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(duì)橋式抓斗卸船機(jī)主小車傳動(dòng)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(dòng)軸發(fā)生斷裂對(duì)巡視人員及周圍設(shè)備造成傷害，改進(jìn)傳動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器和4個(gè)接近開(kāi)關(guān)對(duì)傳動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理檢測(cè)出傳動(dòng)軸是否發(fā)生變形或斷裂，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至司機(jī)室，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。對(duì)傳動(dòng)軸防護(hù)罩進(jìn)行重新設(shè)計(jì)安裝，防止斷裂的傳動(dòng)軸甩出，從而實(shí)現(xiàn)防護(hù)功能。經(jīng)試驗(yàn)，該裝置能夠?qū)鲃?dòng)軸的變形和斷裂進(jìn)行及時(shí)預(yù)警和有效防護(hù)，提升卸船機(jī)主小車傳動(dòng)軸運(yùn)行的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：港口；橋式抓斗卸船機(jī)；傳動(dòng)軸；防護(hù)預(yù)警裝置

 　　0　引　言

　　近年來(lái)，散貨碼頭橋式抓斗卸船機(jī)普遍采用四卷筒差動(dòng)式設(shè)計(jì)，其基本原理：起升、開(kāi)閉和主小車的電機(jī)輸入不同的旋向和速度，驅(qū)動(dòng)2套差動(dòng)行星齒輪減速機(jī)，帶動(dòng)4個(gè)獨(dú)立的鋼絲繩卷筒產(chǎn)生不同旋向和速度的運(yùn)動(dòng)組合，實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)和主小車牽引機(jī)構(gòu)的獨(dú)立或合成運(yùn)動(dòng)。[1]主小車的運(yùn)行靠主小車電機(jī)帶動(dòng)2套差動(dòng)行星減速箱實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，2套減速箱實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)則靠主小車傳動(dòng)軸的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。四卷筒差動(dòng)式卸船機(jī)起升機(jī)構(gòu)、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)和主小車牽引機(jī)構(gòu)布局見(jiàn)圖1。

1.開(kāi)閉電機(jī)；2.起升電機(jī)；3.小車電機(jī)；4.開(kāi)閉差動(dòng)減速機(jī)；5.起升差動(dòng)減速機(jī)；6.小車傳動(dòng)軸總成；7.8.開(kāi)閉卷筒；9.10.起升卷筒
圖1 四卷筒差動(dòng)式卸船機(jī)起升、開(kāi)閉和主小車牽引機(jī)構(gòu)布局

　　目前，主小車傳動(dòng)軸采用可伸縮型雙萬(wàn)向鉸鏈結(jié)構(gòu)，其中：左邊是萬(wàn)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(wàn)向聯(lián)軸器。動(dòng)力傳遞路徑為起升減速機(jī)小車高速軸→萬(wàn)向聯(lián)軸器→中間軸→萬(wàn)向聯(lián)軸器→開(kāi)閉減速機(jī)小車高速軸。由于兩側(cè)的萬(wàn)向聯(lián)軸器是空心結(jié)構(gòu)，允許的轉(zhuǎn)動(dòng)偏差較大，且無(wú)軸承座作為支承，因此在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中兩側(cè)的萬(wàn)向聯(lián)軸器的擺動(dòng)量較大，在長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)的問(wèn)題：一是會(huì)造成傳動(dòng)軸萬(wàn)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(huì)造成傳動(dòng)軸花鍵套筒與軸本體焊接處疲勞斷裂。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸變形斷裂的情況和加強(qiáng)對(duì)斷裂甩出體的防護(hù)，對(duì)主小車傳動(dòng)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(dòng)軸防護(hù)裝置、傳動(dòng)軸變形和斷裂預(yù)警裝置。

　　1　技術(shù)原理

　　由于主小車傳動(dòng)軸兩端采用同一根軸聯(lián)動(dòng)的傳動(dòng)方式，屬于同軸傳動(dòng)。同軸傳動(dòng)的原理是主動(dòng)輪受外界動(dòng)力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而主動(dòng)輪與軸連接，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)帶動(dòng)被動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成傳動(dòng)過(guò)程。因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程圍繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)某個(gè)角度時(shí)，軸轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，被動(dòng)輪也轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，所以主動(dòng)輪和被動(dòng)輪的角速度是一致的。應(yīng)用此原理，檢測(cè)傳動(dòng)軸兩端的角速度并進(jìn)行比較：若兩端角速度一致，說(shuō)明傳動(dòng)軸未發(fā)生斷裂；若兩端角速度不一致，說(shuō)明傳動(dòng)軸發(fā)生斷裂。

　　一旦高速運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸發(fā)生彈性變形，會(huì)改變傳動(dòng)軸總成的不平衡度，致使傳動(dòng)軸離開(kāi)其平衡位置，傳動(dòng)軸便會(huì)發(fā)生相對(duì)于平衡位置的彎曲振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸因其質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心慣性力是引起傳動(dòng)軸彎曲振動(dòng)的干擾力，此干擾力的頻率與傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速相等。當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速等于其彎曲振動(dòng)的固有頻率時(shí)，便會(huì)發(fā)生共振，致使振幅急劇增加。由此，可以通過(guò)檢測(cè)振幅的變化大小來(lái)確定傳動(dòng)軸是否發(fā)生變形。

　　2　方案設(shè)計(jì)

　　2.1　主小車傳動(dòng)軸防護(hù)裝置

　　重新設(shè)計(jì)主小車傳動(dòng)軸防護(hù)罩，將原有的90°防護(hù)罩改為270°防護(hù)罩，對(duì)整個(gè)傳動(dòng)軸的前部、上部、后部等部位進(jìn)行防護(hù)，而傳動(dòng)軸的下方采用開(kāi)放的形式，這樣可有效防止傳動(dòng)軸斷裂時(shí)的碎片甩出傷人。重新設(shè)計(jì)的主小車傳動(dòng)軸防護(hù)罩見(jiàn)圖2。另外，在靠近傳動(dòng)軸兩側(cè)萬(wàn)向聯(lián)軸器處，防護(hù)罩設(shè)計(jì)成可方便拆卸的網(wǎng)格狀形式，一方面可便于巡視人員對(duì)傳動(dòng)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(shí)對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行拆卸作業(yè)。

圖2 重新設(shè)計(jì)的主小車傳動(dòng)軸防護(hù)罩

　　2.2　主小車傳動(dòng)軸變形和斷裂預(yù)警裝置

　　在傳動(dòng)軸部位增加電氣聯(lián)鎖裝置，可在傳動(dòng)軸變形和發(fā)生斷裂的初期及時(shí)做出判斷和處理，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

　　2.2.1　傳動(dòng)軸變形預(yù)警

　　在傳動(dòng)軸2個(gè)萬(wàn)向聯(lián)軸器處加裝4個(gè)接近開(kāi)關(guān)。傳動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖硬件布置圖見(jiàn)圖3。當(dāng)傳動(dòng)軸發(fā)生變形時(shí)，接近開(kāi)關(guān)及時(shí)將信號(hào)傳入PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸變形故障提示，同時(shí)此故障信號(hào)也接入司機(jī)室聲光報(bào)警器。

1.2.轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器；3.4.5.6.接近開(kāi)關(guān)
圖3傳動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖硬件布置圖

　　2.2.2　傳動(dòng)軸斷裂預(yù)警

　　在傳動(dòng)軸兩端高速軸位置加裝2個(gè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)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(cè)信號(hào)傳入PLC系統(tǒng)。當(dāng)兩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)速不等時(shí)，發(fā)出傳動(dòng)軸斷裂信號(hào)，并將此信號(hào)接入司機(jī)室的聲光報(bào)警器。司機(jī)聽(tīng)到報(bào)警聲音后，可立即停止作業(yè)查看傳動(dòng)軸狀況。為了防止轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器的測(cè)量誤差導(dǎo)致誤報(bào)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(gè)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(huì)誤報(bào)故障。

　　2.2.3PLC程序連鎖

　　傳動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)流程見(jiàn)圖4。根據(jù)該流程，對(duì)卸船機(jī)的PLC程序進(jìn)行相應(yīng)修改和補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

圖4 傳動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)流程

　　3　結(jié)　語(yǔ)

　　改進(jìn)后的卸船機(jī)主小車傳動(dòng)軸防護(hù)預(yù)警裝置可以在傳動(dòng)軸發(fā)生變形或斷裂的初期及時(shí)進(jìn)行預(yù)警和防護(hù)，從而避免傳動(dòng)軸斷裂故障的發(fā)生，提高設(shè)備的安全性能，同時(shí)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(qiáng)，高飛，郭東.四卷筒行星差動(dòng)的安全性及換繩方法分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2011（6）：7-9.

來(lái)源：《港口科技》