香港現(xiàn)代貨箱碼頭有限公司計(jì)劃改裝94 臺(tái)RTG，以電力驅(qū)動(dòng)取代柴油驅(qū)動(dòng)。在充分比較國(guó)內(nèi)港口“油改電”各種方案的優(yōu)劣之后，他們選定了低架安全滑觸線的供電方案。但該公司相鄰兩堆場(chǎng)的RTG 盲道間距大小不一，大多數(shù)間距嚴(yán)重不足，存在很大的安全隱患。基于此客觀原因，碼頭要求設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)盡可能窄，同時(shí)需提供完善的大車防走偏保護(hù)及自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，在滿足這些要求的前提下，RTG 轉(zhuǎn)場(chǎng)操作必須可靠簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)操作。在參與競(jìng)標(biāo)者提供的設(shè)計(jì)方案通過論證后，候選方案都按要求安裝一小段測(cè)試線供碼頭自行測(cè)試。在經(jīng)過幾個(gè)月的不間斷、不同操作者的實(shí)際測(cè)試后，法勒公司的VAHLE 新一代ERTG 方案被選定為*終方案。
1 新方案的基本原理
沿RTG 行駛軌道外側(cè)架設(shè)滑觸線供電線路和集電器小車軌道，在RTG上安裝VAHLE專門設(shè)計(jì)的自動(dòng)取電小車。當(dāng)RTG準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入堆場(chǎng)使用市電作業(yè)時(shí)，自動(dòng)取電小車根據(jù)檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)伸出，然后跟隨大車的向前走動(dòng)而使集電器平穩(wěn)地進(jìn)入滑觸線內(nèi)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，市電從滑觸線輸送到電動(dòng)RTG，電動(dòng)RTG沿滑觸線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)箱區(qū)的工作覆蓋，從而實(shí)行移動(dòng)供電。當(dāng)需轉(zhuǎn)場(chǎng)到其他箱區(qū)作業(yè)時(shí)，電動(dòng)RTG走到滑觸線端部，通過自動(dòng)取電臂控制系統(tǒng)，司機(jī)配合走大車切斷市電與電動(dòng)RTG 的聯(lián)系，改由機(jī)載柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)場(chǎng)完成后，工作動(dòng)力再切換為市電供電。這樣，電動(dòng)RTG 既保留了可以轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，又具備了軌道式場(chǎng)橋節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
VAHLE 新一代RTG供電方案的主要部件有模塊化圓管系統(tǒng)、集電器小車、伸縮臂、安全型滑觸線、控制和輔助器件等，見圖1。
2 機(jī)械設(shè)計(jì)**點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)
2． 1 地面鋼結(jié)構(gòu)采用獨(dú)特的模塊化的圓管設(shè)計(jì)與采用槽鋼結(jié)構(gòu)相比，圓管設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn):
( 1) 槽鋼受力不對(duì)稱，側(cè)向強(qiáng)度不高，而圓管在整個(gè)圓周方向都是對(duì)等的，從而使鋼結(jié)構(gòu)具有更好的抗變形能力，取電小車運(yùn)行更加平順。
( 2) 在設(shè)計(jì)參數(shù)相同的情況下，圓鋼管設(shè)計(jì)更加輕型化，從而為用戶節(jié)省投資。在RTG“油改電”項(xiàng)目中，鋼材成本占很大一部分，采用圓管設(shè)計(jì)，可以使整個(gè)項(xiàng)目的鋼材總用量大大降低。以2個(gè)200m背靠背堆場(chǎng)安裝的“T”型鋼結(jié)構(gòu)為例，使用槽鋼結(jié)構(gòu)，總用鋼量約為20 t，而采用VAHLE的圓管結(jié)構(gòu)，鋼材總用量約為15 t，降低20%以上。圓管系統(tǒng)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的無縫圓鋼管制造，規(guī)格為89×5×5 997，同時(shí)，向用戶免費(fèi)提供所有的設(shè)計(jì)圖紙，以便于進(jìn)行本地制造，從而進(jìn)一步降低投資。
( 3) 整套鋼結(jié)構(gòu)由3 種部件組成的，即導(dǎo)入結(jié)構(gòu)段、導(dǎo)出結(jié)構(gòu)段及6 m機(jī)構(gòu)分段。所有部件都在工廠預(yù)制好，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需用標(biāo)準(zhǔn)連接件把這3種部件按順序連接起來即可，節(jié)省寶貴的現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間，降低堆場(chǎng)施工對(duì)碼頭作業(yè)的影響。
2． 2 滑線采用2+2的布置方式
與4 根并排的布置方式相比，可以額外多提供50 mm 安全距離供RTG行走，這讓RTG在狹窄的盲道里行走多一份安全保障，同時(shí)也為RTG的現(xiàn)場(chǎng)保養(yǎng)或故障搶修提供更大的空間。
2． 3 圓鋼管既是滑線安裝支架的支撐桿，又是自動(dòng)取電小車的行走軌道圓形設(shè)計(jì)有利于輪子導(dǎo)向，不必額外安裝導(dǎo)向輪，使得集電器小車僅需要3個(gè)“DIABOLO”導(dǎo)向凹面輪( 同類集電器小車需12個(gè)輪子)。這既減少了故障的發(fā)生，又可以大大降低后期的維護(hù)成本。
2．4 VAHLE伸縮臂采用直汽缸進(jìn)行伸出與縮進(jìn)
與采用四邊形原理進(jìn)行伸出與縮進(jìn)相比，動(dòng)作更加平順，對(duì)接成功率更高，避免了集電器小車在自動(dòng)導(dǎo)入及導(dǎo)出過程中出現(xiàn)傾斜或位置偏差而導(dǎo)致事故發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)，這個(gè)過程不需要額外增加人員進(jìn)行監(jiān)控。兩節(jié)伸縮臂設(shè)計(jì)及伸縮臂與集電小車之間采用錨接方式，允許RTG垂直方向位置偏差范圍為±200mm，水平方向偏差范圍為±300mm，前后偏差范圍為±300mm。伸縮臂安裝所需空間小，所需要的安裝窗口僅為660mm×600mm，緊湊設(shè)計(jì)使得安裝非常容易，可直接安裝在RTG鞍梁下的空檔位置而不需要拆掉原有的理貨室或液壓站，機(jī)械改造成本非常低。
3安全型滑觸線
采用適用于港口設(shè)備的鋁基不銹鋼滑線，PVC－絕緣，防護(hù)等級(jí)為IP2X。*大連續(xù)電流:滑觸線型號(hào)為U35/600AE時(shí)為1000A;滑觸線型號(hào)為U35/230AE時(shí)為500A。*大電壓:配絕緣吊夾時(shí)為690V;配特殊絕緣吊夾(型號(hào)為UIM)時(shí)為900V。
集電器可根據(jù)實(shí)際電流需求配置雙頭、三頭或四頭，每150m配置1個(gè)2．5m長(zhǎng)的預(yù)制膨脹段，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工段要求對(duì)滑線進(jìn)行分段。
4電氣控制原理
在MTL改造項(xiàng)目中，采用一個(gè)集成觸摸屏功能的PLC來控制自動(dòng)臂的信號(hào)輸入與動(dòng)作控制，包括發(fā)動(dòng)機(jī)起/停控制、供電方式切換、大車防撞保護(hù)及自動(dòng)糾偏、信息顯示等。新加裝的系統(tǒng)只是通過電纜連接的方式與RTG進(jìn)行幾組必需的信號(hào)交換，保持RTG原有電控系統(tǒng)運(yùn)行的獨(dú)立性。具體如下:
自動(dòng)取電臂所有的信號(hào)集中在其主控制箱里，通過電纜連接把信號(hào)接入新增加的IO模塊里，從電氣房敷設(shè)1根光纜到司機(jī)室，通過這根光纜使新增加的PLC(帶觸摸屏功能)與電氣房IO模塊進(jìn)行通訊，在電氣房通過電纜直接與RTGPLC進(jìn)行信號(hào)交換，從而組成一套完整的控制系統(tǒng)。
4．1大車防走偏保護(hù)
大車防走偏系統(tǒng)能防止RTG碰撞到集裝箱或鋼結(jié)構(gòu)，在發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的原有兩個(gè)水平搖臂開關(guān)上面再安裝兩個(gè)水平搖臂開關(guān)(品牌均為Schmersal)。原有的兩個(gè)開關(guān)用來檢測(cè)保護(hù)樁，新安裝的兩個(gè)開關(guān)用來檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的下端圓鋼管。所有的開關(guān)設(shè)定根據(jù)各自的參考物設(shè)定相同的距離并串入原有的急停回路中。
4．2自動(dòng)糾偏
在大車兩側(cè)安裝兩個(gè)激光開關(guān)，用來檢測(cè)RTG與鋼結(jié)構(gòu)之間的距離。當(dāng)檢測(cè)到RTG不在設(shè)定的安全工作區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的糾偏信號(hào)給主PLC。此信號(hào)是一個(gè)模擬量輸出信號(hào)，是按照當(dāng)前RTG行走速度、偏離距離、大車加減速時(shí)間等數(shù)據(jù)模型計(jì)算出的數(shù)值，通過RTG－PLC中一側(cè)電機(jī)的速度反向給定，從而使RTG返回設(shè)定的安全工作區(qū)域。糾偏精度達(dá)到±10mm。除激光開關(guān)外，還可以采用內(nèi)置于自動(dòng)伸縮臂的角度編碼器來檢測(cè)大車的走偏角度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏。
在這個(gè)改造項(xiàng)目中，RTG與地面鋼結(jié)構(gòu)之間的距離不是相同的，而RTG又不可能固定于一種類型場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè)，這就要求保護(hù)系統(tǒng)能兼顧不同的安全保護(hù)距離，同時(shí)，由于司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)不同，新司機(jī)可能要求設(shè)定更窄的安全距離以確保操作安全。為了更加方便現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定保護(hù)距離，我們?cè)O(shè)計(jì)了專門的軟件，可以很方便地讀取當(dāng)前兩個(gè)開關(guān)的反饋位置，通過進(jìn)入帶密碼保護(hù)的維修畫面，按相應(yīng)的增減按鈕來設(shè)置大車的安全工作區(qū)域、報(bào)警區(qū)域及危險(xiǎn)區(qū)域。報(bào)警區(qū)域代表此時(shí)安全距離過小，通過蜂鳴器、大車限速及整個(gè)屏幕黃色閃爍來提醒司機(jī)注意，當(dāng)因某種原因RTG走偏進(jìn)入設(shè)定的危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，RTG在此方向禁止動(dòng)作，司機(jī)只能反方向操作。
4．3 RTG防雷擊保護(hù)
采用Dehn的SPD浪涌保護(hù)模塊，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN61643－11具體分為3種保護(hù)形式:
(1)SPDType1用來防直接雷擊電流，安裝在傳導(dǎo)外界的雷擊電流的進(jìn)線回路中(主進(jìn)線回路)，它們承受所有的雷擊電流。
(2)SPDType2用來吸收支路的浪涌電流。
(3)SPDType3用來降低對(duì)電子元件的損害，用于終端元件。
5結(jié)語
新一代RTG“油改電”方案優(yōu)點(diǎn)突出。滑線的***德國(guó)法勒(VAHLE)可根據(jù)用戶的實(shí)際情況，提供不同安裝結(jié)構(gòu)、不同轉(zhuǎn)場(chǎng)技術(shù)(人工插拔或全自動(dòng)牽引裝置)、安全可靠的解決方案。
