电驱动移动双箱吊具电气方案应用

1电驱动移动双箱吊具介绍和优势

目前广泛使用的吊具有液压动力和纯电动两种动力,电动吊具有着液压吊具不可比拟的环保、节能特性,正越来越得到大家的认可。而电驱动的移动双箱吊无疑是吊具中生产效率的佼佼者。当单箱吊具装卸一个20英尺集装箱的时候,它能同时完成两个20英尺集装箱的装卸工作。原来仅能装载一个20英尺箱子的时间,现在仅仅控制几个开关按钮就可以完成两只20英尺集装箱的抓取工作,提高了起重机的装卸效率,因而深受国内外码头用户欢迎。

电驱动移动双箱吊具在单箱状态下,靠单箱电机的运动带动单箱伸缩梁运动,可满足20英尺、40英尺和45英尺集装箱的吊装作业:当吊具进入双箱状态后,操作人员可以操控开关对不带箱吊具或挂载有双20英尺集装箱的吊具做分离或合拢动作。电动双箱吊具可为用户提供双箱模式下的位置记忆点,通常设有两处记忆位置,也可以根据用户要求设定多段位置记忆功能,供操作人员随时设定,当然这几个位置是可以随时更改的,这就提高了装卸工作的效率,而且操作简便。

2电驱动移动双箱吊具的动力组成

吊具的单箱伸缩动作和双箱分离动作是由两套动力源来执行的,分别安置于吊具内部左右两侧,由2台4kw分别驱动单箱和双箱伸缩的电机和一台差动减速机组成单侧的动力单元,为了实现电机能分别驱动两种伸缩模式,差动减速机设计了两个输出轴,其中一个输出轴可单独完成一台4kw单箱电机驱动工作,另一台4kw电机可驱动两个输出轴共同工作。单箱模式的20英尺、40英尺、45英尺定位功能由分别安装在左右减速机上的两个旋转编码器控制左右侧定位。双箱模式需要的平移位置定位由恒力开度仪来反馈,让控制器可以控制双箱移动架的左右侧定位,根据数值的记忆设定来实现返回记忆位置的操作,非常智能。

3电气控制系统

3.1电气方案选择

现阶段,广泛应用于吊具的控制系统有两种电气控制形式:一种是曾经应用最广泛的、原理简单、线路复杂的点对点控制方式,另一种是线路简单的两线通信控制方式。在现代的集装箱起重机上依然使用传统的点对点控制方式会造成垂缆外径过粗,且元器件数量过多,挤占箱内空间,而使用两线通信控制方式就显得格外简单便捷,还能将吊具的所有限位信号及编码器的数据反馈给起重机的控制器。CAN总线通信具有的实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点,让这种通信模式应用于集装箱吊具与集装箱起重机之间的通信变得更加无可替代,将CAN总线控制器应用在电动双箱吊具上也格外高效、便捷。

3.2电气控制系统的组成

吊具的电控系统由一个CAN总线可编程控制器作为主站,9块I/o模块和4个CANoPEN定位编码器作为从站,构成了整台吊具通信网络。再加上吊具上安装的接线箱、安装在箱内的电机启动设备、吊具外部的感应限位和继电器等共同组成了整个吊具电气控制系统。经过垂缆中的CAN两线通信芯线与起重机的控制器传输通信。

吊具的控制器接收来自于起重机的指令,然后由控制器运行内部的程序逻辑来驱动电机动作。吊具上的所有传感器信号和编码器数据由控制器先行采集,再经总线反馈给起重机的PLC。为了减小三相交流电对CAN通信的扰动,在三相动力线上安装一个三相滤波器,以此来避免吊具在作业中存在的干扰风险。

一台电动双箱吊具共有18个电机,传统的两个接触器带一个电机的方案,会造成整台设备有36个接触器,再加上每个电机配一个断路器,整个接线箱空间就会被断路器和接触器占满。如果电动双箱吊具工作在强烈撞击震动的环境中,这些断路器和接触器会因为受到极大的重力冲击而面临固定卡扣损坏的风险,箱内的导轨也要承受巨大的重力冲击负荷,因此防震措施是在整个电气设计阶段要优先考虑的问题,尤其是18个断路器加上36个接触器,重量远远超过了设计要求。为减小元器件受重力冲击的影响,我们采用一种固态的电机启动器来代替接触器,这种启动器的宽度只有接触器的一半,这样一来就能大大节省箱内空间,原本要用到3个接线箱,现在2个接线箱即可,而且还能将强电驱动和弱电控制分成两个接线箱各自安装,互不影响。

这种取代传统接触器的马达启动器是一种混合型电机启动器,DIN导轨安装,宽度小。一般情况需要两个接触器来启动一个电机正转和翻转,而使用这种混合型电机启动器,只需一个就可以让电机完成正转和反转工作,这无疑为接线箱设计增加了可用空间。启动器的电流可根据具体需求自行设定,一种规格的电机启动器可以适用于不同额定电流的电机。电机启动器的内部有电机保护热继电器,当电流大于设定电流时,主触点断开。在自动复位功能使能的状态下,发生过流问题后,待热继电器的触点冷却,故障自动复位。除单箱伸缩和双箱伸缩动作以外的电机依然使用接触器控制,其他电机均采用这种混合型电机启动器。选用这种混合型电机启动器的方案还能节省断路器的数量,因为这种混合型电机启动器本身带有电流检测功能,所以可将相同功能的电机启动器并联在一个总的断路器下,这样一来就节省了10个断路器的空间。使用这种混合型电机启动器不仅一样能起到电机保护的作用,还能起到节省空间的作用。

3.3电驱动移动双箱吊具的外部传感器

电动双箱吊具上安装有接近限位开关、红外线光电感应开关,外加旋转编码器和恒力开度仪。接近限位开关用于检测吊具处在什么动作状态:红外线光电感应开关用来检测单箱模式误吊双箱的操作事故:旋转编码器用于检测吊具的伸缩距离:恒力开度仪用于双箱状态下双20英尺集装箱的分开距离的反馈及记忆。

左右编码器和左右恒力开度仪独立检测各自动作的数据,互不冲突。单箱动作的伸缩尺寸依靠安装在减速机单箱动作的从动齿轮上的绝对值旋转编码器来定位。单箱动作的运行距离较长,所以选型时就选用了CANopen的旋转编码器。因为电流量的编码器较容易受干扰,因此在一开始制定方案时就排除了这个方案。CANopen限位定位和其他形式的编码器定位,其可靠性更高,伸缩定位的精度更加准确。上一代电动双箱吊具的双箱平移定位使用的是直线编码器,一种类似于磁尺配磁环的形式。在实际作业中会频繁受重力冲击而导致严重损坏,从而影响吊具的可靠性。恒力开度仪由一根细钢丝绳随着双箱结构的移动来拉动旋转,平时作业的重力冲击无法对钢丝绳造成影响,因此双箱伸缩距离的定位可以更加准确可靠。

在吊具上设有一个本地操作站,通过不同的开关组合来执行吊具的本地伸缩动作。当吊具发生定位偏差现象时可用以校准编码器的数值,在维护保养过程中也可以切换开关来实现吊具的单边单独动作。当挂载载人框的时候可实现任意伸缩至任意位置停止的功能。

4结语

目前采用自动化作业的码头越来越多,而电动双箱吊具在自动化作业的过程中有着极大的优势。纯电机驱动有着比液压吊具更短的响应时间和动作时间,待机状态下还能节省电能。在船上抓完双20英尺集装箱后,在小车往回走的过程中双箱就可根据起重机给的平移距离自动伸缩至指定位置。当起重机有中转平台码头又有自引导车辆的时候,电动双箱吊具优势则更加显著,可让码头的集装箱装卸效率更进一步提升。

在大洋彼岸的美国西海岸正使用着这一代的电动双箱吊具,其效率和可靠性得到了美国用户的认可,这也是对新一代"中国制造"的认可。