置在手柄上方，方便司機在設(shè)備主機構(gòu)運行時對吊具輔助功能進行便捷的操作。本次設(shè)備改造充分考慮設(shè)備安全性。針對變頻器保護，增加變頻器準備和變頻器故障等2個輸入點。當變頻器出現(xiàn)故障時，設(shè)備機構(gòu)無法動作，等待維修人員上機檢查修復；當變頻器準備未到位時，設(shè)備機構(gòu)也無法動作。本次吊具旋轉(zhuǎn)功能改造優(yōu)化司機作業(yè)操作，降低作業(yè)過程中的對箱時長，大幅提高集裝箱裝卸效率。相較于使用傳統(tǒng)集裝箱吊架進行作業(yè)，作業(yè)面人工大幅降低，有效減少碼頭裝卸船作業(yè)風險，相關(guān)數(shù)據(jù)對比如下。
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改造前。取2017年12月份作業(yè)數(shù)據(jù)，平均作業(yè)效率為10.7 TEU/h。2017年12月門機作業(yè)效率見表3。
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改造后。取2020年7月上旬作業(yè)數(shù)據(jù)，平均作業(yè)效率為15.61 TEU/h。取2021年8月下旬作業(yè)數(shù)據(jù)，平均作業(yè)效率為17.31 TEU/h。取2022年2月中旬作業(yè)數(shù)據(jù)，平均作業(yè)效率為17.46 TEU/h。2020年7月門機作業(yè)效率見表4。2021年8月門機作業(yè)效率見表5。2022年2月門機作業(yè)效率見表6。
針對本次抽取的4組實際數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)改造后的作業(yè)效率從10.70 TEU/h提升至約16.79 TEU/h，效率提高56.92%。相較于傳統(tǒng)門架作業(yè)，在作業(yè)效率基本持平的情況下，作業(yè)人數(shù)由6人減少到3人，用工人數(shù)降低50%。改造前后作業(yè)效率和工班人數(shù)對比見表7。綜上所述，2臺45 t-35 m型多用途門機在實施吊具旋轉(zhuǎn)功能改造后，集裝箱裝卸船作業(yè)效率顯著提高，同時對比傳統(tǒng)吊架作業(yè)工況，用工成本和碼頭前沿作業(yè)風險明顯降低。原文標題：門座式起重機吊具旋轉(zhuǎn)機構(gòu)變頻調(diào)速改造
作者：張誠龍，萬梓清；洋浦國際集裝箱碼頭有限公司，海南港航控股有限公司
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