矿石码头卸船机变频电缆卷取装置改造_王东升.pdf

0引言舟山鼠浪湖码头有限公司（以下简称“公司”）拥有全球最大的 40 万吨级卸船泊位，共有 7 台额定台时效率为 3 000 t/h 的桥式抓斗卸船机。高压电缆和电缆卷取装置作为卸船机的动力命脉，在卸船机安全运行过程中占据重要地位。国内外散杂货码头大型港机设备电缆卷取装置形式主要分为以下 4 种：年代久远的老旧设备普遍采用滑轮组加重锤式配重块来实现电缆卷取，这是第 1 代电缆卷取装置形式。第 2 代电缆卷取装置采用力矩电机来完成电缆卷取，但力矩电机无法提供恒定的力矩，卷取精度非常差。由于无法满足目前港口装卸设备的要求，以上 2 种电缆卷取装置形式已被淘汰。第 3 代为磁滞式电缆卷取装置。该装置的恒力矩对电缆抗拉要求比较高，由于电缆卷盘内层电缆承受的张力比外层大 3 倍以上，动力和控制合二为一的电缆容易出现损坏。此外，矿石码头环境中的矿石粉含量较高，矿石粉容易进入磁滞驱动头，导致磁滞驱动头损坏。因此，第 3 代电缆卷取装置在矿石码头上的使用率有逐渐减少的趋势。第 4 代为变频电缆卷取装置。该装置采用变频器直接转矩控制技术，主要由变频电机、减速传动系统、电缆卷盘、电气控制装置、电缆、导缆架等组成。变频电缆卷取装置能保持电缆张力的恒定，确保电缆所受拉力始终处于许可值范围内，但必须保证变频电缆卷取装置的电机性能好、力矩大。公司 7 台卸船机均采用变频电缆卷取装置。电缆卷取布置图见图 1。电缆卷盘安装在联系横梁上，储缆盘与电缆沟垂直，电缆通过人字架导入电缆轨道，与电缆坑的接线箱连接。1电缆卷取装置存在的问题公司#5 卸船机（以下简称“UL5”）自 2017 年投入使用以来，一直在#1 与#2 卸船泊位之间作业。自 2018 年起，UL5 的动力和控制电缆卷取装置不断出现以下问题：（1）电缆与电缆卷盘单面磨擦现象比较严重，导致电缆外皮起皱、多处破损，且上部的电缆导向轮单面磨损较快。电缆导向轮也经常卡死，导向轮支撑支架变形。（2）电缆人字型导缆架结构强度不足。电缆人字型导缆架的支撑槽钢出现变形脱焊现象，固定螺栓发生断裂，给设备安全造成极大的安全隐患。（3）电缆卷取装置恒张力不足。电缆频繁出现松缆现象，每次处理故障的时间较长，严重影响设备生产效率。矿石码头卸船机变频电缆卷取装置改造摘要：针对矿石码头卸船机电缆卷取装置经常出现的电缆导向轮磨损较快、电缆外皮磨损、频繁松缆等问题，通过规范电缆卷取装置的安装方式、增强装置的结构强度、设计新的整改方案，改善电缆卷取装置运行状况，减少故障发生，延长设备使用寿命。从改造后的卸船机电缆卷取装置运行状况来看，电缆卷取装置的卷取能力得到提升，电缆自身磨损大幅度降低，整体运行性能得到显著提升。关键词：港口；矿石码头；卸船机；电缆卷取装置；人字形导缆架；变频器王东升，戴衡，陈串，刘玉龙，高胜（舟山鼠浪湖码头有限公司，浙江宁波315800）港口科技 港口机械322解决措施2.1调整电缆卷盘中心线偏差由于电缆与电缆卷盘单面磨擦现象比较严重，上部的电缆导向轮单面磨损较快。公司重新对电缆卷盘的盘体外侧与联系梁之间的距离进行检测。在检测中发现：海侧距离是 210 cm，陆侧距离是 200 cm，海陆侧距离相差 10 cm；驱动齿轮箱底座海陆侧固定螺栓有松动现象。这种距离偏差导致电缆卷盘中心线与电缆改向轮组支架中心线有较大的偏差，容易出现电缆与电缆卷盘单面磨擦现象。针对上述问题，通过调整电缆卷盘底座来解决中心线偏差的问题。在齿轮箱底座四周各焊上2 个固定挡块，固定螺母更换为防松螺母，以解决螺母松动问题。2.2调整封闭辊子导向架和卷盘开档由于码头矿石粉尘较大，以及落到导向轮上的料斗溢料没有及时清理，导向轮裸露外面的两端轴承容易卡死，导致导向轮使用寿命缩短。由于导向轮使用的是两边有挡边的钢托辊，不能转动的导向轮与电缆单面摩擦，两边的挡边磨损后变得锋利并划破电缆表面。矿粉进到划破的电缆表面后很难清理干净，修补外皮后出现电缆直径增大的问题。由于卷盘的开档比电缆直径稍大一点，每次收缆时会把修补好的外皮磨掉。电缆改向轮组的出入口各有 1 组提供精确导向的 3 只封闭辊子导向架，其封闭直径只比电缆直径大 5 mm。当电缆直径大于封闭辊子导向架直径时，电缆外皮就会出现被拉起皱多处破损，导向轮支撑支架变形。（1）把 3 只封闭小辊子往后移到底，使小辊子导向架封闭直径增加 15 mm。小辊子导向架封闭直径对比见图 2。但事实上，由于小辊子移动后封闭圆变成不规则的圆，电缆表面只压到 2 只小辊子单面，使电图 1电缆卷取布置图图 2小辊子导向架封闭直径对比电缆电缆卷取装置电缆人字架码头廊道B1B2B3B4B5（a）移动前（b）移动后港口科技 港口机械33缆与小辊子由原来的线接触变为 2 点接触，电缆表面的 2 点压强骤然增加并出现较深的压痕。另外，由于小辊子边与导向架之间的间距太小，小辊子容易被小块矿石卡住不转，修补的电缆外皮被拉开。为解决该问题，将 3 只封闭小辊子导向架改为 2 只大托辊支架，采用 2 根 6 号角钢，将托辊凹边与电缆表面之间的距离由 2.5 mm 增至 10 mm，以满足电缆破损修补后直径增大的需要。2 只大辊子导向架见图 3。为了统一备件，把电缆卷取装置相关的钢托辊全部更换为大尺寸尼龙托辊，导向轮两端轴承采用有单边防尘盖的轴承，在装进轴承后加黄油，再在导向轮轴承两端增加密封盖，以延长电缆卷取装置使用寿命。托辊边与支架之间的距离由 3 mm 增至 10 mm，避免托辊被矿石卡住。为方便大辊子的更换，改 U 形螺栓紧固方式为在轴两端采用 M16 螺栓的紧固方式。导向轮改进前后对比见图 4。（2）调整盘体开档时，先放空电缆，松开外档螺母，松开内档螺母，再拧紧箭头所指的外档螺母，卷盘的开档调大。必须反复调整，直到每个盘辐的开档均一致。调整后用 350 N m 的力矩扳手拧紧 M20 螺丝，并拧紧锁紧螺母。调整要求为开档比修补后的电缆直径稍大且外档要比内档略大12 mm。盘体开档调整现场见图 5。2.3更换导缆架支撑槽钢由于导向轮支撑支架经常变形，公司对导缆架中心重新进行测量。经过测量发现：人字型导缆架中心与高架电缆出口有 20 cm 的偏差，原有的10 号支撑槽钢太细、支撑的角度太偏、没有相应的加固，使导缆架的支撑槽钢稍一受力就变形脱焊，而每次的修理也仅仅是修焊，导致修理后只能维持较短的时间。针对上述情况，公司首先把高架电缆出口移位 20 cm，保证中心线对准，然后把 10 号支撑槽钢全部更换为 16 号槽钢，增加相应的三角斜撑，最后把原来的 M12 的镀锌螺栓改为 M16 不锈钢螺栓加防松螺母。采取上述措施，可保障导缆架的强度和安全性。2.4增大电缆卷取装置电机的电流公司于 2017 年购入 UL5，UL5 主要作业位置在#2 泊位，地面高压接头也在#2 泊位。由于#1泊位作业压力比较大，自 2018 年起 UL 5 经常会移动到#1 泊位作业，地面高压接头也从#2 泊位往#1 泊位移动 60 m。因此，在过接头处电缆卷取的圈数又增加近 2 圈，在过#1 与#2 泊位接头处需要的输出力矩增加了 10%15%，这导致在过接头处容易松缆和到极限处卷取无力等问题。在改造方案中，该卷取装置采用变频器和独立的 PLC 模块组成控制系统，电缆卷筒的变频器在闭环矢量下采用电机转矩开环控制模式，并通过凸轮编码器对应电缆卷盘的实际卷径，分 7 挡控制电机的输出转矩变化，基本上是每 2 卷变换 1 挡，从而保证电缆在卷盘上卷绕时自动进行张力调整，保护电缆不受损伤。在电缆拉力容许范围内，通过改大电机输入电流，把容易松缆处和极限处所在的 6挡、7 挡输出力矩增加 15%，从而解决该问题。2.5及时保养电缆卷取装置对电缆卷取装置带进行定期、全面的检查、调整，及时、彻底保养驱动部分、电气部分及其附属设备，确保设备平稳运行。（1）减速箱应半年定期检查 1 次；对于运行频图 32 只大辊子导向架图 4导向轮改进前后对比图 5盘体开档调整现场（a）改进前（b）改进后（下转第 38 页）港口科技 港口机械34繁的电缆卷筒，建议 3 个月检查 1 次。检查运转声音、轴承工作温度等，如发现有异常噪声，需开箱检查。开箱后如发现齿面有显著磨损、磕痕、胶合现象，必须更换零件。更新的零件必须经过跑合和负载试车，在无严重噪声和温升正常的情况下才能正式使用。（2）整台驱动装置与主机底座连接螺栓、卷简连接螺栓等重要位置之间的紧固件应定期（每 6个月）检查是否有松动、脱落、断裂等现象。如有应及时更换并分析原因。（3）监视电动机负载电流。电动机发生故障时大都会使定子电流剧增，长时间运行便会导致电动机过热。电动机的负载电流一般不应超过铭牌上所规定的额定电流。同时，可利用变频器的电子热保护功能对电动机实行过流保护。（4）注意电动机的气味、振动和噪声。绕组因温度过高会发出绝缘焦味。当发生此故障，特别是机械故障时，很快会出现振动和噪声。因此，在闻到焦味或发现不正常的振动或碰撞声，如特大的嗡嗡声或其他杂声时，应立即停机检查。3结语卸船机电缆卷取装置在运行过程中普遍存在损电缆导向轮磨损较快、电缆外皮磨损、频繁松缆等问题，严重影响电缆卷取装置的正常运行，通过定期保养和技术改造解决电缆卷取装置性能降低造成的卸船机整体运行性能下降问题，进而提高卸船机作业效率。P3ni=1Vi=0.75（Di2-di2）Li1.4抓斗润滑管路设计由于大吨位抓斗外形尺寸偏大、销轴分布较散，为避免距离润滑泵较远的销轴润滑管路过长，导致沿程阻力过大、末端润滑不足，须在润滑泵出口处加装定量分配阀块。抓斗工作环境恶劣，为避免抓斗工作时外界碰撞润滑管路，可采用以下 2种方式对润滑管路予以防护。（1）管路外侧覆盖保护罩。对于布置在斗体大弯板外侧的管路，或布置在撑杆面板外表面的管路均可采用焊接槽钢的方式予以保护。该方式操作简单，但要求管路布置平整无弯曲。（2）管路布置借用抓斗现有零件结构。对于主销轴和上撑杆销轴润滑，均可借用销轴本体，通过在销轴上加工油道的方式实现本体和其他零件润滑。另外，由于抓斗使用中开闭频繁，为避免硬管反复弯曲疲劳断裂，对于旋转部位可采用胶管连接。布管要横平竖直、整齐美观。尽量减少拐弯或小角度弯管，采用大圆弧，从而减少油脂流动阻力。对于主销轴和大弯板大角度转动部位，应预留足够长度的胶管。1.5机构可靠性设计抓斗在码头装卸作业时处于高空，码头地面又有作业人员和物料输送车辆往来，抓斗作业过程中机械泵的连杆机构跟随抓斗开闭作高频次摆动，为避免机构运动过程中零件脱落造成码头现场人员、财物损伤，需注意以下 4 点：（1）转动部位应焊接可靠，并预留转动间隙，避免抓斗作业时抓斗带载晃动或与船体磕碰导致连杆卡死。（2）由于机械泵固定在撑杆上，超出撑杆外轮廓，易与船体磕碰，故需加强机械泵筒体结构强度，避免抓斗作业中筒体损坏。（3）抓斗插入物料时，由于物料的反作用力，抓斗承受的振动反作用力较大，应注意机械泵各固定螺栓在振动作用下的防松脱。（4）由于机械泵布置在滑轮组附近，为避免抓斗落料时钢丝绳散出滑轮与连杆机构缠绕在一起，须在连杆机构靠近滑轮侧增加防护装置。2结语无动力自动润滑系统具有以下 3 个优点：一是可实现抓斗作业与维护保养同步进行、无人值守，避免抓斗维护保养影响码头装卸作业，提升码头作业效率。二是连续不间断带压对销轴供油，可避免抓斗装卸作业环境中的物料进入销轴油道，也可将进入油道内的杂质挤出油道。三是自动润滑系统结构简单可靠，且抓斗润滑油量可根据现场使用情况调整，使用过程中无须单独的动力输入，解决了传统润滑方式存在的一些使用问题。（4）港口科技 港口机械（上接第 34 页）38