自平衡旋轉(zhuǎn)集裝箱吊具的應(yīng)用與改進(jìn)

王正宇

（南昌鐵路局 貨運(yùn)處，江西 南昌 330002）

1 自平衡旋轉(zhuǎn)吊具的研制背景與使用現(xiàn)狀

針對(duì)普通的集裝箱吊具在吊裝時(shí)出現(xiàn)傾斜、不平衡、晃動(dòng)等現(xiàn)象及吊具不能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，容易損壞集裝箱、造成裝卸箱效率較低等問題，南昌機(jī)械廠在現(xiàn)有36 t 及以上門式起重機(jī)的小車上，加裝4臺(tái)力矩電機(jī)帶鋼絲繩卷筒，在吊鉤上加掛自平衡旋轉(zhuǎn)吊具，研制成用于普通門式起重機(jī)進(jìn)行集裝箱作業(yè)的自平衡旋轉(zhuǎn)吊具 (見圖 1)。

圖1 自平衡旋轉(zhuǎn)吊具

該吊具與普通的集裝箱吊具相比，具有4個(gè)方面的功能：一是具有自動(dòng)找平衡功能，可使吊點(diǎn)位置自動(dòng)移到集裝箱重心位置，克服集裝箱箱體因傾斜而造成的出車和落位困難；二是具有防搖功能，可使集裝箱在門式起重機(jī)移動(dòng)、主鉤升降、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)過程中不搖擺，減少了集裝箱在吊運(yùn)過程中的相互碰撞；三是具有電動(dòng)旋轉(zhuǎn)功能，方便集裝箱平穩(wěn)無碰撞地通過門式起重機(jī)支腿，并準(zhǔn)確對(duì)位擺放，易實(shí)現(xiàn)鐵路裝箱需箱門朝內(nèi)擺放的作業(yè)要求；四是具有電動(dòng)轉(zhuǎn)鎖功能，簡(jiǎn)化了原吊具轉(zhuǎn)鎖開閉操作，提高了作業(yè)效率。

自平衡旋轉(zhuǎn)吊具首先在南昌鐵路局贛州東貨場(chǎng)36 t吊鉤式門式起重機(jī)上安裝使用，后來陸續(xù)應(yīng)用于重慶東站、成都東站和南昌北貨場(chǎng)的 36 t 吊鉤式門式起重機(jī)。2007年后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用中存在的問題，進(jìn)一步對(duì)電動(dòng)開閉鎖機(jī)構(gòu)、上架小車結(jié)構(gòu)、防搖方式等進(jìn)行了新的改進(jìn)。目前，該吊具已在南昌、上海、哈爾濱、沈陽、南寧、成都、蘭州鐵路局等單位使用，解決了普通吊鉤式門式起重機(jī)裝卸集裝箱時(shí)的防搖問題，改變了鐵路集裝箱裝卸依靠吊具與箱體碰撞對(duì)位的傳統(tǒng)作業(yè)方式，使普通吊鉤式門式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、人箱分離等功能，提高了貨場(chǎng)容量和使用效率。

2 自平衡旋轉(zhuǎn)吊具使用中存在的問題與改進(jìn)

根據(jù)幾年來對(duì)各鐵路局自平衡旋轉(zhuǎn)吊具使用情況的跟蹤分析，自平衡旋轉(zhuǎn)吊具在機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)上存在著一些不足。為此，對(duì)其電動(dòng)開閉鎖機(jī)構(gòu)、上架小車結(jié)構(gòu)、電器元件易松動(dòng)與脫落、力矩電機(jī)防搖工作可靠性等方面進(jìn)行了技術(shù)性改進(jìn)，使吊具的可靠性能得到了顯著提高。吊具具體的改進(jìn)有以下幾個(gè)方面。

2.1 電動(dòng)開閉鎖機(jī)構(gòu)

電動(dòng)開閉鎖機(jī)構(gòu)中采用的齒輪齒條傳動(dòng)方式，對(duì)開閉鎖傳動(dòng)桿和減速機(jī)有沖擊，原因是電機(jī)的斷電是由機(jī)構(gòu)末端的行程開關(guān)控制，時(shí)間上稍有滯后，依靠皮帶傳動(dòng)控制效果不好。

解決的辦法是取消皮帶傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)，改用凸輪機(jī)構(gòu)，電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)，采用三合一機(jī)構(gòu)，見圖 2。凸輪安裝在減速機(jī)輸出軸上，凸輪旋轉(zhuǎn)180°實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖 90°往復(fù)擺動(dòng)。用此方案改進(jìn)后解決了開閉鎖傳動(dòng)桿易彎曲和減速機(jī)底座易開裂問題。

2.2 上架小車結(jié)構(gòu)

自平衡機(jī)構(gòu)的上架小車在工字形框架長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，沒有沖擊時(shí)螺桿完全可以承受上架小車的重量。但由于作業(yè)時(shí)頻繁快速落鉤，上架小車經(jīng)常沖壓螺桿，雖然螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了其沖擊，增加了徑向軸承，但實(shí)際應(yīng)用中仍顯強(qiáng)度不夠。使用一段時(shí)間后螺桿有彎曲現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)軸承也會(huì)破損，最終導(dǎo)致自平衡電機(jī)損壞。

解決的辦法是在上架小車走行輪下面增加支撐軌道，見圖 2，設(shè)法避免螺旋傳動(dòng)承受徑向彎曲力，減少?zèng)_擊距離和所承受的沖擊力，同時(shí)還可以提高主梁的剛度。

2.3 電器元件

為減少吊具到司機(jī)室的控制線路，在自平衡旋轉(zhuǎn)吊具上安裝了控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸器等電器元件。由于裝卸作業(yè)時(shí)不可預(yù)見的沖擊，電器元件在頻繁沖擊振動(dòng)下，易產(chǎn)生松動(dòng)、固定處斷裂脫落等現(xiàn)象。改進(jìn)方法是選用抗震性能好的電器元件和加裝緩沖墊，以減少硬性沖擊。

圖2 自平衡旋轉(zhuǎn)吊具的改進(jìn)

2.4 力矩電機(jī)控制方式

原設(shè)計(jì)的力矩電機(jī)在門式起重機(jī)作業(yè)時(shí)一直帶電工作，但電機(jī)經(jīng)常堵轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，發(fā)熱嚴(yán)重，溫升較高。同時(shí)電氣控制方法操作復(fù)雜，門式起重機(jī)主電路斷開后再啟動(dòng)，司機(jī)容易忘記重新啟動(dòng)力矩電機(jī)，會(huì)導(dǎo)致拉斷防搖繩，使防搖系統(tǒng)發(fā)生故障；且電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重、能耗大、嚴(yán)重浪費(fèi)電能，不符合國(guó)家的節(jié)能環(huán)保政策。

改進(jìn)方法是把電控回路改為力矩電機(jī)與主鉤同步控制，主鉤動(dòng)作力矩電機(jī)通電，主鉤停止力矩電機(jī)斷電，靠力矩電機(jī)的制動(dòng)器拉緊防搖繩。司機(jī)操作簡(jiǎn)單，不會(huì)由于忘記啟動(dòng)防搖力矩電機(jī)而發(fā)生故障，損壞電器；力矩電機(jī)也改為間歇工作，節(jié)能并且發(fā)熱少、溫升低，可延長(zhǎng)電機(jī)壽命。

2.5 防搖方式

改進(jìn)的防搖方式是取消附加的防搖機(jī)構(gòu)，直接采用主鋼絲繩小角度斜拉防搖。有8繩纏繞防搖和 12 繩纏繞防搖方式 (見圖3)。南昌北集裝箱貨場(chǎng)采用了8繩纏繞防搖系統(tǒng)，其卷筒轉(zhuǎn)速慢，減速機(jī)輸出軸扭矩大，防搖效果較好。在高安八景陶瓷基地集裝箱貨場(chǎng)采用了 12 繩纏繞防搖系統(tǒng)，利用斜拉的水平分力在起重機(jī)大車走行和小車走行2個(gè)方向防搖，與4繩纏繞和8繩纏繞防搖起升機(jī)構(gòu)比較，把滑輪倍率變?yōu)榱?倍率，使減速機(jī)輸出扭矩減小，也取得了較好的防搖效果。

圖312繩纏繞防搖方式

[1] 張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.

[2] 裘為章. 實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.