何國榮

廣州港股份有限公司南沙集裝箱碼頭分公司（以下簡(jiǎn)稱“南沙三期碼頭”）有60臺(tái)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“場(chǎng)橋”）。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排和建設(shè)綠色港口的號(hào)召，南沙三期碼頭將場(chǎng)橋供電方式由柴油發(fā)電機(jī)供電改為由港區(qū)電網(wǎng)直接供電。南沙三期碼頭場(chǎng)橋配置的移動(dòng)供電裝置采用德國Conductix-Wampfler滑觸線移動(dòng)供電裝置，配套鋁基不銹鋼線體滑觸線，主要用于接入市電。場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置的控制系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，其故障次數(shù)占場(chǎng)橋故障總數(shù)的比例一直居高不下，嚴(yán)重影響碼頭堆場(chǎng)裝卸作業(yè)計(jì)劃和效率。為了解決場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置在運(yùn)行過程中因氣動(dòng)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致裝置損壞的問題，本文在分析移動(dòng)供電裝置損壞原因的基礎(chǔ)上，提出移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案，即在原氣動(dòng)系統(tǒng)中增加微型氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器，以提高移動(dòng)供電裝置的安全可靠性。

1 場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置損壞情況

2018―2020年南沙三期碼頭場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置發(fā)生機(jī)械損壞88次（見表1），其中：因移動(dòng)供電裝置自身故障而造成機(jī)械損壞69次，占總損壞次數(shù)的比例為78.4%。由此可見，為了保障碼頭場(chǎng)橋作業(yè)安全性和穩(wěn)定性，提升碼頭作業(yè)效率，有必要優(yōu)化改造場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置。

2 場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置損壞原因

南沙三期碼頭場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置采用空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源，其工作原理（見圖1）如下：移動(dòng)供電裝置可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）接收外圍信號(hào)和指令，通過邏輯運(yùn)算輸出控制指令，控制開閉鎖電磁閥驅(qū)動(dòng)開閉鎖氣缸伸縮，從而實(shí)現(xiàn)開閉鎖功能，同時(shí)控制伸縮電磁閥驅(qū)動(dòng)伸縮氣缸工作，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電裝置伸縮。

場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作后，電磁閥內(nèi)部彈簧和氣管老化變形，導(dǎo)致氣動(dòng)系統(tǒng)因各部件間出現(xiàn)間隙而產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。隨機(jī)選取南沙三期碼頭10臺(tái)場(chǎng)橋，測(cè)量其氣動(dòng)系統(tǒng)壓力（見表2），其中有5臺(tái)場(chǎng)橋的移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)壓力無法達(dá)到正常值6 kPa。在氣動(dòng)系統(tǒng)壓力長(zhǎng)期偏低的情況下，移動(dòng)供電裝置對(duì)滑觸線的預(yù)緊力不足，導(dǎo)致碳刷偏磨或松脫，從而造成移動(dòng)供電裝置損壞。

3 場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、伸縮氣缸和開閉鎖氣缸組成，空氣壓縮機(jī)皮碗老化、氣缸密封圈磨損內(nèi)泄、氣管老化泄漏、電磁閥內(nèi)部彈簧和氣管老化變形等都有可能造成氣動(dòng)系統(tǒng)氣壓不足。綜合考慮氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、施工工藝和設(shè)備作業(yè)方式等因素，設(shè)計(jì)3種場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化方案（見表3），并依據(jù)可行性分析結(jié)果，最終選擇加裝氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器方案。

3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器設(shè)計(jì)

氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器由氣動(dòng)壓力開關(guān)、二位單通電磁閥、輸入輸出氣管等組成，其控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)壓力開關(guān)組成，當(dāng)空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，壓縮空氣從儲(chǔ)氣罐進(jìn)入氣動(dòng)壓力開關(guān)。氣動(dòng)壓力開關(guān)按預(yù)先設(shè)定的壓力閉合或斷開：當(dāng)空氣壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣動(dòng)壓力開關(guān)處于閉合狀態(tài);當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定壓力上限時(shí)，壓縮空氣經(jīng)橡皮頂動(dòng)頂針，再通過跳橋使跳簧帶動(dòng)跳板，使膠木座內(nèi)動(dòng)觸頭分離，從而切斷控制電路，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣壓降至設(shè)定壓力下限時(shí)，跳橋重新起跳，接通電路。

（2）電動(dòng)控制機(jī)構(gòu) 電動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由閥體和電磁閥線圈組成。通電時(shí)，電磁閥線圈產(chǎn)生電磁力，將關(guān)閉件從閥座上提起，閥門關(guān)閉;斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧將關(guān)閉件壓在閥座上，閥門打開。

（3）控制邏輯 通電后，系統(tǒng)壓力低于空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)壓力，壓力開關(guān)連通系統(tǒng)電路開啟空氣壓縮機(jī)，電磁閥線圈得電，電磁力將關(guān)閉件從閥座上提起，閥門關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到空氣壓縮機(jī)關(guān)閉點(diǎn)壓力時(shí)，壓力開關(guān)斷開系統(tǒng)電路關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，電磁閥線圈失電，電磁力消失，彈簧將關(guān)閉件壓在閥座上，閥門打開連通氣動(dòng)系統(tǒng)，用較高的系統(tǒng)壓力驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)壓力降至空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)壓力時(shí)，電路接通重新工作。

3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器安裝

（1）將氣動(dòng)壓力開關(guān)安裝在空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐出口，將二位單通常閉電磁閥P口安裝在氣動(dòng)壓力開關(guān)出氣口，將系統(tǒng)出氣口安裝在電磁閥T口，螺紋接口使用生料帶以加強(qiáng)其密封性。安裝完畢后，加壓檢查系統(tǒng)氣密性。

（2）將系統(tǒng)220 V零線與火線接入壓力開關(guān)，將空氣壓縮機(jī)的火線進(jìn)線和電磁閥的火線進(jìn)線接入壓力開關(guān)開啟點(diǎn)。當(dāng)空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，電磁閥得電閉合。

（3）調(diào)試壓力開關(guān)，使開啟點(diǎn)壓力大于氣動(dòng)系統(tǒng)最低維持壓力的110%，關(guān)閉點(diǎn)壓力等于氣動(dòng)系統(tǒng)最大壓力。

（4）調(diào)試完畢后，對(duì)接入線纜和氣管進(jìn)行理線綁扎，以防線路鉤掛導(dǎo)致管線破損。

（5）試機(jī)正常后完成安裝。

4 場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化效果

南沙三期碼頭選取8臺(tái)場(chǎng)橋（1～8號(hào)場(chǎng)橋）實(shí)施移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化改造。為了檢驗(yàn)優(yōu)化改造效果，比較? 2021年11月至2022年1月南沙三期碼頭優(yōu)化改造后的1～8號(hào)場(chǎng)橋與未優(yōu)化改造的9～16號(hào)場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)故障和機(jī)械損壞情況（見表4）。結(jié)果顯示：優(yōu)化改造后的1～8號(hào)場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置故障率明顯下降，未發(fā)生機(jī)械損壞，應(yīng)用效果良好。鑒于優(yōu)化改造后的場(chǎng)橋運(yùn)行穩(wěn)定，南沙三期碼頭后續(xù)已按此方案對(duì)剩余52臺(tái)場(chǎng)橋?qū)嵤﹥?yōu)化改造。南沙三期碼頭60臺(tái)場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)全部實(shí)施優(yōu)化改造后，場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置年均機(jī)械損壞次數(shù)由29.6次下降至8.0次，在有效降低場(chǎng)橋維修成本的同時(shí)，大大提升設(shè)備穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

在場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置上加裝氣動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)器的優(yōu)化改造方案有效解決了場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置氣動(dòng)系統(tǒng)壓力不足的問題，有利于降低場(chǎng)橋移動(dòng)供電裝置故障率和場(chǎng)橋維修頻次，節(jié)省場(chǎng)橋維修成本，有效保障碼頭安全高效生產(chǎn)，能夠?yàn)楦劭谛袠I(yè)同類移動(dòng)供電裝置優(yōu)化改造提供思路和參考。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-06-06）