门座式起重机起升机构改造的几点探究

白雪松

摘 要：门座式起重机在码头作业中有着至关重要的作用，近年来，我国对外贸易逐步发展，码头车船装卸作业量也在不断提升。但是，门座式起重机的起升机在实践中却呈现出了一定的问题，为提高门座式起重机起升机结构可靠性、合理性、科学性、安全性，本文对门座式起重机起升机构造改造进行了探讨，以期为相关从业者提供有效参考。

关键词：门座式起重机；起升机构；机构改造；PLC；卷筒

门座式起重机是港口装卸业务的主要设备，该设备的可靠性、运作效率就直接决定了港口业务效率。目前，门座式起重机已经全面取代了传统的人工装卸搬运，而日益上升的作业量，就对门座式起重机的性能提出了新的要求。

一、门座式起重机电控系统改造

（一）PLC技术改造

门座式起重机起升机构可利用PLC技术改造其电控系统，取代传统的继电器逻辑控制。相较于传统的继电器逻辑控制，PLC的可靠性、适应性更强。如青岛港自主设计制造的岸边杂货起重机，该门座式起重机起重能力为25T，采用安川全变速交流调速系统，有着电气调速、计算机管理、性能控制等功能，控制人员通过触摸屏就可查看到设备运作状态以及故障状态，该设备起升机构由支持机构、开闭机构两个部分组成，采用YZP355M1-8M160KW变频电机，采用安川CP-316H PLC，采用VS616G7A变频器，能够实现宽范围的无极调速，并能够自由的设置加速时间、减速时间。PLC在门座式起重机起升机构电控系统改造中得到了广泛应用，PLC需要和变频调速器相互结合，实现自动化控制。岸边杂货起重机就不失为一个成功的案例，不仅实现了自动化控制，同时也提高了设备优化管理、监控水平，简化了设备控制过程，提高了设备控制精确性[1]。

（二）PLC控制改造案例

门座式起重机电控系统改造对可靠性的要求较高，控制任务较为繁重，故需要利用PLC技术来实现门座式起重机起升机构智能化改造。如，可将PLC作为技术核心，选择SIEMENS S7-300PLC，选用CPU314来负责处理系统信息。在该系统中，操作人员只需要在控制台上控制，就可完成相应的动作请求，由数字屏产生的信号，经过数字量输入模块进入PLC，同时反映各个设备状态的主要检测信号也可进入PLC，操作人员在操作台上就可观察到设备运作实际情况[2]。如图1所示PLC通过数字量输出模块将信号接到变频器I/O端子，通过模拟量输出模块将速度信号接到I/O端子，各种信号也可将设备信息接到PLC中，这样PLC就可通过变频器来反映电机运作情况。

图1.PLC系统控制图

门座式起重机起升机构运作稳定性，直接关乎着码头作业效益，故必须实现对电机启停的严格控制，对此，可利用脉冲编码接口模块NTAC-02来获取更高的控制精度，装在电机旋转轴上的PG脉冲编码器，可将数据传输到变频器，变频器就可根据PLC指令来调整电机速度，从而实现速度闭环控制。在门座式起重机起升机构中，控制任务较为简单，几乎所有控制任务都是通过开闭斗绳、支持绳来实现的，故可分别利用两个电机来驱动开闭斗绳、支持绳的控制[3]。

二、门座式起重机减速箱改造

（一）案例概况

目前，部分门座式起重机在设计制造阶段，受经济方面的制约，将升卷筒直径设计的比较小，导致门座式起重机在实际使用的过程中，经常因为磨损要频繁更换钢丝绳，如若管理不到位就会出现钢丝绳断裂等情况。如25m-35t门座式起重机，是某港主力生产门机，对该港业务生产效率有着较大影响。因门座式起重机机身较大，而港口水深较大，所以在大船舱底抓料的过程中，卷筒上的钢丝绳常常会用到最后几圈钢丝甚至是最后一圈钢丝。经过测试，在大船舱底抓料的过程中该门座式起重机绳角已经达3.8°，而已经拉出的钢丝则会和附近钢丝发生摩擦，进而导致钢丝绳断裂的情况时有发生。

（二）改造方案

本次改造主要是解决门座式起重机起升机构现存问题，改造方案不涉及到机械性能的改造。经案例分析，钢丝绳在卷筒上摩擦的原因，是因为钢丝绳转筒直径较小转筒较长，所以相应的缠绕圈数比较多，为27圈，经过计算，若是需要在大船舱底抓料，卷筒上的钢丝绳就会只剩下最后几圈，钢丝绳的偏角在3.7°左右。钢丝绳在偏角增大的时候摩擦，主要是因为绳槽较小，而两圈钢丝绳之间的间距过近，最为直接的办法就是采用直径更小的钢丝绳。但是本门座式起重机原配钢丝绳就为32mm，所以需要通过更换卷筒，加大钢丝绳节距来解决该问题。但是，如若更换卷筒，就会涉及到制动器、减速箱、电机的变化，故需要更进一步的细致计算。

本门座式起重机卷筒一端连接减速箱低速轴，另一端连接至机器座，而机器座由型钢焊接在机房地面。机器座到之间卷筒轴承座的距离为560mm，这也是卷筒半径的极限距离，综合考虑卷筒挡圈等等因素，测算出机器最大可支持1080mm直径的卷筒，只需要将钢丝绳偏角控制在3°以内，就可避免钢丝绳摩擦的问题。在更换直径为950mm卷筒后，卷筒扭矩就发生了一定的变化，通过调节电机变频器就可调整扭矩、制动输出，但是该调节方法只能够调节约5%的幅度，相互对应该扭矩的卷筒直径为954，经计算，钢丝绳偏角为3.2°，大于3°，不符合要求，因此必须对减速器和电动机进行改造。

而本门座式起重机起升机构的减速箱、电动机、卷筒都固定在机器座子上，机器座由型钢焊接而成，综合考虑，采用改装减速箱齿轮的方式来调节器减速比，然后定制一个直径相对应的卷筒。经过精密的分析咨询后，传动比取39.28。

（三）改造工艺

首先，需要拆除钢丝绳起升限位传感器，然后拆除卷筒附属传感器，拆卸卷筒减速器端联轴器、轴承座，利用手拉葫芦将卷筒放置在机房，然后再拆除减速箱，用门座式起重机吊出；其次，本门座式起重机采用SEW减速箱，所以减速箱中有着一定的防锈气体，故拆除需要有相关专用工具，本次改装主要涉及到更换齿轮、齿轴、密封元件、轴承，并趁此机会保养减速箱。经过改装后，在测试中该减速箱符合使用需求；再次，将减速箱、新卷筒利用门座式起重机以及手拉葫芦，放置在机房相应位置；最后，经过空载测试、半载测试，调试变频器速度、扭矩，未出现问题，可投入使用。

结束语：

综上所述，门座式起重机起升机构改造是一個范围极为宽广的主题，笔者在上文中仅选取了控制改造和实用性改造两个案例进行阐述，但从两个案例不难看出，门座式起重机起升机构改造主要是为了提高门座式起重机起升机构的稳定性、可靠性、实用性、易用性，未来很长一段时间内，门座式起重机起升机构改造依旧会朝着这个方向发展。

参考文献：

[1]徐勇 ， 朱志忠 ， 张智华 . 基于PLC的门座式起重机控制系统模拟器的设计[J]. 清远职业技术学院学报， 2018.

[2]薛利英， 张宏. 门座式起重机主电缆卷筒极限限位装置的改进[J]. 工程机械与维修， 2017（1）.

[3]吴雪红， 郭志明. 门座式起重机门架筒体制作及装配要点浅析[J]. 现代制造技术与装备， 2018（04）：125-126.