高架油改电轮胎吊快速转场系统的开发应用

  近年来，随着国际油价的不断攀升，以及人们越来越多地重视居住环境、重视节约能源、重视可持续发展，使得轮胎吊油改电这一项新的技术产生且迅猛发展，并且被越来越多的码头堆场所接受和使用。

目前，主流的油改电轮胎吊主要分三种：电缆卷盘式、低架滑触线和高架滑触线，即三种不同的供电方式。油改电后轮胎吊的作业能耗下降明显。使用了清洁能源，基本无废气排放，节能减排效果显著。但是以上三种形式的轮胎吊中的任一种，与原先相比机动性减弱的问题暴露无疑，即在线路上工作时，横向转场作业没有任何问题。但是在轮胎吊需要纵向转场作业就较为复杂了。为了满足生产需要，三种方式的电车转场都需要靠人力工作实现，电缆卷筒式和低架滑触线需要人力拔插快速接头完成油转电和电转油，而高架则需要进行手动收放集电杆来完成油转电和电转油。

1  高架油改电轮胎吊快速转场系统

高架油改电快速转场系统针对的是目前使用*广泛的高架滑触线式的电车。系统主要有两个方面组成：油改电集电器自动升降系统和油改电油电自动切换系统。

1.1  公司概况

振东集装箱码头分公司是上海国际港务(集团)股份有限公司的全资分公司，年集装箱吞吐量占上海港的20%以上。现拥有轮胎式集装箱门式起重机76台。实施高架油改电改造后，目前已拥有油改电轮胎吊56台，高架油改电线路16条，总长9 362m，公司目前堆场面积为731 266m3，堆场使用率高达80%。因此轮胎吊转场作业和跨箱区作业相当频繁。根据以上实际情况，设计并实际应用高架油改电快速转场系统。

本系统由油改电轮胎吊自动升降集电器和油改电油电自动切换两大块组成。而油改电轮胎吊自动升降集电器又包括了由安装在油改电铁塔臂上的升降导板系统以及安装在轮胎吊上的集电器升降系统两个部分。

1.2  高架油改电轮胎吊自动升降集电器

通过安装在司机室的集电杆收放开关，控制卷筒收放电机正反转收放钢丝绳，牵引集电杆来实现集电杆自动收放功能。在卷扬装置上加装有凸轮限位，检测集电杆的上下位置，在电气房加装滑触线电源检测继电器，检测集电杆是否正常取电。在架空线铁塔上安装升降导板，保证集电器可靠有效地导入架空线。在PLC程序上编制逻辑关系，将各路信号正确采集到PLC 内，在PLC内编制安全保护逻辑，在升降系统防止故障时发生危险，及时紧急停止。通过以上各步实现集电杆自动导入或脱离架空线。

1.2.1 升降导板

自动升降导板采用高强度复合材料板制成，具有耐腐蚀、抗紫外线、高强度等特点。它不会因为日晒雨淋而变脆、风化，满足露天长时间使用性能良好的技术要求。导板采用热折弯技术，将导板制成八字型，能够很好的将碳刷导入到滑触线上，保证碳刷和滑触线可靠接触，见图2。

为了更好的减少风阻，在自动升降导板上每隔50mm 有直径为12mm的圆孔，有效地减少了迎风面，降低了强风对导板的影响。在导板的侧面也同样设置了倒八字口，以便于集电杆顺利导入到滑触线上。

导板安装在钢制支架上，支架与滑触线铁塔间采用复合绝缘子连接，有效地保证了系统的绝缘，防止漏电故障发生。

1.2.2  集电杆自动升降

振东集装箱码头分公司油改电轮胎吊的集电杆安装在轮胎吊的电气房侧。集电杆的拉绳是用挂钩挂在有拖令电缆一侧大梁边的扶手上，而集电杆的升降装置就安装在位于集电杆对面的大梁上，见图2。

升降装置4根钢丝绳的间距为400mm，与集电杆之间间距相同，确保在集电杆收放过程同步、垂直。

轮吊大梁上升降装置安装空间狭小，为了使结构更紧凑，选用了将电机、减速机、制动器三合一的方案，即电机中自带减速箱和制动器。针对直接缠绕可能产生的钢丝绳卡阻现象，采用了动定配合的方法，即将4根钢丝绳一头通过定滑轮安装在一根同步方管上，中间用绝缘介质连接。方管与卷筒通过2根尼龙绳关联，尼龙绳一头固定在卷筒上、一头固定一个重锤。这样，当集电器收起的时候，卷筒收起的只是尼龙绳，避免了卡阻现象，在数量上也减少了一半，同时也解决了漏电的问题；

当集电杆导入架空线后时，依据力的平衡ΣF=0,通过 Tg=Gg+Gz，G=mg,通过反复测量并计算，让牵引钢丝绳绷直所需要的拉力 T，*后得出*合适的重锤质量，解决了当集电杆导入架空线后由于架空线的落势差而可能造成的钢丝绳过度松弛，从而避免和小车上的机构发生干涉，避免设备的损坏。在整个的收放过程中，牵引钢丝绳只是在位置上发生了变化，见图3。

1.3  油电自动切换系统

油电切换系统由电气房控制和小车顶电气箱控制两个部分组成。

电气房部分主要是切换发电机供电与市电线路供电的主电源回路以及切换司机室和电气房控制的控制回路。通过安装在电气房的选择开关确定是司机室控制还是电气房控制。当需要在司机室控制时只需将开关选择到司机室控制，通过电气房的互锁接触器来达到油电切换的目的。同时PLC 内编制保护逻辑，保证切换的安全，见图4。

小车顶控制箱主要是检测回路和保护回路，见图 5。用于检测集电杆是否有效可靠受电以及相序的平衡，并安装有浪涌保护器，当出现过电、欠电、以及三相不平衡等情况下及时切断供电电源。

1.4  油改电轮胎吊快速转场系统的实际应用油电切换操作：首先在电气房内将选择开关切换在司机室操作。

发电机供电切换至市电供电：操作司机将轮胎吊停至自动升降导板下方，按下轮胎吊司机室紧停按钮（非发动机紧停），导入集电杆后，将选择开关从发电机位置转向架空线电位置。司机室会有市电供电指示灯亮起，此时说明切换成功。发动机熄火，恢复警停按钮，切换结束。

市电供电切换至发电机供电：启动发动机，600A 空气开关合上，待发动机进入高速后，按下轮胎吊司机室紧停按钮（非发动机紧停），将选择开关从架空线位置转向发电机位置。司机室会有发电机供电指示灯亮起，此时说明切换成功。将集电杆收起，恢复紧停按钮，切换结束。

无需工程技术人员的协助，司机一人即可完成电车转箱区所有的操作，简便快捷。解决了油改电轮胎吊在纵向转场方面不足的问题，提高轮胎吊转场作业效率，降低了维修人员劳动强度。根据计算，原来需要2人花1.5h对集电杆进行收放操作（含等待时间），平均每天有2台次需要操作，这样1年需2×1.5×365=1 095 h；计算需花费1 095 h ÷（21.75×6×12）（年工作1 566 h）×10万元工资×2人=14万元费用。现在不再需要技术人员对集电杆进行手动收放，司机可自动完成操作，人工费用可节约。

同时轮胎吊平均每小时作业效率为12TEU/H，年可多作业集装箱13 140TEU，可增加产值65.7万元，（假设轮吊作业每TEU的产值为50元）。

2  结束语

将可编程控制技术运用到轮胎吊油改电系统集电器升降上，解决了轮胎吊高架油改电系统原本需要靠人工升降集电器的问题，提高了油改电系统的便捷性和机动性，大大降低了高架油改电轮胎吊由于转箱区造成的冗余工作，也更大地提高了高架油改电系统在操作和维护上的安全可靠性，为油改电系统更便捷的使用提供了技术保障。