近年來，隨著技術(shù)的不斷**和發(fā)展，輪胎式龍門吊（以下簡(jiǎn)稱“輪胎吊”）憑借其較高的堆場(chǎng)利用率和堆垛能力以及靈活的轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)能力，廣受集裝箱碼頭的青睞。寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營有限公司現(xiàn)有62 臺(tái)輪胎吊，其中：10臺(tái)輪胎吊通過柴油機(jī)供電，37臺(tái)輪胎吊通過高架滑觸線供電；還有15 臺(tái)既可以通過柴油機(jī)供電，也可以通過高架滑觸線供電。高架滑觸線供電的輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)需要利用移動(dòng)發(fā)電機(jī)組供電，并由人工完成集電桿與滑觸線的對(duì)接及取電空氣開關(guān)的轉(zhuǎn)換，整體操作效率較低且安全性較差。本文基于對(duì)輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)的研究，提出符合堆場(chǎng)要求且行之有效的自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置

改造方案。

1 輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置簡(jiǎn)介

輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置由機(jī)械裝置和控制單元組成。機(jī)械裝置采用全電動(dòng)操作，由可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）對(duì)不同位置的傳感器進(jìn)行采樣，有序控制各個(gè)電機(jī)，從而自動(dòng)對(duì)接集電桿上的碳刷和滑觸線。自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置采用人機(jī)交互操作界面，能夠?qū)崟r(shí)顯示故障和狀態(tài)信息。

2 輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置改造

2.1 改造目標(biāo)

改造后的輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)取電、自動(dòng)斷電功能，并且當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)人工轉(zhuǎn)換為高架滑觸線供電模式。

2.2 結(jié)構(gòu)及功能

輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置由起升機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)、測(cè)距激光、鎖定機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及電控箱等組成，各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件由傳感器定位并由電控箱內(nèi)的PLC程序控制，通過有序的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)碳刷和滑觸線的對(duì)接和分離，從而實(shí)現(xiàn)輪胎吊的自動(dòng)取（斷）電以及自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)功能。輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置改造前后對(duì)比見圖 1。

改造后的自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置的結(jié)構(gòu)及功能如下。

（1）起升機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)集電桿的上升和下降運(yùn)動(dòng)。

（2）糾偏機(jī)構(gòu)：當(dāng)碳刷和滑觸線在上升運(yùn)動(dòng)中錯(cuò)位時(shí)，調(diào)整碳刷和滑觸線，從而使其對(duì)位準(zhǔn)確。

（3）測(cè)距激光：檢測(cè)碳刷和導(dǎo)向板間距，并反饋給PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，以便判斷是否需要糾偏以及需要糾偏的偏移量。

（4）激光反射板：反射測(cè)距激光信號(hào)。

（5）鎖定機(jī)構(gòu)：當(dāng)輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)且高架滑觸線供電時(shí)鎖定集電桿，防止集電桿晃動(dòng)。

（6）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：確保碳刷和滑觸線精準(zhǔn)對(duì)位并完全接觸。

（7）凸輪開關(guān)：分段控制起升結(jié)構(gòu)。

（8）電控箱：內(nèi)置PLC，有序控制整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成自動(dòng)取（斷）電。

（9）司機(jī)室操作盒：便于司機(jī)在司機(jī)室內(nèi)遠(yuǎn)程操作，控制取（斷）電。

（10）動(dòng)作連桿：確保在上升、下降運(yùn)動(dòng)和糾偏時(shí) 4 根集電桿同時(shí)動(dòng)作。

2.3 工作流程

輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置的自動(dòng)取電流程和自動(dòng)斷電流程分別見圖 2 和圖 3。

2.4 改造難點(diǎn)

改造后的輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置增加 1 根動(dòng)作連桿，并將 4 根集電桿相互連接，從而確、保在上升、下降運(yùn)動(dòng)和糾偏時(shí)4根集電桿同時(shí)動(dòng)作。

輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置改造完成后，在轉(zhuǎn)場(chǎng)方面取得預(yù)期效果，較人工操作轉(zhuǎn)場(chǎng)更為方便，且操作簡(jiǎn)單；但在電車作業(yè)時(shí)，改變了原來高架滑

觸線取電的特性，存在的問題及解決辦法如下。

2.4.1 彈簧壓力

為了保證碳刷和滑觸線充分接觸，要求自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置單根集電桿的彈簧壓力達(dá)到 140 N。雖然改造過程中沒有調(diào)整彈簧壓力，但改造后的彈簧壓力自行下降至 115 N，導(dǎo)致碳刷和滑觸線無法充分接觸，從而造成大車行走過程中跳電，大風(fēng)情況下碳刷偏離。

（1）缺陷 動(dòng)作連桿的自身質(zhì)量為 10 kg，在每根集電桿上的平均作用力為 25 N，導(dǎo)致彈簧壓力從140 N降至 115 N。

（2）解決辦法 將動(dòng)作連桿移至集電器尾座，從根本上解決動(dòng)作連桿對(duì)集電桿的壓力損耗，恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)集電桿的可靠性。

2.4.2 碳刷磨損

單根完整碳刷的厚度為 20 mm，當(dāng)碳刷磨損厚度大于 10 mm 或碳刷偏磨嚴(yán)重時(shí)，必須更換碳刷。改造前，單根碳刷 1 周磨損 2.5 mm，且不偏磨；改造

后，單根碳刷 1 周磨損 7 mm，且偏磨嚴(yán)重。碳刷保養(yǎng)記錄顯示：改造前，單根碳刷使用壽命為 30 d 左右；改造后，單根碳刷使用壽命僅為 10 d。由此可見，改造工程大大縮短了碳刷的使用壽命，且增加了自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置的維修成本。

（1）缺陷 動(dòng)作連桿限制單根集電桿在左右方向的微調(diào)，導(dǎo)致碳刷偏磨。

（2）解決辦法 在集電桿上安裝獨(dú)立鋼絲繩進(jìn)行牽引，從而解決碳刷偏磨問題。

2.4.3 碳刷保養(yǎng)

改造完成后，自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置集電桿下降高度減少 10 cm（被鎖定機(jī)構(gòu)抵住）且底部相連，加之集電桿“靴頭”在更換碳刷時(shí)上升 50 cm，導(dǎo)致集電桿在

更換碳刷時(shí)受力加大且容易變形，從而增加更換碳刷的難度。

（1）缺陷 鎖定機(jī)構(gòu)限制集電桿的下降高度，從而增加碳刷保養(yǎng)的難度。

（2）解決辦法 將自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置前端的整體鎖定機(jī)構(gòu)改造成獨(dú)立導(dǎo)槽及鎖鉤，在無電情況下可人

工收回集電桿，從而方便檢查并更換碳刷。

3 輪胎吊高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置應(yīng)用

經(jīng)過觀察，發(fā)現(xiàn)改造后的自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置與原裝置特性相似，在再次改造中取消動(dòng)作連桿，避免動(dòng)作連桿對(duì)彈簧壓力產(chǎn)生影響，并采用后端開閉式連桿對(duì)集電桿進(jìn)行等間隔（400 mm±20 mm）控制，從而提高集電桿“靴頭”進(jìn)槽率，保證集電桿“靴頭”進(jìn)槽時(shí)的同步性。

對(duì)油電切換的輪胎吊進(jìn)行高架滑觸線自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置改造，自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)流程如下：（1）在作業(yè)過程中收到轉(zhuǎn)場(chǎng)命令時(shí)，立刻啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)待命；（2）待發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，從電車狀態(tài)切換到油車狀態(tài)；（3）待操作臺(tái)油車指示燈亮起后，集電桿自動(dòng)收起，進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)；（4）轉(zhuǎn)場(chǎng)完畢后，集電桿與滑觸線自動(dòng)接合；（5）從油車狀態(tài)切換到電車狀態(tài)；（6）操作臺(tái)電車指示燈亮起后，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，完成自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)。

自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)裝置改造后，司機(jī)無需工程技術(shù)人員協(xié)助，即可獨(dú)立完成轉(zhuǎn)場(chǎng)操作，簡(jiǎn)便快捷，避免了輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)的人工升降集電桿，增強(qiáng)了輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)的機(jī)

動(dòng)性，提高了輪胎吊轉(zhuǎn)場(chǎng)的作業(yè)效率，降低了工程維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。