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

　　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

　　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》