高學(xué)柳 劉楊 朱德平

輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（以下簡稱“輪胎吊”）的主要工作機(jī)構(gòu)包括起升機(jī)構(gòu)、大車機(jī)構(gòu)和小車機(jī)構(gòu)，其中，大車機(jī)構(gòu)的主要作用是實(shí)現(xiàn)工作場(chǎng)區(qū)輪胎吊大車方向的變換。大車機(jī)構(gòu)故障會(huì)造成輪胎吊停止工作，從而導(dǎo)致集裝箱積壓，影響場(chǎng)區(qū)利用率，降低船舶作業(yè)效率。本文針對(duì)輪胎吊大車機(jī)構(gòu)存在的起步困難和糾偏困難兩種疑難故障，從機(jī)械原理和電氣原理入手分析故障原因并提出故障解決方案，從而排除集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)安全隱患。

1 輪胎吊大車起步困難故障及其解決方案

1.1 故障現(xiàn)象

在輪胎吊停機(jī)后再次起步的過程中，變頻器報(bào)過電流故障，控制電源跳閘，司機(jī)須操作故障復(fù)位后才能再次起步。每次輪胎吊停機(jī)后，司機(jī)需要重復(fù)上述操作10次以上，起步時(shí)間一般超過20 min，冬天超過30 min，嚴(yán)重影響輪胎吊作業(yè)效率;此外，頻繁過電流會(huì)縮短變頻器和電機(jī)的使用壽命。通過DriveWindow軟件監(jiān)測(cè)變頻器的電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形發(fā)現(xiàn)：在大車起步過程中，大車電流和轉(zhuǎn)矩迅速升至最大值并持續(xù)短暫時(shí)間后，控制電源跳閘。

1.2 故障解決

青島前灣集裝箱碼頭有限責(zé)任公司（以下簡稱“青島前灣集裝箱碼頭”）的8臺(tái)RC40.5/60型輪胎吊自2002年投產(chǎn)后一直存在大車起步困難故障。該型號(hào)輪胎吊大車電控系統(tǒng)采用的可編程邏輯控制器型號(hào)、變頻器型號(hào)、電機(jī)型號(hào)和控制方式均與公司另外8臺(tái)LJ1000型輪胎吊相同，但LJ1000型輪胎吊卻不存在大車起步困難的問題。為此，比較LJ1000型輪胎吊與RC40.5/60型輪胎吊的大車機(jī)械傳動(dòng)參數(shù)和電氣傳動(dòng)參數(shù)，判斷RC40.5/60型輪胎吊的機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)和調(diào)試數(shù)據(jù)是否合理。

1.2.1 機(jī)械傳動(dòng)方面

輪胎吊大車電機(jī)過電流與機(jī)械傳動(dòng)參數(shù)中的減速箱速比、鏈條傳動(dòng)速比和總傳動(dòng)速比有關(guān)。從RC40.5/46型輪胎吊與LJ1000型輪胎吊大車主要機(jī)械傳動(dòng)參數(shù)比較（見表1）可見，前者的總傳動(dòng)速比比后者大9.623。根據(jù)功率=轉(zhuǎn)矩捉撬俁齲詮β屎偷緇儼槐淶那榭魷攏艽儔仍醬螅蚪撬俁仍叫。涑鱟卦醬蟆4踴蕩慕嵌壤純矗琑C40.5/46型輪胎吊比LJ1000型輪胎吊在大車起步方面更具優(yōu)勢(shì);因此，判斷RC40.5/46型輪胎吊在大車機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)方面沒有問題。

1.2.2 電氣傳動(dòng)方面

輪胎吊大車電機(jī)電流由變頻器控制。從ACS600變頻器控制功能圖可知，與電機(jī)電流相關(guān)的控制參數(shù)主要有增益、積分時(shí)間、最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩等，其中：增益和積分時(shí)間參數(shù)主要影響電流隨速度偏差變化的響應(yīng)速度;最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩參數(shù)決定變頻器輸出的最大和最小轉(zhuǎn)矩，間接影響電流的最大值和最小值。

從RC40.5/46型輪胎吊與LJ1000型輪胎吊大車主要電氣傳動(dòng)參數(shù)比較（見表2）可見：RC40.5/46型輪胎吊的增益和積分時(shí)間設(shè)定參數(shù)值較小，最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩設(shè)定參數(shù)值偏大，而增大增益參數(shù)值可以加快電流響應(yīng)速度，減小最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩參數(shù)值可以降低變頻器輸出電流。為此，將RC40.5/46型輪胎吊的增益、最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩參數(shù)值修改為與LJ1000型輪胎吊相應(yīng)參數(shù)值相同。經(jīng)司機(jī)試車驗(yàn)證，變頻器過流跳閘現(xiàn)象消失，大車起步非常平穩(wěn)。通過DriveWindow軟件再次監(jiān)測(cè)變頻器的電流和轉(zhuǎn)矩波形發(fā)現(xiàn)：大車起步時(shí)的電流很小，電機(jī)啟動(dòng)順暢，不存在過流跳閘現(xiàn)象。

2 輪胎吊大車糾偏困難故障及其解決方案

2.1 大車糾偏原理

輪胎吊大車機(jī)構(gòu)主要由海側(cè)4個(gè)行走輪和陸側(cè)4個(gè)行走輪組成，其中：陸左和海右第一個(gè)行走輪為主動(dòng)輪，其他行走輪為從動(dòng)輪。受場(chǎng)地平整度和兩側(cè)輪胎大小不同的影響，在變頻器輸出轉(zhuǎn)矩相同的情況下，大車在行走過程中因兩側(cè)行走輪的速度不一致而出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象;此時(shí)，司機(jī)需要頻繁糾偏，即給速度較慢一側(cè)電機(jī)實(shí)施速度補(bǔ)償，補(bǔ)償值一般為給定速度的10%，直到大車跑正。如果被糾偏的電機(jī)速度與另一個(gè)電機(jī)速度無偏差，大車將向跑偏的方向繼續(xù)行走，導(dǎo)致糾偏失敗;此時(shí)，若司機(jī)不及時(shí)停車，易引發(fā)輪胎吊與箱垛碰撞事故?？梢姡筌嚰m偏對(duì)輪胎吊的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

2.2 大車糾偏困難故障原因及解決方案

2.2.1 機(jī)械原因及排除

導(dǎo)致輪胎吊大車糾偏困難的機(jī)械原因包括：（1）蛇形聯(lián)軸器斷裂，導(dǎo)致電機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載;（2）大車鏈條過松，引起電機(jī)過流;（3）大車減速箱內(nèi)部齒輪損壞，導(dǎo)致電機(jī)過載;（4）大車輪軸軸承損壞，導(dǎo)致電機(jī)過載;（5）大車制動(dòng)器間隙過小，導(dǎo)致制動(dòng)器不能完全打開，從而引起電機(jī)過載;（6）大車單側(cè)4個(gè)輪胎未沿直線安裝，尤其是主動(dòng)輪安裝不正，引起大車跑偏和糾偏困難。針對(duì)以上機(jī)械原因引起的大車糾偏困難，可以采取逐級(jí)排除的方式，即逐級(jí)機(jī)械分離電機(jī)和機(jī)械聯(lián)結(jié)裝置后，再次測(cè)量電機(jī)和電流波形是否正常，逐級(jí)查找故障原因后排除故障。

2.2.2 電氣原因及排除

（1）速度給定回路出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)為糾偏手柄損壞或可編程邏輯控制器輸入模塊損壞，導(dǎo)致兩側(cè)速度給定無偏差。該故障可以通過司機(jī)在操作糾偏手柄時(shí)在線觀察可編程邏輯控制器程序來排除。

（2）速度檢測(cè)回路故障，主要表現(xiàn)為編碼器、編碼器接口板以及兩者間的線路故障，導(dǎo)致大車兩側(cè)速度反饋異常，兩側(cè)變頻器輸出力矩和電流異常，進(jìn)而導(dǎo)致大車糾偏失敗。該故障可以通過將電機(jī)控制方式由閉環(huán)狀態(tài)改為開環(huán)狀態(tài)后觀察故障現(xiàn)象來排除。

（3）大車電機(jī)主接觸器故障，主要表現(xiàn)為接觸器主觸點(diǎn)損壞引起電機(jī)過流或缺相，導(dǎo)致電機(jī)工作異常，進(jìn)而造成大車糾偏失敗。該故障可以通過拆解接觸器或利用萬用表測(cè)量來排除。

（4）大車電機(jī)故障，主要表現(xiàn)為電機(jī)線圈絕緣損壞、電機(jī)軸承損壞以及電機(jī)與變頻器之間線路故障等。該故障可以通過觀察電機(jī)軸在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否上下竄動(dòng)和用絕緣表（搖表）測(cè)量電機(jī)相間和單相對(duì)地絕緣電阻來排除。

2.3 大車糾偏困難故障案例分析

（1）故障現(xiàn)象 青島前灣集裝箱碼頭QGLT40.5- 5/6型輪胎吊出現(xiàn)大車糾偏困難故障：大車在跑動(dòng)過程中向海側(cè)跑偏，并且向陸側(cè)糾偏困難，尤其是當(dāng)小車停在海側(cè)位置時(shí)，無法向陸側(cè)糾偏。

（2）故障原因 在大車糾偏過程中，海側(cè)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速均超過陸側(cè)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速，當(dāng)司機(jī)向陸側(cè)糾偏時(shí)，海側(cè)電機(jī)與陸側(cè)電機(jī)存在轉(zhuǎn)速偏差且海側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速更快，從波形上分析糾偏是正常的;但實(shí)際上，海側(cè)大車移動(dòng)速度并沒有超過陸側(cè)大車移動(dòng)速度，從而導(dǎo)致糾偏失敗。由此可見，該故障是由機(jī)械傳動(dòng)方面的原因引起的。

（3）故障排除方法及過程 首先，拆檢海側(cè)大車減速箱和蛇形聯(lián)軸器，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象;然后，采用經(jīng)緯儀測(cè)量海側(cè)4個(gè)輪胎和海側(cè)大車鞍梁的平行度，發(fā)現(xiàn)海側(cè)主動(dòng)輪與其他3個(gè)輪胎不在同一條直線上，其與參考線的距離與其他3個(gè)輪胎相比偏差。由圖1可見：大車主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速方向與大車行走線有角度 ，大車在理想狀態(tài)下的移動(dòng)速度為V1=V cos，因此海側(cè)大車速度始終比陸側(cè)慢，導(dǎo)致大車向海側(cè)跑偏;而糾偏后海側(cè)大車速度只有V2=（1+ 10%） V cos，因此糾偏困難。鑒于此，調(diào)整大車轉(zhuǎn)向油缸，使大車海側(cè)主動(dòng)輪與大車鞍梁平行，從而排除糾偏困難故障。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)輪胎吊大車起步困難和糾偏困難故障，通過輪胎吊在線監(jiān)控軟件采集輪胎吊大車起步過程和糾偏過程中的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流波形，找出故障原因并快速、準(zhǔn)確地排除故障，實(shí)現(xiàn)大車平穩(wěn)啟動(dòng)和高速運(yùn)行，從而避免輪胎吊撞箱事故，提高設(shè)備裝卸效率，保障集裝箱碼頭作業(yè)安全。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-01-02）