蔡有高 萬吉祥 李 祥 李 寒 李玉鋒

（華能（福建）海港有限公司，福建 福州350602）

四卷筒橋式卸船機是世界上廣泛應(yīng)用的散料卸船機械之一，技術(shù)趨于成熟、可靠，在實際作業(yè)過程中，受外界因素影響較小，維修工作量小。在船舶行業(yè)逐漸向大型化方向發(fā)展，在運輸能力上提出更高層次的要求。因此，相關(guān)人員利用行星差動結(jié)構(gòu)傳動特點，制造了一種純機械的邏輯運算器，確保在任何運動狀態(tài)下，實現(xiàn)運動保護(hù)，合理化地運用電氣調(diào)速控制技術(shù)，提升卸船機操作性能。

1 關(guān)于差動形式卸船機分析

傳統(tǒng)卸船機上的小車運行、抓斗升降、抓斗開閉需要三套傳動系統(tǒng)，通過技術(shù)改造之后，轉(zhuǎn)變?yōu)樗木硗矘蚴阶ザ贩绞?，通過使用行星差動減速器、四只卷筒、起升開閉電機等，可有效實現(xiàn)對差動形式的控制，簡化結(jié)構(gòu)、減輕重量。通過卸船機上的小車進(jìn)行運動，衍生出更加新穎的四卷筒牽引方式。四卷筒機械形式差動卸船機的核心技術(shù)是行星差動減速器的運用，基于卸船機械船能力不斷提升的前提下，行星差動減速器制造難度加大。基于此背景下，電差動形式的卸船機誕生，在非行星減速箱驅(qū)動支持下，形成的由四臺電機組成的四個卷筒，運用電控方式，驅(qū)動每個電機帶動相對應(yīng)的減速器進(jìn)行的卷筒運動，其工作原理類似于機械差動形式運動。四卷筒機電差動卸船機上，小車通過獨立運動，對電機進(jìn)行驅(qū)動，通過將差動減速箱上安裝凸輪限位裝置，實時進(jìn)行檢測和保護(hù)，與小車運行互不干擾[1]。相關(guān)研究人員，通過參考機械差動卸船機起升、抓斗、開閉動作的保護(hù)，為實現(xiàn)小車獨立運動，安裝了凸輪限位保護(hù)裝置，加強對指令信號的保護(hù)，從而監(jiān)測卸船機起升、開閉動作是否處于安全狀態(tài)下。

2 四卷筒差動小車牽引機構(gòu)工作原理及電差動四卷筒驅(qū)動機構(gòu)

2.1 工作原理

四卷筒差動小車牽引機構(gòu)由四個卷筒組成，兩個為起升卷筒、兩個為開閉卷筒，通過將起升鋼絲繩與前開閉鋼絲繩繞出卷筒，經(jīng)過塔架滑輪等裝置連接到抓斗；后起升鋼絲與后開閉鋼絲同樣從卷筒繞出，經(jīng)過后大梁改向滑輪連接抓斗的開閉段，確保最終實現(xiàn)對小車的驅(qū)動。具體的結(jié)構(gòu)（如圖1 所示），四卷筒電差動卸船機在具體運行過程中，利用小車和四卷筒實現(xiàn)抓斗的起升和開閉，整個運動過程簡單，鋼絲繩用量和滑輪數(shù)量少，在抓斗和鋼絲繩更換上更加便捷，一定程度上減輕了小車移動荷載。相關(guān)人員在具體設(shè)計四卷筒小車牽引機構(gòu)過程中，需要科學(xué)計算電機功率。小車在運動過程中，涉及到阻力限制，包括摩擦阻力L11、風(fēng)載荷L12、起升繩僵性以及滑輪的摩擦阻力L13、坡道載荷L14、加速載荷L15等，在具體的計算方式，以實例進(jìn)行分析，比如一臺10×105kg/h 卸船機來說，已知的前提條件為小車運行質(zhì)量（T）2000kg、額定的載荷（L）為9000kg、抓斗和起升質(zhì)量（T）為8200kg、小車的運行速度（V）為200m/min，載荷加速時間（t1）為6s、機構(gòu)效率（u）為0.95、電機過載因素（P0）為4[2]。因此，根據(jù)已知條件進(jìn)行計算，可得出小車的摩擦阻力，根據(jù)風(fēng)壓可計算出風(fēng)載荷因數(shù)，進(jìn)而確定小車最終的運行功率。

圖1 四卷筒差動小車牽引機構(gòu)圖

2.2 電差動四卷筒驅(qū)動機構(gòu)

基于電差動四卷筒驅(qū)動機構(gòu)，性能優(yōu)勢顯著，逐漸代替了傳統(tǒng)的差動減速器，為具體的項目運行，有效控制了成本，通常情況下，電差動卸船機的起升、開閉機構(gòu)由電動機作為驅(qū)動，在減速器限位輸出軸位置安裝1:1 的分動箱，并安裝絕對值編碼器和凸輪限位，進(jìn)而實現(xiàn)電氣系統(tǒng)對卷筒轉(zhuǎn)速和圈數(shù)信息的控制。

2.3 卸船差動減速器結(jié)構(gòu)

當(dāng)出入軸轉(zhuǎn)速確定后，再次輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)為自由度減速器，具體特征表現(xiàn)為箱體上存在三根軸，待輸入的軸轉(zhuǎn)速確定后，會出現(xiàn)兩個自由度減速器，稱之為差動減速器，可按照要求控制運動形式，實現(xiàn)運動分解和合成。差動減速器的主要構(gòu)成為齒軸、齒輪、太陽輪、行星輪、箱體等，容易散熱和潤滑，在具體的工況中，易裝配、易拆卸，可有效提升設(shè)備的運行質(zhì)量[3]。當(dāng)小車在電機在運轉(zhuǎn)過程中，通過輸入小車的轉(zhuǎn)速，可有效帶動行星輪的運轉(zhuǎn)，對輸入軸進(jìn)行固定，提升電差動卸船機穩(wěn)定運行效果。

3 電差動卸船機凸輪限位保護(hù)機械結(jié)構(gòu)邏輯運算器

3.1 差動減速器凸輪限位檢測裝置

電差動減速器電氣程序，實現(xiàn)對機械差動卸船機的起升、開閉機構(gòu)控制，加強對卸船機上小車機械結(jié)構(gòu)的保護(hù)。相關(guān)研究人員，在具體試驗過程中，加強對電差動卸船機凸輪限位的保護(hù)測試，將凸輪限位系統(tǒng)以海陸側(cè)卷輸出方式，作為系統(tǒng)的輸入值，通過差動行星減速器實現(xiàn)對機械邏輯的運算，最終實現(xiàn)凸輪限位與減速器輸出軸的連接，并在電差動卸船機凸輪限位保護(hù)過程中，有效控制運轉(zhuǎn)速度和運轉(zhuǎn)方向，更好監(jiān)測和保護(hù)海陸側(cè)卷筒的起升保護(hù)。相關(guān)研究人員為提升電差動卸船機差動監(jiān)測功能，積極設(shè)計和研發(fā)鏈輪差動減速器凸輪限位檢測裝置，并以鏈條形式，控制卷筒旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和旋轉(zhuǎn)的方向，通過在差動減速器上配套安裝凸輪限位和絕對位置編碼器，可精確計算出圈數(shù)的變化，并實時將絕對編碼器采集到的信息數(shù)據(jù)傳遞給電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備硬件的保護(hù)。

3.2 行星差動傳動原理

相關(guān)研究人員研發(fā)的一種電差動卸船機為保護(hù)機械結(jié)構(gòu)邏輯運算器，確保實現(xiàn)對限位系統(tǒng)輸入信號的保護(hù)，實時控制卸船機的抓斗起升、開閉動作的變量值?；谶壿嬤\算器本身是一種機械結(jié)構(gòu)，通過在卷筒中輸入卷筒的不同運動方式，實現(xiàn)對凸輪限位系統(tǒng)的輸入。電差動卸船機在具體運行過程中，需要在行星減速器的控制下，實現(xiàn)對機械機構(gòu)的保護(hù)。就行星差動傳動原理來看，行星傳動裝置是由一系列的齒輪構(gòu)成的，在各個齒輪周轉(zhuǎn)過程中，存在兩種不同的運行方式，一是行星齒輪輪系，二是行星差動輪系。相關(guān)研究人員在實踐研究中發(fā)現(xiàn)，行星差動具備兩個獨立運動的主動構(gòu)件，確保實現(xiàn)系統(tǒng)的正常運動。行星差動傳動是行星齒輪傳動的特殊形式，在具體運動和功率傳輸過程中，行星差動傳動需要按照一定的要求對輸入的功率和主動運動進(jìn)行分解傳遞。在具體工況下，通過、行星差動傳動，可有效解決調(diào)速和驅(qū)動問題。

3.3 機械結(jié)構(gòu)邏輯云計算器

相關(guān)研究人員，通過實踐分析發(fā)現(xiàn)，從一個基本構(gòu)件輸入運動，行星差動輪系可分解成兩個構(gòu)件運動和輸出的方式，基于此，相關(guān)研究人員設(shè)計和制造出具有差動功能的齒輪箱，確保更加靈活地控制卸船機的起升、開閉運動，充分發(fā)揮出機械結(jié)構(gòu)邏輯運算器的功能。卸船機核心工作機構(gòu)是起升、開閉和小型牽引機構(gòu)，主要控制了抓斗的起升、開閉和小車運行狀態(tài)，常規(guī)的四卷筒橋式卸船機（如圖2 所示），小車牽引機構(gòu)采用四卷筒結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)差動功能的運用，具體（如圖3 所示），兩臺行星差動減速機，通過控制電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)抓斗起升/開閉及小車運動，通過齒輪之間的聯(lián)動，更好高效、可靠地應(yīng)用在實際的工作場景中。

3.4 電差動機構(gòu)傳動方案

圖2 橋式卸船機

圖3 小車牽引差動機構(gòu)纏繞

齒輪在傳動系統(tǒng)中，傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比較大等優(yōu)勢作用，在功率分流作用下，可減輕單個齒輪的受力，降低了齒輪件的嚙合力，在差動機構(gòu)中，會在沒和減速箱中配備兩個功能包，進(jìn)而實現(xiàn)減速功能，并在每個功能包中配備一個行星輪系，促進(jìn)減速機和齒輪之間的嚙合，更好完成物料抓斗，當(dāng)卸船機抓斗在起升、關(guān)閉時，通過、太陽輪完成內(nèi)齒圈的制動；在小車運行過程中，通過齒圈輸入實現(xiàn)太陽輪的制動，在開閉機運行期間，小車電機不開啟，則小車不會運行，開啟電機，則小車開始運行，可將開閉電機轉(zhuǎn)速設(shè)定為n 開,前提條件為n開=n9，將開閉卷筒轉(zhuǎn)速設(shè)定為N開閉，已知條件為nH=N開閉, 轉(zhuǎn)速單位為r/min,將齒輪的齒數(shù)設(shè)定為Zi，通過運算則得到太陽輪7 與行星架H 的傳動比設(shè)定為：

4 結(jié)論

綜上所述，通過分析電差動減速器凸輪限位檢測裝置、行星差動傳動原理、機械結(jié)構(gòu)邏輯云計算器、電差動機構(gòu)傳動方案等方面，相關(guān)研究人員，設(shè)計、制造出可以應(yīng)用于四卷筒機械形式的差動卸船機，為行星差動應(yīng)用，提供了可靠的機械保障，為電差動形式的卸船機應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。因此，相關(guān)研究人員，需要進(jìn)一步加強對四卷筒橋式電差動卸船機的研究和探討。