許凱寧

港口大型集裝箱裝卸設(shè)備輪胎式龍門起重機（以下簡稱“輪胎吊”）是高耗能的用油設(shè)備。近年來，我國港口企業(yè)大力開展節(jié)能減排工作，其中，用油輪胎吊的高架滑觸線供電改造（即“油改電”）的節(jié)能效果突出?！坝透碾姟焙?，輪胎吊的動力來源由原來的柴油發(fā)動機組改為社會電網(wǎng)供電。本文針對“油改電”輪胎吊碳刷狀態(tài)監(jiān)控及維護難點，設(shè)計碳刷智能保護報警裝置，保障“油改電”系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行。

1 “油改電”輪胎吊碳刷工況

輪胎吊實施“油改電”后，集裝箱堆場上方架設(shè)三相四線制高架滑觸線供電網(wǎng)絡(luò)。輪胎吊通過集電桿與電網(wǎng)連接，集電桿頂端裝有碳刷（見圖1）。在工作狀態(tài)下，隨著輪胎吊大車的移動，集電桿頂端的碳刷在高架滑觸線上滑行而日漸磨損。一旦磨損過度，碳刷與滑觸線就會因接觸不良而產(chǎn)生打火現(xiàn)象，從而給滑觸線和設(shè)備造成損害，甚至可能導致電網(wǎng)跳電、滑觸線熔斷等重大故障或事故。鑒于此，有必要定期檢查碳刷的磨損情況和工作狀態(tài)，及時更換磨損過度或接觸欠佳的碳刷。

2 “油改電”輪胎吊碳刷日常維護難點

高架滑觸線距離地面超過30m，輪胎吊碳刷經(jīng)集電桿與滑觸線直接接觸，其安裝位置與輪胎吊最高操作平臺的距離約為5m；因此，若要檢查碳刷狀態(tài)，必須降下集電桿。為保持碳刷與滑觸線接觸良好，升降集電桿需要克服一定的壓力，單人操作難以完成?？梢姡斯ら_展碳刷日常檢查維護的工作環(huán)境惡劣，工作強度高，工作量大，且存在嚴重的安全隱患。以寧波舟山港集團有限公司為例，該公司有輪胎吊52臺，僅靠人工檢查和維護碳刷的難度較大。

3 “油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置功能

寧波舟山港集團有限公司研制“油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置的基本思路是：在碳刷特定位置埋藏一根光纖信號線，形成光纖通路；一旦碳刷磨損超過允許值，光纖通路即被切斷，從而引發(fā)聲光報警。如圖2所示，“油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置由集電靴頭、碳刷、光纖信號線、光纖轉(zhuǎn)接器等組成。

“油改電”輪胎吊取電裝置的集電靴頭如圖3所示。靴頭內(nèi)安裝有碳刷，碳刷和集電靴頭兩側(cè)銅片在碳刷最低磨損位置開有直徑為3mm的孔。光纖信號線穿過該孔與光纖轉(zhuǎn)接器相連，A、B、C和PE等4個靴頭內(nèi)各安裝1個碳刷，分別與4條滑觸線接觸。A、B、C和PE等4路光纖信號經(jīng)光纖信號連接線輸入碳刷智能保護板（圖4）上的信號輸入口，通過碳刷智能保護板的可編程邏輯控制器信號輸出接口與“油改電”輪胎吊的可編程邏輯控制器連接。

碳刷智能保護報警裝置的功能主要通過碳刷智能保護板來實現(xiàn)。當碳刷磨損到極限時，光纖信號連接線被磨斷，光纖信號經(jīng)碳刷智能保護板中的光纖信號輸入單元輸入碳刷智能保護板。該信號經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換后，使碳刷智能保護板得到警示信號：碳刷智能保護板上的警示燈由綠色轉(zhuǎn)為紅色，蜂鳴器發(fā)出警示聲；同時，碳刷智能保護板發(fā)出信號給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器執(zhí)行保護程序。值得一提的是，在碳刷智能保護報警裝置模式下，任何一相碳刷磨損均會引發(fā)系統(tǒng)報警并執(zhí)行保護程序。碳刷智能保護板由220V交流電與12V直流電轉(zhuǎn)換電路供電。

4 “油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置的特點及效益

第一，碳刷智能保護報警裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本低、通信可靠等優(yōu)點，在對“油改電”輪胎吊碳刷起到安全保護作用的同時，極大提高港口生產(chǎn)安全性。此外，該裝置設(shè)計思路新穎，工藝先進，實際使用效果優(yōu)異，獲得國家實用新型專利。

第二，碳刷智能保護報警裝置解決了依靠人工檢查碳刷狀態(tài)所存在的工作量大、勞動強度高等問題，大大改善作業(yè)人員的工作環(huán)境。

第三，碳刷智能保護報警裝置使碳刷更換更加合理，避免因人工判斷失誤而造成的非必要更換，從而減少資源浪費，降低“油改電”系統(tǒng)運行維護成本。