步澤宇

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

港口起重機(jī)隨著港口需求逐步向大型化發(fā)展，最大的3E-PLUS岸橋，其結(jié)構(gòu)前伸距80m，后伸距30m，起升高度54m，雙吊具下載荷120t，鋼絲繩下最大的起重量可達(dá)160t。岸橋在作業(yè)時(shí)，隨著起升和小車的加速過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)附加的載荷。在岸橋滿載運(yùn)行期間，瞬時(shí)載荷會(huì)大于實(shí)際的額定載荷，瞬時(shí)載荷可達(dá)額定載荷的110%～130%。隨著岸橋載荷重量的不斷升級(jí)，重量傳感器的有效保護(hù)設(shè)定上，不僅需要保證岸橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、防止避免結(jié)構(gòu)變形、鋼絲繩斷裂、吊具傾覆、人員傷亡等安全事故的發(fā)生，同時(shí)也需要保證岸橋的順利作業(yè)，避免無(wú)謂的停機(jī)故障，所以對(duì)重量傳感器的保護(hù)值的設(shè)定研究具有一定的實(shí)際意義。

1 安裝形式對(duì)于岸橋重量傳感器的受力影響

岸橋的重量傳感器通常安裝在前大梁的滑輪位置，通過(guò)起升鋼絲繩的纏繞，將吊具鎖頭上的受力情況轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)與控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。根據(jù)不同的滑輪的安裝形式，重量傳感器可以分為壓式傳感器、均衡滑輪形式（銷軸）以及銷軸傳感器。

單根鋼絲繩與重量傳感器的傳力比率為：ilc=F/g，F(xiàn)=重量傳感器的載荷，g=單根鋼絲繩上的載荷。根據(jù)滑輪與重量傳感器的安裝位置的不同，壓式傳感器比率：ilc=0.45，均衡滑輪形式（銷軸）比率ilc=1.41，銷軸傳感器比率ilc=1，其中根據(jù)重量傳感器與吊具鎖頭的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖1），以及吊具上架滑輪纏繞方式，Gi=2gi（單個(gè)吊具鎖頭的受力等于2倍的單根鋼絲繩受力）。

2 銷軸式重量傳感器不同吊載情況下的受力分析

2.1 吊具的載荷情況

圖1 吊具鎖頭與前大梁重量傳感器的對(duì)應(yīng)圖

岸橋起升鋼絲繩下的載荷由吊具自重、上架自重、鋼絲繩自重以及吊具額定載荷4個(gè)部分組成。即在起升鋼絲繩下載荷=吊具自重+上架自重+鋼絲繩重量+吊具額定載荷。當(dāng)?shù)蹙咄ㄟ^(guò)纏繞油缸做傾回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，載荷的重心隨吊具角度的變化而偏移，形成上架鋼絲繩的偏載受力。以單箱梁吊具下最大額載65t項(xiàng)目為例，其上架滑輪縱向開(kāi)檔L=5300mm，橫向開(kāi)檔T=1060mm。單箱20英尺模式下，縱向偏心距=610mm；單箱40/45英尺與雙箱20英尺模式下：縱向偏心距=1220mm；橫向偏心距均為230mm。吊具自重、上架自重、鋼絲繩總自重約等于20t；單箱20英尺：額定載荷32.5t；單箱40/45英尺：額定載荷51t；額定載荷65t。

通過(guò)利用偏心力公式：

可以計(jì)算吊具偏心值在最大情況下，鋼絲繩的靜態(tài)最大偏載載荷。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其動(dòng)態(tài)載荷IMP=沖擊系數(shù)Ψ×靜態(tài)載荷，其中沖擊系數(shù)Ψ=1.25，可以獲得鋼絲繩與結(jié)構(gòu)最大可以承受的掛倉(cāng)力Fsn=gmax×Ψ。在重量傳感器選型時(shí)，應(yīng)該保證重量傳感器的檢測(cè)最大受力的量程F需要大于1/2×Fsn，避免在實(shí)際使用過(guò)程中超行程，以致無(wú)法使用。

2.2 海陸側(cè)偏載情況的分析

在重量傳感器保護(hù)設(shè)定值中，有碼頭會(huì)要求增加海陸側(cè)偏載值的保護(hù)。岸橋駕駛員為提高作業(yè)效率，通常會(huì)采用小車與起升聯(lián)動(dòng)，形成集裝箱拋物線形式作業(yè)的情況。在滿載情況下，起升和小車在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)載荷會(huì)過(guò)大。以致因?yàn)樾≤嚺c起升聯(lián)動(dòng)情況下，非常容易造成偏載故障的發(fā)生。如果海陸側(cè)偏載依舊簡(jiǎn)單的利用乘以沖擊系數(shù)Ψ計(jì)算，可能發(fā)生保護(hù)設(shè)定超程的情況，以致影響用戶的實(shí)際作業(yè)?；诖?，需要對(duì)海陸側(cè)偏載進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，利用對(duì)岸橋進(jìn)行作業(yè)測(cè)試，在SIMATIC/Step7內(nèi)增加邏輯塊，對(duì)海陸側(cè)偏載實(shí)際進(jìn)行記錄監(jiān)控，其邏輯塊如圖2所示。

其中DBD192為作業(yè)中瞬時(shí)海陸側(cè)的偏載力，DBD196為作業(yè)中出現(xiàn)的Max的海陸側(cè)偏載力，當(dāng)DBD192大于DBD196并持續(xù)2000ms后，通過(guò)MOVE，將DBD192賦值到DBD196，以保持DBD196始終為作業(yè)中最大的海陸側(cè)偏載力。經(jīng)過(guò)24h耐久滿載模擬作業(yè)，可以獲得實(shí)際作業(yè)中海陸側(cè)偏載的最大力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，海陸側(cè)實(shí)際偏載范圍在37～40t之間，大于動(dòng)態(tài)計(jì)算最大偏載值35.28t。因此，可以發(fā)現(xiàn)岸橋在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，海陸側(cè)偏載瞬時(shí)超載會(huì)有很大概率發(fā)生超出保護(hù)設(shè)定值的情況。

基于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果，如果完全按照理論計(jì)算，對(duì)海陸側(cè)偏載的保護(hù)值進(jìn)行設(shè)置設(shè)定，有很大可能會(huì)造成作業(yè)中的停機(jī)故障。對(duì)于這樣的情況，有以下幾種解決方案。

圖2 海陸側(cè)偏載最大值記錄邏輯塊

（1）常規(guī)65t岸橋，對(duì)海陸側(cè)偏載通過(guò)增加延時(shí)設(shè)定（2000ms），降低海陸側(cè)偏載超保護(hù)量程的響應(yīng)時(shí)間，以避免在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生海陸側(cè)偏載誤動(dòng)作的情況。

（2）重量傳感器的保護(hù)設(shè)定一般應(yīng)用于集裝箱在起升運(yùn)行過(guò)程的離地瞬間。所以可以通過(guò)程序邏輯，增加海陸側(cè)偏載啟動(dòng)的條件，當(dāng)小車在海陸側(cè)運(yùn)行，且起升位置在安全區(qū)域范圍內(nèi)，可以對(duì)海陸側(cè)偏載保護(hù)進(jìn)行邏輯旁路。

（3）鑒于海陸側(cè)偏載的實(shí)際意義，主要是為了防止集裝箱在船艙內(nèi)掛倉(cāng)，造成的瞬時(shí)力矩過(guò)高，岸橋應(yīng)配置后大梁油缸掛倉(cāng)保護(hù)，并利用單角過(guò)載電子瞬時(shí)保護(hù)，作為掛倉(cāng)的前置保護(hù)動(dòng)作。有效防止掛倉(cāng)的情況發(fā)生。

3 重量傳感器放大器PAT/DS120的參數(shù)設(shè)定

3.1 重量傳感器放大器DS120的簡(jiǎn)單介紹

可編程放大器（DS120）的作用是通過(guò)讀取重量傳感器的數(shù)據(jù)模擬量信號(hào)，通過(guò)PSA將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為物理變量，以便進(jìn)行進(jìn)一步的處理。物理變量可以用來(lái)執(zhí)行各種函數(shù)計(jì)算與比較等功能，以便對(duì)重量傳感器的保護(hù)值進(jìn)行設(shè)定，并且PSA本身提供了繼電器的硬件觸點(diǎn)，可以直接對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)行進(jìn)行控制。同時(shí)，可以提供以模擬輸出電壓作為輸出，作為主控程序的輸入信號(hào)，配合主控程序，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。DS120的工作原理是從重量傳感器取樣輸出信號(hào)0～8VDC或是4～20mA數(shù)值，通過(guò)A/C converter 轉(zhuǎn)換器，提供0～4095物理值輸出，線性的對(duì)應(yīng)所需監(jiān)測(cè)的重量，再通過(guò)軟件點(diǎn)，對(duì)重量限制進(jìn)行設(shè)置，利用繼電器的開(kāi)關(guān)點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

3.2 DS120的重量傳感器保護(hù)值設(shè)置

DS120調(diào)試過(guò)程的主要設(shè)定步驟分為以下幾點(diǎn)，第一步，通過(guò)A/D -Alignment菜單，對(duì)重量傳感器的模擬量輸入和物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。第二步，通過(guò)Analog Inputs，從重量傳感器物理量數(shù)值，根據(jù)實(shí)際反饋并在頁(yè)面選擇物理量的sensor type，對(duì)重量傳感器的輸入變量進(jìn)行定義。第三步，通過(guò) Calculation Module，根據(jù)偏載與超載保護(hù)工況進(jìn)行運(yùn)算邏輯的設(shè)置，在Calculation中以校準(zhǔn)后的Analog為輸入值，運(yùn)算邏輯可實(shí)現(xiàn)Addition、Subtraction、Multiplication、Division、Min、Max等多種運(yùn)算模式。第四步，在Switching points菜單中，可以設(shè)置輸入?yún)?shù)數(shù)值的類型、繼電器的控制選擇、限定重量的設(shè)置等功能，利用Analog Inputs數(shù)值與Calculation Module中的計(jì)算結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)重量傳感器的保護(hù)設(shè)置的功能。第五步，為了提供主控程序控制或重量顯示，需要將物理量轉(zhuǎn)為模擬量輸出給主控程序，需要通過(guò)D/A-Alignment 菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)，在菜單中，對(duì)物理量的輸出值進(jìn)行逐步調(diào)整，以便主控程序的顯示邏輯保護(hù)與DS120內(nèi)的保護(hù)值相匹配。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所論述分析的岸橋吊具偏載值是基于岸橋在靜態(tài)狀態(tài)下，因吊具傾回轉(zhuǎn)等動(dòng)作獲得了最大偏載力的設(shè)定參考值，對(duì)于岸橋在實(shí)際作業(yè)中的重量傳感器的保護(hù)值的設(shè)定具有很重要的參考意義，其中通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析海陸側(cè)的偏載情況，并且對(duì)重量傳感器配置管理器的原理及信號(hào)處理過(guò)程進(jìn)行了分析，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。