俯仰钢丝绳防过松保护系统在散货移动式装船机的分析与应用

俯仰钢丝绳防过松保护系统在散货移动式 装船机的 分析与 应用

苏岳

广州港新沙港务有限公司 广东省 广州 510000

【摘要】移动式装船机属于散货码头流程化连续装船作业的特种设备，用于物料的疏运集散，通过装载驳船，完成如煤炭、矿砂等散货的码头集散，在港口行业散货高速流转、集效、滚动式发展中发挥着重要的作用。装船机主要包括机上皮带输送机、装船溜筒、工作机构（包括大车和尾车行走、回转、臂架俯仰等机构）、金属结构、动力驱动和电气控制系统等。移动式装船机通过回转的摆动、臂架的俯仰及溜筒的伸缩调整装载驳船的位置及落料点，结合机上皮带输送机对物料进行输送、转接，从而完成散货的疏运作业。每次作业前后，装船机都要升降臂架，而臂架升至俯仰挂钩处下放臂架挂钩后，由于操作司机的人为失误或设备故障，可能会造成俯仰钢丝绳过度放松（即在挂住挂钩后，钢丝绳放缆过度），这就会出现驱动卷筒处的钢丝绳脱槽、散乱，在下次作业时导致钢丝绳混乱、臂架受力不均、整机平衡体系失衡等严重后果，不仅影响到装船机的正常作业，还给码头工作人员的生命财产安全造成极大的威胁。同时，因为前沿码头臂架无其它受力支点，一旦臂架俯仰钢丝绳发生脱槽，其维修难度极大。因此，为了充分地解决俯仰钢丝绳过松的问题，本文提供了一种精度高、稳定性好、能适应散货码头复杂工况的俯仰钢丝绳防过松保护系统来确保码头疏运安全、高效进行。本文主要讨论俯仰钢丝绳防过松保护系统在散货移动式装船机的防护原理、应用以及安装方法。

【关键词】移动式装船机；PLC；过松防护；保护机制、功能实现；

移动式装船机属于散货码头流程化连续装船作业的特种设备，用于物料的疏运集散，在港口行业散货（特别是煤、矿沙）高速流转、集效、滚动式发展中发挥着重要的作用。为有效解决装船机俯仰钢丝绳在使用过程中出现绳体松弛的问题，并确保其具备精度高、稳定性好、可靠性强的特点，本文的移动式装船机俯仰钢丝绳防过松保护系统，包括机械行程开关、电感式接近开关、钢丝绳防过松检测装置和PLC控制器。机械行程开关、电感式接近开关、钢丝绳防过松检测装置分别与PLC控制器通讯连接，通过数据链路将装船机俯仰钢丝绳的实时状态检测信息反馈至PLC控制器，PLC控制器与装船机的俯仰变频驱动系统通讯连接，根据俯仰钢丝绳的实时状态检测信息控制俯仰变频驱动系统的运动状态。以下首先总结分析移动式装船机俯仰钢丝绳防过松保护系统的组成和安装方法、防护原理及防过松的基本功能的实现。

1. 俯仰钢丝绳防过松保护系统的组成和安装方法

移动式装船机俯仰钢丝绳防过松保护系统，包括机械行程开关、电感式接近开关、钢丝绳防过松检测装置和PLC控制器，所述机械行程开关安装于装船机H梁门座顶端的俯仰钢丝绳滑轮组基座下方，所述电感式接近开关安装于装船机H梁门座顶端的俯仰钢丝绳滑轮组基座侧面，所述钢丝绳防过松检测装置安装于装船机H梁门座顶端的俯仰钢丝绳滑轮组基座前方，位于从俯仰驱动滚筒到装船机H梁门座顶端的俯仰钢丝绳滑轮组的俯仰钢丝绳正下方，机械行程开关、电感式接近开关、钢丝绳防过松检测装置分别与PLC控制器通讯连接，机械行程开关、电感式接近开关分别与钢丝绳防过松检测装置动作感应，并通过数据链路将装船机俯仰钢丝绳的实时状态检测信息反馈至PLC控制器，PLC控制器还与装船机的俯仰变频驱动系统通讯连接，根据俯仰钢丝绳的实时状态检测信息控制俯仰变频驱动系统的运动状态。

1.1俯仰钢丝绳防过松保护系统的连接示意图

图1

1.2钢丝绳防过松检测装置的俯视图

图2

1.3钢丝绳防过松检测装置的支撑底座的正视图

图3

1.4钢丝绳防过松检测装置的支撑底座的侧视图

图四

1.5钢丝绳防过松检测装置的连接杆的结构侧视图

图5

2. 俯仰钢丝绳防过松保护系统的原理

俯仰钢丝绳防过松保护系统的机械行程开关、电感式接近开关、钢丝绳防过松检测装置分别与PLC控制器通讯连接，机械行程开关、电感式接近开关分别与钢丝绳防过松检测装置动作感应，并通过数据链路将装船机俯仰钢丝绳的实时状态检测信息反馈至PLC控制器，PLC控制器还与装船机的俯仰变频驱动系统通讯连接，根据俯仰钢丝绳的实时状态检测信息控制俯仰变频驱动系统的运动状态，并进一步包括与PLC控制器通讯连接的CMS（监控）系统协同作用，当俯仰钢丝绳过松时，PLC控制器控制装船机俯仰变频驱动系统减速并停机，并在CMS系统中显示预警，从而及时有效的防止俯仰钢丝绳过松而出槽的发生。

俯仰钢丝绳过松检测灵敏度分为两级，机械行程开关为一级检测开关，电感式接近开关为二级极限检测开关，其中二级检测为一级检测的补充，形成冗余保护，或当第一级检测失效时，第二级检测作为补充，从而提高系统的稳定性及可靠性。

俯仰钢丝绳防过松保护系统可以分置在左、右两侧位置，分别对左、右两根钢丝绳同时进行防过松监测保护。

电感式接近开关的工作原理为：电感式接近开关的正常运行基于电磁感应原理，其主要是由振荡器、开关电路及放大电路组成，振荡器是交变磁场发生器，当金属物标靠近这交变磁场会引起磁场发生变化(振荡衰减或停振)，而放大电路会将这变化放大并加以处理，然后转化为开关信号(脉冲信号)；当金属物标与电感式接近开关的感应面的直线距离在其有效感应范围Sn内，可达到非接触式的检测及触发驱动控制器件的目的。

电感式接近开关的优点有：结构简单、安装方便，内无主动电接点，检测可靠，寿命长；具有很高的灵敏度和分辨率，可满足煤炭、矿砂或粉尘较多的恶劣环境下的检测、控制要求；动态响应快，可便捷实现非接触金属物标测量；防护等级较高，达到IP65及以上，可满足散货堆场复杂工况下的使用需求。

机械行程开关为滚动式机械行程开关，其额定电压为Ue=220VAC，防护等级达到IP65及以上。其工作原理为：滚动式机械行程开关的正常运行是基于滚轮在被检测的物标平面滚动，当运动物标的机械挡铁压到行程开关的滚轮时，滚轮运动，同时带动连接的传动杆连同转轴一同转动，使凸轮推动撞块，当撞块碰压到一定位置时，推动微动开关动作，当滚轮上的挡铁移开后，复位弹簧就使行程开关复位。

3. 俯仰钢丝绳防过松保护系统的基本功能的实现

3.1钢丝绳防过松检测装置的监测功能的实现

如图2所示，钢丝绳防过松检测装置2包括支撑底座21、连接杆23、钢丝绳滑轮防脱止挡件241、平衡配重件25、机械行程开关挡铁底座26、电感式接近开关感应挡铁27、电感式接近开关感应挡铁固定杆28、俯仰钢丝绳滑轮24和平衡配重件固定螺杆29，所述支撑底座21焊接固定在装船机H梁门座顶端的俯仰钢丝绳滑轮组基座下方，连接杆23通过第一滑动轴承22与支撑底座21连接，具体地，第一滑动轴承22配合实心圆柱轴221、实心圆柱轴端盖222及防脱插捎223共同完成与支撑底座21的连接，所述实心圆柱轴端盖222采用6mm（厚度）槽钢，规格为 的圆形钢板，所述实心圆柱轴221与实心圆柱轴端盖222焊接，所述防脱插捎223直接插接在实心圆柱轴221的中线孔上，所述实心圆柱轴221、实心圆柱轴端盖222及防脱插捎223共同作用实现连接杆23通过第一滑动轴承22在竖直方向的旋转运动，并限制连接杆23在水平方向的左右移动，防止其与支撑底座21松脱，所述连接杆23通过第一滑动轴承22并依托支撑底座21完成滑动连接，使得连接杆23可在连接杆的过幅挡板213限幅范围内旋转滑动，并确保滑动的流畅性及可靠性。俯仰钢丝绳滑轮24通过第二滑动轴承与连接杆23滑动连接，平衡配重件25通过平衡配重固定螺杆29固定在连接杆23上，机械行程开关挡铁底座26固定在连接杆23上，电感式接近开关感应挡铁27通过电感式接近开关感应挡铁固定杆28固定在平衡配重件25上。一体三槽的俯仰钢丝绳滑轮24的中间绳槽为俯仰钢丝绳210的常用绳槽（俯仰钢丝绳210不发生松脱跳槽的情况下），钢丝绳防过松检测装置2通过俯仰钢丝绳滑轮24完成与俯仰钢丝绳210的滑面接触并实时对俯仰钢丝绳210的松紧程度进行监测。

钢丝绳滑轮24为一体三槽的小滑轮，其与连接杆23采用滑动轴承连接，从钢丝绳驱动卷筒出来的钢丝绳经过钢丝绳滑轮的中间绳槽，然后到达H梁顶部的滑轮组，钢丝绳滑轮采用的滑动轴承即第二滑动轴承为免维护的径向球面滑动轴承，如图11所示，其与钢丝绳滑轮一同设计和制造，径向球面滑动轴承为关节轴承，可随着径向载荷的变化调节其承载件在轴向发生位移，使得钢丝绳滑轮可跟随钢丝绳进行轴向及径向调节，确保其绳槽面时刻与俯仰钢丝绳水平紧靠（即具备自调心功能）。

在调校好平衡配重件25后，俯仰钢丝绳检测装置在二级极限的电感式接近开关处（即连接杆的过幅挡板处）仍能依靠重力作用，在杠杆原理的作用下恢复到跟俯仰钢丝绳紧靠的状态，确保系统的可持续使用性能，正常检测状态下，俯仰钢丝绳的重力完全可以在松缆的状态下将钢丝绳滑轮下压并引发机械行程开关动作，PLC控制器将会发出控制信号至俯仰变频驱动系统，减速并停止悬臂下俯，并在CMS上观察到故障警示。

通过调节平衡配重，可使钢丝绳滑轮与俯仰钢丝绳紧靠，提高检测精度、稳定性和可靠性，平衡配重因使用螺杆紧固，其配重片采用生铁材料，既满足现场复杂工况下的使用要求，又能节约投入的成本。

3.2俯仰钢丝绳防过松保护系统的基本功能的实现

如图6、图7所示，所述机械行程开关8为滚轮滚动式行程开关（图中标号81表示滚轮）。装船机完成装驳作业后，需要升起悬臂挂在俯仰挂钩处固定，下放臂架挂钩后需再次下放臂架，使得臂架依托俯仰挂钩进行安全固定并松弛俯仰钢丝绳，避免俯仰钢丝绳因长期受力导致金属疲劳，影响其使用寿命，最大限度的确保提高俯仰钢丝绳安全系数及保证装船机的设备使用安全。当俯仰钢丝绳210因过度的再次下放臂架而松弛时，俯仰钢丝绳滑轮24在重力作用下弧形滑动下坠，与俯仰钢丝绳滑轮24的连接杆23通过第一滑动轴承22并依托支撑底座21实现弧形滑动上仰，带动机械行程开关挡铁底座26与电感式接近开关感应挡铁27随连接杆23弧形滑动上仰，当上仰到一定程度时，滚动式机械行程开关的滚轮被机械行程开关挡铁底座26上的挡铁底座底板261上的机械行程开关斜感应挡铁263碰撞并在其表面滚动，触发机械行程开关动作而发出开关信号，开关信号经过数据传输链路发送给PLC控制器，PLC控制器在接收到开关信号后，将向俯仰变频驱动系统发出减速并停车信号，并向CMS系统发送俯仰过松故障信号，其中机械行程开关动作为一级过松故障，CMS系统将会显示故障警示；当机械行程开关因机械（机械臂变形或碰撞块推动不到位）或电气类（线路损坏等）发生故障而无法发挥作用时，钢丝绳的继续下放，会继续带动连接杆23弧形滑动上仰，当连接杆23因过度下放，其在钢丝绳滑轮24侧的连接杆23会碰到过幅挡板213，并被限制继续运动，此时的连接杆23会带动电感式接近开关感应挡铁27来到最高限幅位置，并触发依托固定基座4安装的电感接近开关动作，电感接近开关发出俯仰停车的开关信号，此开关信号经过数据传输链路发送给PLC控制器，PLC控制器在接收到开关信号后，将向俯仰变频驱动系统发出减速并停车信号，并向CMS系统发送俯仰过松故障信号，电感式接近开关动作为较为严重的二级过松故障（这也提示维修人员需要对机械行程开关进行检修），CMS系统将会显示故障警示。

图6

图7

结论：

移动式装船机俯仰钢丝绳防过松保护系统可有效防止因人的不安全行为或物的不安全状态造成的俯仰钢丝绳过松的问题，具有精度高、稳定性好、可靠性强的特点，能够满足移动式装船机的安全、高效疏运作业需求，并能减少或避免因作业完成后在悬臂挂钩时导致的钢丝绳放缆过松、混乱以及由此引发的臂架受力不均、整机平衡体系失衡等不良后果，提高设备的出勤率及生产效率，并为码头工作人员的生命财产安全提供有力保障。

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