单臂架门座式集装箱起重机集电器运行故障及改造

  单臂架门座式集装箱起重机（以下简称“门机”）是广州港某集装箱码头驳船装卸作业的主力设备，其配置的液压可伸缩式集装箱吊具通过销轴与旋转吊钩连接。旋转吊钩采用 360°全回转功能设计，可实现集装箱吊具回转和定位，便于门机在装卸作业时快速完成吊具对位着箱和集装箱箱门调转等。门机采用垂缆连接吊钩上端缓冲装置、吊钩接线箱、吊钩滑环集电器、吊钩电缆插座和吊具电缆插头的控制方式，通过主电控系统对吊具实施电气控制，从而实现对吊具动作指令的控制和状态信号的反馈。旋转吊钩滑环集电器的运行状态直接影响吊具工作状态。本文以广州港某集装箱码头为例，针对门机旋转吊钩滑环集电器运行故障实施技术改造，从而提高旋转吊钩的稳定性，进而达到降低门机故障率、提高门机作业效率的目的。

1 门机旋转吊钩滑环集电器工作原理

门机旋转吊钩结构如图 1 所示。门机旋转吊钩滑环集电器安装在吊钩横梁中心内腔位置，其作为机上垂缆与吊具电缆控制指令和信号的中转站，不仅可以有效保证吊钩在执行 360°全回转动作时不会扭伤电缆，而且可以实现门机主电控系统对吊具的电气控制。

门机旋转吊钩滑环集电器的作用是通过碳刷装置与导电滑环的滑动接触，实现相对转动机构的电信号多通路传递，可满足连续或断续 360°旋转机构工作要求，避免电缆导线在旋转过程中扭伤。滑环集电器安装在吊钩横梁中心内腔位置，与吊钩回转盘中心同轴安装，主要由旋转机构和固定机构组成，其中：旋转机构包括导电滑环、端部轴承等；固定机构包括机架总成、碳刷组件和进出线电缆等。

门机主电控系统通过机上垂缆发送动作指令至吊具并反馈信号，垂缆经吊钩上端缓冲装置缠绕后接入吊钩接线箱，吊钩接线箱内垂缆导线与碳刷组件出线电缆“一对一”连接。当吊钩执行旋转动作时，吊钩回转盘同轴带动导电滑环总成转动，碳刷组件与导电滑环保持滑动接触，将电信号通过导电滑环多通路传递至其内部接线电缆；内部接线电缆引出至吊钩电缆插座位置并与吊具电缆插头连接，从而实现门机主电控系统对吊具的电气控制。[1]

2 门机旋转吊钩滑环集电器运行故障

广州港某集装箱码头门机在生产作业过程中出现间歇性吊具动作指令和信号反馈异常现象，其中包括吊具伸缩时导板误动作、吊具着箱时误检测平移终点信号等。虽然此类故障可通过复位操作消除，但对吊具作业稳定性和作业效率造成严重影响。逐级排查吊具电气控制系统，锁定故障点位于旋转吊钩滑环集电器，此处也是吊具电气控制类故障的高发点。

门机旋转吊钩原机配置的滑环集电器碳刷组件采用传统的线拉式碳刷结构，并加装弹簧，从而使碳刷在与导电滑环接触时保持一定的预紧力。门机旋转吊钩原机配置的滑环集电器存在以下问题：（1）滑环集电器长时间运行会加剧碳刷磨损；（2）因紧固螺栓松动和振动，导电滑环总成在旋转运行过程中存在窜动和偏移现象；（3）碳刷组件预紧弹簧拉力不均或锈蚀后弹性下降易造成线拉式碳刷组件导线头松脱（见图 2）、碳刷滑动受阻等情况；（4）松脱后的导线头保持带电悬空状态，并且因吊具作业振动或滑环集电器旋转而与相邻工作环接触，导致吊具动作指令和状态信号错乱，造成碳刷虚接甚至电气短路烧蚀或烧融（见图 3）。

为了满足防水要求，门机旋转吊钩滑环集电器通常安装于密闭空间内，导致滑环集电器运行故障具有一定的隐蔽性。滑环集电器维修需要拆除吊钩缓冲装置和电气接线等部件，工作量较大，特别不适合夜间设备抢修处理；因此，滑环集电器运行故障常常会造成设备停机，严重影响门机设备出勤率。

3 门机旋转吊钩滑环集电器技术改造方案

门机旋转吊钩原机配置的滑环集电器的主要设计缺陷为传统的线拉式碳刷组件及其与导电滑环的滑动接触。为了解决线拉式碳刷组件导线头松脱、预紧弹簧锈蚀失效、导电滑环总成窜动和偏移、碳刷滑动接触磨损等导致滑环集电器电气短路故障的问题，设计弹性夹片式碳刷滑环集电器（见图4），具体改造方案如下。

（1）在保持原滑环集电器的安装位置和安装形式不变的基础上：滑环集电器下端仍然采用同轴卡板连接传动方式，并在底座上加装缓冲胶垫，以减小吊具着箱时对滑环集电器的冲击；滑环集电器上端加装固定支架，以确保滑环集电器在旋转过程中的稳定性，减少导电滑环总成窜动和偏移情况。

（2）采用弹性夹片式碳刷组件替代线拉式碳刷组件，通过多处点接触滑动形式和更为可靠的导线接头压接形式，减少碳刷磨损和导线接头松脱现象，保证滑环集电器运行的可靠性。

（3）弹性夹片采用不锈钢材料，能够保证碳刷与导电滑环接触良好，并且不易锈蚀，从而减少碳刷虚接，延长碳刷组件的使用寿命。

（4）将导电滑环由原来的纵向排列改为横向排列，以便于传递碳刷触点与导电滑环之间的电气信号，降低导电滑环总成旋转时窜动和偏移对碳刷组件的损耗，从而达到降本增效的目的。

4 门机旋转吊钩滑环集电器技术改造方案应用效果

按照上述改造方案，广州港某集装箱码头已有3 台门机完成旋转吊钩滑环集电器改造并投入生产。由表 1 可见：弹性夹片式碳刷组件滑环集电器几乎达到零故障率的要求；与采用线拉式碳刷组件滑环集电器的传统门机相比，采用弹性夹片式碳刷组件滑环集电器门机的日常维护维修人力、物力和时间成本均大幅下降，吊钩运行稳定性明显提升，从而有效保障门机作业效率。

5 结束语

本文针对门机旋转吊钩滑环集电器运行故障，对原机配置的滑环集电器实施技术改造，应用弹性夹片式碳刷组件滑环集电器替代传统的线拉式碳刷组件滑环集电器，使得设备整体结构设计更加合理，运行更加稳定，从而为码头生产作业提供有力保障。