張　濤，劉紅喜，厲　鋒

（日照港集團股份有限公司，山東日照　276800）

　　摘　要：為了對橋式抓斗卸船機主小車傳動軸發生的疲勞變形進行提前預警，避免高速旋轉的傳動軸發生斷裂對巡視人員及周圍設備造成傷害，改進傳動軸變形和斷裂的防護預警裝置。改進后的裝置采用2個轉速檢測傳感器和4個接近開關對傳動軸的運轉狀態進行實時監測，通過數據處理檢測出傳動軸是否發生變形或斷裂，并將檢測結果發送至司機室，從而實現預警功能。對傳動軸防護罩進行重新設計安裝，防止斷裂的傳動軸甩出，從而實現防護功能。經試驗，該裝置能夠對傳動軸的變形和斷裂進行及時預警和有效防護，提升卸船機主小車傳動軸運行的可靠性。

　　關鍵詞：港口；橋式抓斗卸船機；傳動軸；防護預警裝置

 　　0　引　言

　　近年來，散貨碼頭橋式抓斗卸船機普遍采用四卷筒差動式設計，其基本原理：起升、開閉和主小車的電機輸入不同的旋向和速度，驅動2套差動行星齒輪減速機，帶動4個獨立的鋼絲繩卷筒產生不同旋向和速度的運動組合，實現起升機構、開閉機構和主小車牽引機構的獨立或合成運動。[1]主小車的運行靠主小車電機帶動2套差動行星減速箱實現動力輸出，2套減速箱實現同步運轉則靠主小車傳動軸的連接來實現。四卷筒差動式卸船機起升機構、開閉機構和主小車牽引機構布局見圖1。

1.開閉電機；2.起升電機；3.小車電機；4.開閉差動減速機；5.起升差動減速機；6.小車傳動軸總成；7.8.開閉卷筒；9.10.起升卷筒
圖1 四卷筒差動式卸船機起升、開閉和主小車牽引機構布局

　　目前，主小車傳動軸采用可伸縮型雙萬向鉸鏈結構，其中：左邊是萬向聯軸器；中間是由2套軸承組件支撐的中間軸；右邊也是萬向聯軸器。動力傳遞路徑為起升減速機小車高速軸→萬向聯軸器→中間軸→萬向聯軸器→開閉減速機小車高速軸。由于兩側的萬向聯軸器是空心結構，允許的轉動偏差較大，且無軸承座作為支承，因此在轉動過程中兩側的萬向聯軸器的擺動量較大，在長時間使用后出現的問題：一是會造成傳動軸萬向聯軸器本體疲勞變形斷裂或軸承損壞造成本體斷裂；二是會造成傳動軸花鍵套筒與軸本體焊接處疲勞斷裂。為及時發現傳動軸變形斷裂的情況和加強對斷裂甩出體的防護，對主小車傳動軸變形和斷裂的防護預警裝置進行改進，該裝置主要包括傳動軸防護裝置、傳動軸變形和斷裂預警裝置。

　　1　技術原理

　　由于主小車傳動軸兩端采用同一根軸聯動的傳動方式，屬于同軸傳動。同軸傳動的原理是主動輪受外界動力發生轉動，而主動輪與軸連接，主動輪的轉動勢必會帶動軸的轉動。同理，軸的轉動也會帶動被動輪轉動，從而完成傳動過程。因為整個過程圍繞軸轉動，當主動輪轉過某個角度時，軸轉過相同的角度，被動輪也轉過相同的角度，所以主動輪和被動輪的角速度是一致的。應用此原理，檢測傳動軸兩端的角速度并進行比較：若兩端角速度一致，說明傳動軸未發生斷裂；若兩端角速度不一致，說明傳動軸發生斷裂。

　　一旦高速運轉的傳動軸發生彈性變形，會改變傳動軸總成的不平衡度，致使傳動軸離開其平衡位置，傳動軸便會發生相對于平衡位置的彎曲振動。旋轉的傳動軸因其質量偏心而產生的離心慣性力是引起傳動軸彎曲振動的干擾力，此干擾力的頻率與傳動軸轉速相等。當傳動軸轉速等于其彎曲振動的固有頻率時，便會發生共振，致使振幅急劇增加。由此，可以通過檢測振幅的變化大小來確定傳動軸是否發生變形。

　　2　方案設計

　　2.1　主小車傳動軸防護裝置

　　重新設計主小車傳動軸防護罩，將原有的90°防護罩改為270°防護罩，對整個傳動軸的前部、上部、后部等部位進行防護，而傳動軸的下方采用開放的形式，這樣可有效防止傳動軸斷裂時的碎片甩出傷人。重新設計的主小車傳動軸防護罩見圖2。另外，在靠近傳動軸兩側萬向聯軸器處，防護罩設計成可方便拆卸的網格狀形式，一方面可便于巡視人員對傳動軸螺栓進行日常檢查，另一方面也便于維修人員在更換鋼絲繩時對傳動軸進行拆卸作業。

圖2 重新設計的主小車傳動軸防護罩

　　2.2　主小車傳動軸變形和斷裂預警裝置

　　在傳動軸部位增加電氣聯鎖裝置，可在傳動軸變形和發生斷裂的初期及時做出判斷和處理，從而實現預警功能。

　　2.2.1　傳動軸變形預警

　　在傳動軸2個萬向聯軸器處加裝4個接近開關。傳動軸電氣聯鎖硬件布置圖見圖3。當傳動軸發生變形時，接近開關及時將信號傳入PLC系統，實現傳動軸變形故障提示，同時此故障信號也接入司機室聲光報警器。

1.2.轉速檢測傳感器；3.4.5.6.接近開關
圖3傳動軸電氣聯鎖硬件布置圖

　　2.2.2　傳動軸斷裂預警

　　在傳動軸兩端高速軸位置加裝2個轉速檢測傳感器。傳感器安裝在防護罩預留的安裝孔處，并將檢測信號傳入PLC系統。當兩傳感器檢測到轉速不等時，發出傳動軸斷裂信號，并將此信號接入司機室的聲光報警器。司機聽到報警聲音后，可立即停止作業查看傳動軸狀況。為了防止轉速檢測傳感器的測量誤差導致誤報故障的情況，在PLC程序中加入數據比較模塊，并設定一個合理的區間范圍，這樣即使傳感器數據有輕微誤差也不會誤報故障。

　　2.2.3PLC程序連鎖

　　傳動軸電氣聯鎖系統流程見圖4。根據該流程，對卸船機的PLC程序進行相應修改和補充，從而實現預警功能。

圖4 傳動軸電氣聯鎖系統流程

　　3　結　語

　　改進后的卸船機主小車傳動軸防護預警裝置可以在傳動軸發生變形或斷裂的初期及時進行預警和防護，從而避免傳動軸斷裂故障的發生，提高設備的安全性能，同時保障巡視人員和操作人員的安全，使卸船機作業得以順利進行。

　　參考文獻

　　[1]申小強，高飛，郭東.四卷筒行星差動的安全性及換繩方法分析[J].起重運輸機械，2011（6）：7-9.

來源：《港口科技》