卸船機(jī)主小車傳動軸防護(hù)預(yù)警裝置改進(jìn)
2019-01-07張 濤,劉紅喜,厲 鋒
(日照港集團(tuán)股份有限公司,山東日照 276800)
摘 要:為了對橋式抓斗卸船機(jī)主小車傳動軸發(fā)生的疲勞變形進(jìn)行提前預(yù)警,避免高速旋轉(zhuǎn)的傳動軸發(fā)生斷裂對巡視人員及周圍設(shè)備造成傷害,改進(jìn)傳動軸變形和斷裂的防護(hù)預(yù)警裝置。改進(jìn)后的裝置采用2個轉(zhuǎn)速檢測傳感器和4個接近開關(guān)對傳動軸的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測,通過數(shù)據(jù)處理檢測出傳動軸是否發(fā)生變形或斷裂,并將檢測結(jié)果發(fā)送至司機(jī)室,從而實現(xiàn)預(yù)警功能。對傳動軸防護(hù)罩進(jìn)行重新設(shè)計安裝,防止斷裂的傳動軸甩出,從而實現(xiàn)防護(hù)功能。經(jīng)試驗,該裝置能夠?qū)鲃虞S的變形和斷裂進(jìn)行及時預(yù)警和有效防護(hù),提升卸船機(jī)主小車傳動軸運行的可靠性。
關(guān)鍵詞:港口;橋式抓斗卸船機(jī);傳動軸;防護(hù)預(yù)警裝置
0 引 言
近年來,散貨碼頭橋式抓斗卸船機(jī)普遍采用四卷筒差動式設(shè)計,其基本原理:起升、開閉和主小車的電機(jī)輸入不同的旋向和速度,驅(qū)動2套差動行星齒輪減速機(jī),帶動4個獨立的鋼絲繩卷筒產(chǎn)生不同旋向和速度的運動組合,實現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)、開閉機(jī)構(gòu)和主小車牽引機(jī)構(gòu)的獨立或合成運動。[1]主小車的運行靠主小車電機(jī)帶動2套差動行星減速箱實現(xiàn)動力輸出,2套減速箱實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)則靠主小車傳動軸的連接來實現(xiàn)。四卷筒差動式卸船機(jī)起升機(jī)構(gòu)、開閉機(jī)構(gòu)和主小車牽引機(jī)構(gòu)布局見圖1。

1.開閉電機(jī);2.起升電機(jī);3.小車電機(jī);4.開閉差動減速機(jī);5.起升差動減速機(jī);6.小車傳動軸總成;7.8.開閉卷筒;9.10.起升卷筒
圖1 四卷筒差動式卸船機(jī)起升、開閉和主小車牽引機(jī)構(gòu)布局
圖1 四卷筒差動式卸船機(jī)起升、開閉和主小車牽引機(jī)構(gòu)布局
目前,主小車傳動軸采用可伸縮型雙萬向鉸鏈結(jié)構(gòu),其中:左邊是萬向聯(lián)軸器;中間是由2套軸承組件支撐的中間軸;右邊也是萬向聯(lián)軸器。動力傳遞路徑為起升減速機(jī)小車高速軸→萬向聯(lián)軸器→中間軸→萬向聯(lián)軸器→開閉減速機(jī)小車高速軸。由于兩側(cè)的萬向聯(lián)軸器是空心結(jié)構(gòu),允許的轉(zhuǎn)動偏差較大,且無軸承座作為支承,因此在轉(zhuǎn)動過程中兩側(cè)的萬向聯(lián)軸器的擺動量較大,在長時間使用后出現(xiàn)的問題:一是會造成傳動軸萬向聯(lián)軸器本體疲勞變形斷裂或軸承損壞造成本體斷裂;二是會造成傳動軸花鍵套筒與軸本體焊接處疲勞斷裂。為及時發(fā)現(xiàn)傳動軸變形斷裂的情況和加強對斷裂甩出體的防護(hù),對主小車傳動軸變形和斷裂的防護(hù)預(yù)警裝置進(jìn)行改進(jìn),該裝置主要包括傳動軸防護(hù)裝置、傳動軸變形和斷裂預(yù)警裝置。
1 技術(shù)原理
由于主小車傳動軸兩端采用同一根軸聯(lián)動的傳動方式,屬于同軸傳動。同軸傳動的原理是主動輪受外界動力發(fā)生轉(zhuǎn)動,而主動輪與軸連接,主動輪的轉(zhuǎn)動勢必會帶動軸的轉(zhuǎn)動。同理,軸的轉(zhuǎn)動也會帶動被動輪轉(zhuǎn)動,從而完成傳動過程。因為整個過程圍繞軸轉(zhuǎn)動,當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)過某個角度時,軸轉(zhuǎn)過相同的角度,被動輪也轉(zhuǎn)過相同的角度,所以主動輪和被動輪的角速度是一致的。應(yīng)用此原理,檢測傳動軸兩端的角速度并進(jìn)行比較:若兩端角速度一致,說明傳動軸未發(fā)生斷裂;若兩端角速度不一致,說明傳動軸發(fā)生斷裂。
一旦高速運轉(zhuǎn)的傳動軸發(fā)生彈性變形,會改變傳動軸總成的不平衡度,致使傳動軸離開其平衡位置,傳動軸便會發(fā)生相對于平衡位置的彎曲振動。旋轉(zhuǎn)的傳動軸因其質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心慣性力是引起傳動軸彎曲振動的干擾力,此干擾力的頻率與傳動軸轉(zhuǎn)速相等。當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)速等于其彎曲振動的固有頻率時,便會發(fā)生共振,致使振幅急劇增加。由此,可以通過檢測振幅的變化大小來確定傳動軸是否發(fā)生變形。
2 方案設(shè)計
2.1 主小車傳動軸防護(hù)裝置
重新設(shè)計主小車傳動軸防護(hù)罩,將原有的90°防護(hù)罩改為270°防護(hù)罩,對整個傳動軸的前部、上部、后部等部位進(jìn)行防護(hù),而傳動軸的下方采用開放的形式,這樣可有效防止傳動軸斷裂時的碎片甩出傷人。重新設(shè)計的主小車傳動軸防護(hù)罩見圖2。另外,在靠近傳動軸兩側(cè)萬向聯(lián)軸器處,防護(hù)罩設(shè)計成可方便拆卸的網(wǎng)格狀形式,一方面可便于巡視人員對傳動軸螺栓進(jìn)行日常檢查,另一方面也便于維修人員在更換鋼絲繩時對傳動軸進(jìn)行拆卸作業(yè)。

圖2 重新設(shè)計的主小車傳動軸防護(hù)罩
2.2 主小車傳動軸變形和斷裂預(yù)警裝置
在傳動軸部位增加電氣聯(lián)鎖裝置,可在傳動軸變形和發(fā)生斷裂的初期及時做出判斷和處理,從而實現(xiàn)預(yù)警功能。
2.2.1 傳動軸變形預(yù)警
在傳動軸2個萬向聯(lián)軸器處加裝4個接近開關(guān)。傳動軸電氣聯(lián)鎖硬件布置圖見圖3。當(dāng)傳動軸發(fā)生變形時,接近開關(guān)及時將信號傳入PLC系統(tǒng),實現(xiàn)傳動軸變形故障提示,同時此故障信號也接入司機(jī)室聲光報警器。

1.2.轉(zhuǎn)速檢測傳感器;3.4.5.6.接近開關(guān)
圖3傳動軸電氣聯(lián)鎖硬件布置圖
圖3傳動軸電氣聯(lián)鎖硬件布置圖
2.2.2 傳動軸斷裂預(yù)警
在傳動軸兩端高速軸位置加裝2個轉(zhuǎn)速檢測傳感器。傳感器安裝在防護(hù)罩預(yù)留的安裝孔處,并將檢測信號傳入PLC系統(tǒng)。當(dāng)兩傳感器檢測到轉(zhuǎn)速不等時,發(fā)出傳動軸斷裂信號,并將此信號接入司機(jī)室的聲光報警器。司機(jī)聽到報警聲音后,可立即停止作業(yè)查看傳動軸狀況。為了防止轉(zhuǎn)速檢測傳感器的測量誤差導(dǎo)致誤報故障的情況,在PLC程序中加入數(shù)據(jù)比較模塊,并設(shè)定一個合理的區(qū)間范圍,這樣即使傳感器數(shù)據(jù)有輕微誤差也不會誤報故障。
2.2.3PLC程序連鎖
傳動軸電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)流程見圖4。根據(jù)該流程,對卸船機(jī)的PLC程序進(jìn)行相應(yīng)修改和補充,從而實現(xiàn)預(yù)警功能。

圖4 傳動軸電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)流程
3 結(jié) 語
改進(jìn)后的卸船機(jī)主小車傳動軸防護(hù)預(yù)警裝置可以在傳動軸發(fā)生變形或斷裂的初期及時進(jìn)行預(yù)警和防護(hù),從而避免傳動軸斷裂故障的發(fā)生,提高設(shè)備的安全性能,同時保障巡視人員和操作人員的安全,使卸船機(jī)作業(yè)得以順利進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]申小強,高飛,郭東.四卷筒行星差動的安全性及換繩方法分析[J].起重運輸機(jī)械,2011(6):7-9.
來源:《港口科技》
