大型龙门起重机角度纠偏装置的应用及检验分析_宋春波.pdf

86/2023 年第 12 期INSTALLATION AND COMMISSIONING安装调试大型龙门起重机角度纠偏装置的应用及检验分析宋春波 刘晓超南通中远海运川崎船舶工程有限公司 南通 226000摘 要：龙门起重机纠偏系统是大车行走最关键的控制系统之一，影响大车啃轨程度和驱动性能，也关乎大车运行和联机抬吊的安全。文中以角度纠偏装置为例，阐述了该装置各个组成及纠偏原理，详细说明了联机抬吊过程中出现的问题及改进措施，并对纠偏装置的试验、使用及检验给出指导，为类似装置的应用提供借鉴。关键词：角度纠偏装置；纠偏精度；空行程；检验中图分类号：TH213.5 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2023）12-0086-05Abstract:The deviation correction system of gantry crane is one of the most critical control systems of the traveling mechanism of the cart,which not only affects the rail gnawing and driving performance of the cart,but also concerns the safety of the cart operation and online lifting.Taking the angle deviation correction device as an example,the structure and deviation correction principle of the device are expounded,the problems and improvement measures in the online lifting process are explained in detail,and guidance is given on the test,use and inspection of the deviation correction device,which provides reference for the application of similar devices.Keywords:angle correction device;deviation correction accuracy;idle stroke;test0 引言大型龙门起重机一侧为刚性腿，与主梁为刚性焊接结构；另一侧为柔性腿，与主梁由柔性铰连接。由于两侧支腿受载不同、车轮制造及安装精度误差、大车轨道安装状态偏差以及影响较大的风阻对 2 腿的差异等原因造成 2 腿行走阻力不同，从而导致刚、柔性腿行走机构不同步而产生偏斜。设计的柔性铰装置虽能释放柔性腿附加弯矩和吸收两侧门腿行走机构不同步产生的扭转力矩，但 2 腿偏斜超过一定数值后会加剧大车啃轨，使机构运行阻力增加，降低变频器及电动机使用寿命，严重时会使主梁、腿钢结构件受力出现异常甚至屈服变形，影响起重机的使用安全性。因此，对于轨距远超过国标建议值40 m的龙门起重机，在设计时应设置纠偏装置1。1 角度纠偏装置概述目前，国内大部分造船厂的龙门起重机采用大车行走自动纠偏方案，以下部纠偏为主（纠偏随动轮+编码器）上部纠偏为辅（纠偏显示或控制），但下部纠偏随动轮编码器检测易受到轨道安装精度、轨道基础压溃而轨道下沉变形、轨道啃轨受力后的侧弯、船坞坞口基础上浮等直线度偏差及检测机构配合间隙的影响，且大车行走位置校准感应块也会受地面厂用车辆搬运、人员通行等碰坏，造成纠偏精度差或纠偏失灵2。本文所述专用角度纠偏（检测）装置安装在柔性铰的位置，以上部纠偏为主，通过绝对值旋转编码器来测量主梁和柔性腿偏斜的相对角度，再将信号反馈到 PLC 处理器用以调整电动机转速，从而使刚性腿、柔性腿同步，以便达到纠偏的目的。如图 1 所示，上部纠偏的角度纠偏装置由传动臂、拨杆、摆杆、摆杆铰点销轴装配、编码器装配和位于四角的 4 个（极限）限位开关等组成，其安装方向与轨道方向的夹角为 35。宋春波，刘晓超.大型龙门起重机角度纠偏装置的应用及检验分析 J.起重运输机械，2023（12）：86-90.引 用 格 式872023 年第 12 期/INSTALLATION AND COMMISSIONING安装调试 1.上传动臂 2.下传动臂 3.拨杆 4.摆杆铰点装配5.摆杆 6.编码器装配 7.安装底架 8.限位开关图 1 角度纠偏装置侧视及俯视图当龙门起重机刚、柔性腿大车运行时，2 腿前后偏斜包含双主梁水平、拱度或扭曲、柔性腿弯曲、刚性腿弯曲或扭曲、刚性腿与主梁结合的上部相对大车轨道方向扭转(角)引起的变形量、大车车轮与轨道侧面间隙、高频使用的轨道基础压溃而支承不实引起刚性腿上部轨道线方向前后倾斜等的偏移量3。本文综合考虑龙门起重机车轮与轨道总侧面间隙、大车基距换算的大车与轨道的偏斜（角）度 1.7。在常规设计龙门起重机电气纠偏控制的工作精度中，2 腿偏斜在大车轨距的 1以内时纠偏装置不动作；2 腿偏斜在大车轨距的1 2时纠偏装置进行自动纠偏；2 腿偏斜在大车轨距的 2 3时纠偏装置快速纠偏，同时在司机室发出相关警示；2 腿偏斜达到或稍大于大车轨距的 3时纠偏装置软限位控制使大车停止，并在司机室发出声光报警，此时只能通过手动操作点动柔性腿进行纠偏4；2 腿偏斜超过大车轨距的 3时机械（极限）限位检测控制，也会让大车紧急停止。纠偏精度对大车钢结构、驱动而言，越高越有利。2 存在的问题及解决措施2.1 存在的问题2021 年 8 月，某公司陆侧、江侧的 2 台 800 t 双主梁龙门起重机在联机抬吊 1 440 t 作业，在上下小车由主梁中心向刚性腿侧移动至接近减速停止限位后，观察到其中的江侧龙门起重机纠偏（显示）数值由原来的 144 mm 增大了 288 mm，累计纠偏显示值达到 432 mm，接近大车停止电气保护标准值 480 mm（大车轨距160 m 的 3）。龙门起重机的纠偏精度受到 2 台起重机各自纠偏误差（工作精度）的相互干扰，即 2 台起重机的主梁不平行度大，（2 台起重机上下小车轨道在刚性腿处）主梁间距变大，联机的 4 个小车从柔性腿侧同步移动到接近刚性腿侧，联机抬吊的分段（质量）在主钩钢丝绳、吊索一定不垂直的内倾角影响下，使 2 台起重机的双主梁相互靠近，导致检测的纠偏值出现较大变化，若大车运行便会引起误纠偏（见图 2），故应对角度纠偏（检测）装置重新进行全面检查、研究和改善。1.下小车 2.上小车图 2 2 台 800 t 龙门吊联机抬吊示意图首先，对 2 台起重机角度纠偏（检测）装置定位尺寸进行检查和设计图纸复核。发现其实际结构尺寸、相对位置与设计图纸都有偏差（2 台起重机工程项目在不同时间段安装、调试，存在施工不一致）。在设计图纸中，摆杆铰点销轴中心距拨杆（杠杆力臂）为 50 mm，测量 2 台起重机此处的实际安装间距分别为 55 mm、60 mm，检测信号的机械杠杆放大比例偏小且不一致，分别偏差 10%、20%，从而导致输入性的纠偏灵敏度不一致，影响 2 台起重机的单机、联机纠偏灵敏度（纠偏检测、执行滞后）和工作精度（纠偏误差分别为轨距的0.1 0.3、0.2 0.6）。另外，纠偏装置的水平安装角度在轨道线方向的角度不足 35，存在施工安装误差。其次，角度纠偏（检测）装置机构中的拨杆与杠杆的滑槽间隙、摆杆铰点间隙引起纠偏检测出现空行程误差，影响纠偏装置的检测精度。在起重机频繁使用过程中，刚柔性腿、主梁受阳光照射温度、小车位置、载荷88/2023 年第 12 期INSTALLATION AND COMMISSIONING安装调试大小及运行振动等原因，也会导致角度纠偏装置检测误差。从双主梁拱度（200 mm）对轨距 160 m 的刚柔性腿纠偏装置误差的影响分析，吊重后拱度减小，会导致编码器检测产生转动角度，其对上部纠偏的角度纠偏误差的影响理论上最大可达到 2.5（设计额定吊重拱度减小约 1）。当小车处于大梁中间位置时，尤其是吊重状态下，主梁拱度变小，纠偏检测机构中的拨杆推动摆杆逆时针转动，使摆杆与轨道偏角大于 35，误检测认为柔性腿偏向前方或后方；当小车向刚性腿或柔性腿移动时，拱度变大，拨杆拉动摆杆顺时针转动，使摆杆与轨道偏角小于 35，误检测认为柔性腿偏向后方或前方。另外，在此次联机抬吊过程中，上下小车向刚性腿侧移动，误纠偏又会加剧 2 台起重机大梁平行度超差；水平方向风力对刚性腿、分段质量不对称影响，将进一步造成纠偏失准。2.2 解决措施首先，为了减少 2 台起重机纠偏系统的检测误差，应从纠偏控制（纠偏检测）源头上提高角度纠偏检测灵敏度和工作精度（准确度）。按照机构的设计图纸，将 2 台起重机的角度纠偏装置机构的摆杆铰点销轴中心距拨杆距离（力臂为 55 mm、60 mm）全部调小到 50 mm，提高了机械杠杆放大比例；在电气检测的纠偏角度、刚柔性腿偏斜控制换算比率相同的情况下，增加了纠偏的灵敏度（10%、20%）和工作精度。按照龙门起重机轨距 160 m 的 1开始纠偏计算，可解决纠偏检测、纠偏执行滞后的问题，即分别减少了 2 台起重机的纠偏初始误差 16（48）mm、32（96）mm。将角度纠偏装置安装位置按照设计图纸（与轨道线夹角 35）定位尺寸进行整改，调整时先将纠偏装置点焊定位，在进行纠偏试验（包括编码器调零、限位开关调整）验证后再对装置安装底架可靠焊接，然后对摆杆铰点检查、润滑维护。另外，对拨杆进行正公差重新制作更新，将 2 台起重机拨杆与摆杆槽（接触磨损后）的总配合间隙分别缩小 0.8 mm、0.9 mm，可减小拨杆与摆杆槽的左右总传动间隙（转动力臂50 mm），系统性角度误差减少了0.5以上。通过减少空行程误差，原理上相当于减少了反映在 2 腿的最大偏斜偏差 80 mm 以上，大幅提高了角度纠偏装置的检测精度。在角度纠偏装置中，机械杠杆机构在目前零件尺寸、装配位置不干涉情况下的最小力臂为 50 mm，认为该装置中拨杆与摆杆槽的传动间隙是影响纠偏精度的重要因素，确定为点检维护重要项目，应继续缩小传动间隙。每台龙门起重机共有 88 个车轮（刚性腿 48 个、柔性腿 40 个；风力下最大工作轮压为 77 t、非工作状态最大轮压为 90 t），整改后观察行驶的大车车轮啃轨（存在接触痕迹）轮缘数，尤其是刚性腿侧，明显减少 20%以上。在同样装有轨道涂油轮润滑轨道的条件下，未出现以往发生过的（轮缘与轨道摩擦产生金属屑）严重啃轨状态。当吊机进锚定时，插板锚定可以一次到位插入，减少了单动腿的频次。另外，降低了（吊重状态下）大车车轮啃轨程度，减少了大车行驶阻力，降低了车轮调心轴承的轴向力，可延长台车车轮及轴承的寿命，改善大车平衡梁耳板的受力状态，降低裂纹出现的风险，同时延长驱动变频器及电动机寿命。为了减少或消除主梁拱度对角度纠偏（检测）装置的几何不对称影响，计划将装置由现在安装位置（图 3中的原位置）转移到沿主梁长度方向的位置5（图 3 中的调整后的位置）。由此，梁承载后的拱度变化、柔性铰压缩对角度纠偏检测的影响会降低到最小，使得纠偏装置只对刚柔性腿不同步做出反应，提高了角度纠偏（检测）装置的工作精度。图 3 角度纠偏装置位置调整示意图892023 年第 12 期/INSTALLATION AND COMMISSIONING安装调试3 角度纠偏试验及调整由于纠偏的工作精度差加重了车轮啃轨的程度，增加了钢结构件的工作应力，也增加了电气驱动故障和驱动能耗。因此，需对纠偏检测装置定期试验检查，规定为每半年 1 次。3.1 机构及连接检查从柔性铰到编码器的传动机构须全面检查，如图 4所示，拨杆、摆杆、铰点装配、编码器装配等应连接可靠，做好紧固、防锈、清洁、润滑，确认手推拉拨杆的空行程显示值变化是否在 60 mm 以内（如空行程大，应及时消除）；检查编码