電動(dòng)超高架的設(shè)計(jì)思路和優(yōu)點(diǎn)

秦曉文 徐曉春

摘? 要：電動(dòng)超高架可以解決傳統(tǒng)超高架配合不同集裝箱吊具使用時(shí)的通用性問題，同時(shí)又能提高其使用的安全性和便捷性，文章就電動(dòng)超高架的設(shè)計(jì)思路和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)超高架;傳統(tǒng)超高架;旋鎖;頂銷;PLC;太陽能充電

中圖分類號(hào)：U653.929 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0083-02

Abstract： The electric super viaduct can solve the problem of generality when the traditional super viaduct is used with different container cranes， and at the same time， it can improve the safety and convenience of its use. In this paper， the design idea and product advantages of the electric super viaduct are discussed.

Keywords： electric super viaduct; traditional super viaduct; lock; top pin; PLC; solar charging

1 概述

隨著碼頭起重設(shè)備的增多，作為集裝箱碼頭作業(yè)過程中至關(guān)重要的設(shè)備——集裝箱吊具，在需要更新和增添時(shí)，經(jīng)常會(huì)面臨互換性的問題。而本文中提及的超高架，是特種集裝箱吊具的一種，英文名Over Height Frame，專門用于起吊框架箱，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的超高架也經(jīng)常會(huì)遇到互換性的問題。

簡單描述一下傳統(tǒng)超高架，其實(shí)就是在集裝箱吊具基礎(chǔ)上去掉了動(dòng)力系統(tǒng)、伸縮驅(qū)動(dòng)、開閉鎖驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)板機(jī)構(gòu)，再把旋鎖箱部分向下延伸至2米左右，甚至2.7米左右。當(dāng)裝載的貨物高度超出框架箱時(shí)，常規(guī)集裝箱吊具就必須掛一個(gè)超高架再去起吊框架箱，由于超高架四條“腿”比較長，吊架可以避開貨物的高度實(shí)現(xiàn)與框架箱角配件的連接。超高架本身不具備伸縮和開閉鎖動(dòng)作驅(qū)動(dòng)裝置，其伸縮完全依靠吊具伸縮的帶動(dòng)，超高架開閉鎖動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)就略微復(fù)雜一些，需要一個(gè)激活步驟，即吊具先提起超高架吊離它的底座，再將超高架放到底座的激活孔位上，然后吊具開鎖，此時(shí)超高架的掛鉤會(huì)掛上吊具的掛耳，激活步驟完成，激活之后超高架的開閉鎖動(dòng)作會(huì)和吊具保持同步。同理，如果想要超高架脫離吊具，必須得反向操作一次。在空載狀態(tài)超高架連接吊具的時(shí)候，吊具和超高架之間依靠四個(gè)角的掛鉤連接。而不同吊具的掛耳位置和尺寸可能存在不同，此時(shí)超高架就會(huì)無法通用。

2 設(shè)計(jì)思路

為了解決超高架的互換性問題，本文作者提出了電動(dòng)超高架的設(shè)計(jì)思路，并參與設(shè)計(jì)制作了實(shí)物產(chǎn)品，已投入實(shí)際作業(yè)中使用，下面就簡要介紹一下設(shè)計(jì)思路。

電動(dòng)超高架按照功能上大致分為五部分：連接機(jī)構(gòu)，開閉鎖驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制裝置，充電裝置，指示裝置。

2.1 連接機(jī)構(gòu)

基于常規(guī)集裝箱吊具旋鎖及旋鎖間尺寸均按照ISO標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，超高架實(shí)現(xiàn)通用性就以此為著手點(diǎn)。電動(dòng)超高架以吊具旋鎖作為連接機(jī)構(gòu)，取消傳統(tǒng)超高架的掛鉤連接方式。

2.2 開閉鎖驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

采用電機(jī)加減速器驅(qū)動(dòng)超高架開閉鎖動(dòng)作，為了超高架更加靈便地與吊具連接，超高架不用傳統(tǒng)的電纜方式供電，而是采用電池為自身供電，故電機(jī)采用直流電機(jī)，超高架左右兩側(cè)各設(shè)一套開閉鎖驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每套機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)單側(cè)兩套旋鎖。超高架四角每根旋鎖位置同常規(guī)吊具一樣，配備了獨(dú)立的頂銷裝置和限位開關(guān)檢測(cè)裝置，確保其使用的安全性。

2.3 控制裝置

電動(dòng)超高架擁有一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，包含PLC、電機(jī)控制器和傳感器。PLC是整個(gè)超高架大腦，通過編制好的程序控制整個(gè)超高架的動(dòng)作和狀態(tài)指示;電機(jī)控制器的作用在于切換開閉鎖電機(jī)正反轉(zhuǎn)，以及防止機(jī)械卡死引起過流造成電機(jī)的損壞;傳感器分布在超高架四個(gè)旋鎖附近，用于檢測(cè)開鎖、閉鎖、著箱的狀態(tài)，以及超高架連接機(jī)構(gòu)內(nèi)，用于檢測(cè)吊具旋鎖開鎖和閉鎖狀態(tài)。

2.4 充電裝置

前文提到電動(dòng)超高架的電源取自于自身配備的電池，由于當(dāng)前鋰電池技術(shù)的局限，在戶外惡劣環(huán)境工況下，選用能夠勝任的鋰電池組的成本相當(dāng)高，故在此配備鉛酸蓄電池較為合情合理。根據(jù)計(jì)算，一對(duì)70Ah的鉛酸蓄電池組在正常使用頻率下兩年內(nèi)，滿電狀態(tài)可以提供超高架持續(xù)使用八小時(shí)。為能方便高效地充電，電動(dòng)超高架配備兩組充電裝置，一組為太陽能充電裝置，不管超高架在使用作業(yè)時(shí)，還是閑置待機(jī)時(shí)，只要有足夠的氣候條件，兩塊總面積一平方米左右的太陽能充電板都能為蓄電池自動(dòng)充電;另一組充電裝置則是常規(guī)的插頭充電，超高架對(duì)角的兩條腿上各有一個(gè)插座和顯示屏，用于連接供電的插頭，并能夠顯示電量狀態(tài)，充電器內(nèi)置于超高架控制箱內(nèi)，也就是說充電插頭并非電源適配器插頭，而是普通供電插頭就可以提供電源充電。

2.5 指示裝置

指示裝置是指低功耗型指示燈組，燈組數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求配置，每組指示燈設(shè)計(jì)為六個(gè)指示燈，分別為四個(gè)角的著箱指示、全體開鎖、全體閉鎖的狀態(tài)指示。

有了以上五個(gè)部分的硬件構(gòu)成，再來簡單介紹一下設(shè)計(jì)工況：（1）連接和啟動(dòng)。超高架左右兩側(cè)各有兩套彈簧機(jī)構(gòu)和限位開關(guān)組成的檢測(cè)裝置，當(dāng)?shù)蹙呗湓诔呒苌祥]鎖時(shí)，鎖頭壓縮彈簧裝置使常開的機(jī)械限位導(dǎo)通，常閉的感應(yīng)限位有感應(yīng)。此處兩個(gè)限位開關(guān)雖然都是在吊具閉鎖時(shí)被觸發(fā)，但作用是完全不同的，超高架兩側(cè)任一機(jī)械限位開關(guān)觸發(fā)，都會(huì)使控制系統(tǒng)通電;而感應(yīng)限位則是作為超高架旋鎖的觸發(fā)信號(hào)。（2）伸縮。吊具和超高架正常連接后，超高架可以跟隨吊具伸縮。（注意：當(dāng)超高架有任一頂銷信號(hào)或者閉鎖信號(hào)時(shí)，不允許司機(jī)操作吊具伸縮）（3）開閉鎖。每當(dāng)超高架兩側(cè)的感應(yīng)限位都檢測(cè)到吊具旋鎖從開鎖到閉鎖時(shí)，控制器輸出指令給電機(jī)控制器，驅(qū)動(dòng)超高架旋鎖動(dòng)作一次（開鎖到閉鎖或者閉鎖到開鎖），如超高架沒有完全著箱信號(hào)，則不觸發(fā)動(dòng)作指令。為了保護(hù)超高架旋鎖電機(jī)，如超高架旋鎖動(dòng)作在3秒內(nèi)不到位，系統(tǒng)自動(dòng)讓旋鎖回到上一個(gè)狀態(tài)位置，如需再次讓超高架旋鎖動(dòng)作，需操作吊具重新開鎖再閉鎖一次;如果超高架旋鎖不僅3秒內(nèi)動(dòng)作未到位，而且自動(dòng)回位也沒能在3秒內(nèi)到位，系統(tǒng)會(huì)做出保護(hù)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，電機(jī)單次動(dòng)作最多持續(xù)3秒。超高架有全部頂銷信號(hào)，但既沒開鎖信號(hào)又沒閉鎖信號(hào)時(shí)，吊具閉鎖只能觸發(fā)超高架旋鎖開鎖動(dòng)作。（4）手動(dòng)控制。在對(duì)角門腿的顯示屏和充電插座位置，配置分別為POWER On、開鎖、閉鎖、著箱旁路的手動(dòng)操作按鈕，用于緊急故障處理和維修調(diào)試。即使不連接吊具的情況下，只要按下POWER ON按鈕，超高架就會(huì)進(jìn)入通電狀態(tài)。超高架在閉鎖狀態(tài)時(shí)，按下著箱旁路按鈕，系統(tǒng)程序判定從按下按鈕起5S內(nèi)有著箱信號(hào)，所有著箱燈都會(huì)亮5秒，但不能解除頂銷機(jī)械聯(lián)鎖，超高架沒有閉鎖信號(hào)時(shí)，按此按鈕不起作用。（5）休眠和充電。當(dāng)超高架連續(xù)15分鐘沒有檢測(cè)到吊具旋鎖動(dòng)作，超高架會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，即控制系統(tǒng)斷電，指示燈全部熄滅，門腿電量顯示屏進(jìn)入省電模式，但不影響充電裝置正常運(yùn)作。兩種充電模式不能同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)手動(dòng)充電時(shí)，繼電器會(huì)關(guān)斷太陽能充電系統(tǒng)的回路，以保護(hù)太陽能充電裝置不被反向電流損壞。（6）指示燈狀態(tài)顯示。每組指示燈由六個(gè)燈組成，分兩排，排列方式如下：

黃（著箱1）-綠（開鎖）-黃（著箱2）

黃（著箱3）-紅（閉鎖）-黃（著箱4）

雖然只有六個(gè)燈，但能夠顯示多種狀態(tài)如表1。

3 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

電動(dòng)超高架從結(jié)構(gòu)組成上要比傳統(tǒng)超高架復(fù)雜，制作成本也要高出不少，那么除了能解決互換性問題之外，還有如下的價(jià)值優(yōu)勢(shì)：

（1）免去了傳統(tǒng)超高架連接吊具用的掛鉤，掛鉤方式不僅效率低，掛鉤本身有沒有完全掛住是沒有自動(dòng)檢測(cè)手段的，也就是說，在傳統(tǒng)超高架與吊具連接操作時(shí)不僅需要人觀察判定連接的可靠性，而且在使用過程中掛鉤脫出或者損壞極容易發(fā)生安全事故。而電動(dòng)超高架采用吊具旋鎖連接，其可靠性不言而喻，是傳統(tǒng)超高架不能比擬的。（2）電動(dòng)超高架擁有吊具一樣的旋鎖和頂銷狀態(tài)檢測(cè)手段，而傳統(tǒng)超高架沒法直接檢測(cè)其旋鎖狀態(tài)，只能通過吊具的旋鎖狀態(tài)推斷超高架旋鎖的狀態(tài)，如果中間連桿出現(xiàn)問題，根本沒法知曉，存在很大的安全隱患;傳統(tǒng)超高架沒有直接檢測(cè)頂銷的裝置，也就沒有電氣聯(lián)鎖，安全性上較電動(dòng)超高架遜色很多。（3）傳統(tǒng)超高架必須配合超高架底座才能激活使用，意味著每次使用起來操作比較繁瑣，必須兩人以上才能夠完成，并且需要連同整個(gè)底座至使用地點(diǎn)，客戶購買時(shí)也需要同時(shí)購買底座，增加了相應(yīng)的產(chǎn)品購買成本和運(yùn)輸成本。而電動(dòng)超高架使用簡單，起重機(jī)司機(jī)單人就能操作，無需地面人員配合;并且電動(dòng)超高架可以拆成兩個(gè)門架和一根伸縮梁，組裝方便，電氣上也采用快速接頭連接，便于運(yùn)輸交貨，運(yùn)輸成本也低。（4）電動(dòng)超高架具備完善的狀態(tài)指示，比起傳統(tǒng)超高架沒有任何自身狀態(tài)檢測(cè)，可謂是進(jìn)步了很多，可以有效地避免各種作業(yè)中的安全事故發(fā)生。

4 結(jié)束語

以上是對(duì)電動(dòng)超高架設(shè)計(jì)思路和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)的簡單介紹，我們可以想象該產(chǎn)品在未來市場(chǎng)的應(yīng)用前景相當(dāng)光明，再經(jīng)過一段時(shí)間一系列的測(cè)試、使用經(jīng)驗(yàn)的反饋總結(jié)和技術(shù)升級(jí)（例如電源形式升級(jí)，充電形式升級(jí)）之后，相信很有希望完全替代傳統(tǒng)超高架的存在。

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