刘 昕
(天津港集装箱码头有限公司 天津 300456)
摘 要 在集装箱场桥油改电自动上电的解决方案中，通过二次定位方式，实现上电极板的精确对位，为场桥提供可靠的上电接触性能和有效可靠的安全防护措施。场桥运行期间，取消了地面人员的插拔插头的工作，该解决方案上电装置寿命长，达到场桥全天候自动快速转场，提高了场桥转场效率、降低场桥运行成本，保留场桥其灵活性能。
关键词 集装箱场桥；油改电；二次对位
为响应全国建设“两型企业”的号召，大部分港口对轮胎式集装箱起重机(简称场桥)进行了“油改电”工程。“油改电”是指用电力驱动来代替柴油机发电驱动，它既具有电力“清洁能源”环保低碳的优点，又具有场桥灵活转场的优点。
1 应用现状
目前，全国各大集装箱码头主要采用低架滑触线上电方式，工作过程中需要安排地面人员手动接通/切断电源，然后人工插拔电。工作中会产生如下弊端：
1) 增加成本。增加转场辅助操作人员和人工成本。根据电气安全规范，连接器的拔插需要2人在场，一人操作，一人保护。
2)插头寿命较低。目前使用的这类大电流等级的插头寿命较低，拔插寿命仅为几百次到几千次，性能随插拔次数的增加而衰减。1台场桥年转场量在3 600次左右，其插头仅能最多使用2.5a，且随着质量的下降，既增加了维修工作量，又将在一定程度上影响设备的可靠性和安全性。
3)雨雾露等潮湿天气条件下无法作业。尽管插头的插拔是在不带电的情况下进行安全操作，在雨天时，存在着非常严重的人身安全隐患，无法进行正常的转场插头拔插作业，不得不采取柴油发电机组作业。
4)人员在堆场内不安全。除了上述转场辅助操作人员存在电气伤害的隐患外，作业现场会出现各种复杂的情况，稍有不慎，场桥司机和地面人员沟通出现问题，很可能出现地面辅助人员被机械设备所伤的重大事故。
5)作业效率低。使用地面辅助人员人工插拔电完成辅助转场，增加了场桥等待的时间，降低了场桥转场的灵活性，影响作业效率。每一次转场，均要人为地摘挂钩、拔插插头、启动熄灭发动机，每一次转场平均时间15 min。为生产组织带来较多不便，而且经常出现几台场桥同时转场的情况，将会影响整条线的作业效率，甚至发生安全事故。
为解决上述阻碍场桥油改电的瓶颈问题，我们对基于安全滑触线供电的方式的油改电场桥自动上电连接进行研发设计。
2 实施方案
2.1 目标要求
该自动上电装置的设计和制造要符合相关国家和行业安全标准、满足集装箱码头堆场的场地工作条件；不需要增加地面人员辅助，能实现自动对位；电气连接工作可靠，运行寿命长，全天候运行。
2.2 自动上电装置的构成
整套装置主要由拨杆机构、受电弓机构、集电小车3部分组成。
拨杆机构由连杆机构(前/后臂杆、前/后拉杆、上拉杆)、拨杆头、驱动机构(电动推杆、弹簧)、绝缘子以及底座构成见图1。
受电弓机构由受电弓(前/后臂杆、前拉杆、上拉杆、弓头)和驱动机构(电动推杆、弹簧)、绝缘子以及底座构成见图2。
集电小车由小车面板、电极(铜环)、集电器和绝缘子等构成见图3。
本装置采用连杆机构使得受电弓的伸缩近似水平运动，安全滑触线取电小车设计思想以及电
接触理论，结合港口实际情况设计完成。其主要功能是通过控制，使场桥从滑触线自动获得电能，驱动场桥进行作业。
2.3 工作原理
1)拨杆放。场桥停放的地面设置的导引区间实现一次对位，即可开始上电操作。电机驱动推杆向上运动，使前臂杆及拨杆头向集电小车方向近似水平向外侧移动，当接触小车面板后停止放弓。场桥司机通过监控系统确定拨杆头在面板
的位置，通过控制大车行走完成二次定位，使拨杆头进入集电小车面板上的凹槽。
2)受电弓放弓。当拨杆头进入集电小车上的凹槽后，进行受电弓放弓操作。电机驱动推杆向上运动，前臂杆向集电小车移动，并能够准确接触到集电小车上的电极，即可实现精确取电对位操作。
3)受电弓收弓。电机驱动推杆向下运动，前臂杆向内侧移动，弓头脱离集电小车。电机行程开关反馈信号提示完成收弓动作。
4)拨杆收。受电弓收回后，进行收回拨杆动作。在电机推杆作用下，前臂杆向内侧移动至停止位置。
2.4 驱动装置选择
本装置的驱动方式可采用气动、电动和液压驱动。
气动驱动方式，其动力源———空气来源广泛，使用方便，没有污染，但使用该方式需要安装空气压缩泵，而且噪音大，机械效率较低；液压传动需要安装液压泵，容易漏油，产生污染，而且北方冬天温度低，容易冻结，故其随动性较差；电力驱动便于实现，噪声小，无污染，可靠性高。因此本装置采用电力驱动进行受电弓机构和拨杆机构的收回动作。
3 技术特点
1)通过场桥二次定位方式，实现上电极板的精确对位。场桥停放在地面设置的导引区间即可开始上电操作。当拨杆机构动作，拨杆头接触到集电小车面板后完成第一次定位(如图4)。场桥司机通过摄像头确定拨杆头在面板的位置，然后控制大车行走完成二次定位(图5)，使拨杆头进入集电小车面板上的凹槽。不仅可以牵引集电小车运动，而且起到了受电弓定位作用。
2)可靠的上电接触性能。受电弓机构动作使竖置弓头与集电小车的电极相接触。电弓弓头在集电小车电极上的横向移动较小距离，提高了弓头接触的可靠性，降低铜基滑板磨损小、寿命长，长久的保持固定接触面积，保证了电流容量，提高与电极接触的可靠性。
3)可靠的安全防护措施。本装置在受电弓上设计了3级绝缘，分别位于：铜板和弓头之间、弓头和受电弓架之间、受电弓架和大车之间，以确保受电弓架和大车不带电。
集电小车电极采用电力驱动防护罩，拨杆头进入凹槽后，电动推杆能够顺利推开防护罩；拨杆收回后，防护罩能够自动复位密封小车电极。
4)场桥全天候自动快速转场。场桥在进出场地时可以进行快速的市电、发动机切换。转场过程由场桥司机一人完成，与插头连接器的方式相比，自动上电装置取消了辅助人员的操作，大幅度节省了进出场地的时间。
5)场地适应性强。为了适应堆场场地高低
不平、场桥作业时的上下振幅和跑偏等复杂的场地作业环境，受电弓与电极的上下接触工作长度设计达到400 mm。受电弓弓头采用万向球头与铜板底座连接。避免受电弓与电极之间出现点接触的现象，保证了良好的供电质量。
6)滑触线另一种新用途。本方案兼顾场桥油改电采用低架安全滑触线投资费用较低的优点，又突破高架滑触线只能直线自动转场的局限。
7) 自动上电装置的寿命长。自动上电连接装置易损件主要是铜基滑板和电极，根据高速电气机车上的使用经验，其寿命达到12万 km，在本装置中滑板和电极基本相对静止，所以根据厂家提供的数据，滑板和电极的用寿命将达到25a以上，基本和场桥同寿命。
4 使用效果
该上电装置安装调试完毕后，在集装箱码头进行了性能测试和现场试验。结果表明，本装置能够满足场桥在满载、高速行驶和一定范围内跑偏等正常工作情况下的供电要求，没有出现缺相、拉弧、脱弓、电流过小等问题。在运行期间场桥司机单人操作，取消了地面人员的插拔插头的工作。
5 结束语
集装箱场桥油改电自动上电的方案，提高场桥转场效率、降低场桥运行成本，又兼顾其灵活性能，为实现绿色环保低碳港口目标进行了有益的尝试。
