內(nèi)容摘要

集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱正面吊）在吊運(yùn) 20'或者40' 的載有貨物的集裝箱時(shí)，載荷一般有20～45噸，由于是重負(fù)荷作業(yè)，機(jī)車行使的速度也會(huì)在5～20公里/小時(shí)之間變化。加上作業(yè)環(huán)境的不平整路面，而正面吊設(shè)計(jì)的底盤具有高強(qiáng)度和高扭力剛度，重心極低。因此，在負(fù)荷變動(dòng)太快的情況下，載荷曲線跟不上載荷的變化，如果車速過快，或者操作伸縮臂向前移動(dòng)過快，都會(huì)造成過載現(xiàn)象，如果設(shè)備來不及快速報(bào)警，并自動(dòng)切斷機(jī)械動(dòng)作，就會(huì)出現(xiàn)車輛前傾，甚至傾翻的安全事故。

為了防止正面吊在裝卸、搬運(yùn)集裝箱過程中由于過載發(fā)生前傾、掉落集裝箱等嚴(yán)重事故以及對(duì)正面吊本身設(shè)備帶來的損壞，正面吊普遍設(shè)計(jì)安裝了一套過載檢測(cè)與保護(hù)的控制系統(tǒng)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這種控制方式也從最初的機(jī)械控制，電子控制，直至發(fā)展到智能控制方式。本文以卡爾瑪不同生產(chǎn)時(shí)期的正面吊過載檢測(cè)與保護(hù)控制系統(tǒng)為例，介紹這些控制方式的工作原理，并通過實(shí)際的正面吊過載保護(hù)故障案例，分析說明正面吊的幾種過載檢測(cè)方法以及控制保護(hù)的應(yīng)用。

卡爾瑪DRF420-450 型號(hào)的正面吊，是目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有率較高的一款正面吊，生產(chǎn)廠家根據(jù)正面吊在行使和作業(yè)過程中由于載荷的動(dòng)態(tài)變化所帶來的安全問題，設(shè)計(jì)了一套控制保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠跟蹤分析載荷的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，通過機(jī)械、電氣或電子檢測(cè)的手段，實(shí)現(xiàn)過載時(shí)的實(shí)時(shí)報(bào)警并自動(dòng)保護(hù)，從而達(dá)到切斷機(jī)械操作，保護(hù)正面吊和集裝箱的目的。這種控制思想是通過載荷壓力的感應(yīng)測(cè)量，結(jié)合吊臂的長(zhǎng)度，吊臂的角度實(shí)時(shí)位置的計(jì)算，與正常載荷范圍的常規(guī)標(biāo)定值不斷進(jìn)行比較，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的載荷值超過了系統(tǒng)設(shè)定的要求時(shí)立即實(shí)施自動(dòng)保護(hù)，從而避免正面吊由于操作人員的不規(guī)范操作帶來過載翻車的危險(xiǎn)，并能夠最大地提高集裝箱運(yùn)輸裝載的生產(chǎn)效率。

正面吊過載問題

一臺(tái)正面吊帶著載荷（集裝箱）時(shí)的穩(wěn)定工作位置如圖1，圖中：吊臂全部收回，吊臂角度為45度。正面吊帶著載荷時(shí)的重心分布如圖2。

圖1 正面吊載荷工作時(shí)穩(wěn)定位置圖

A ：共同重心點(diǎn)      B ：集裝箱重心點(diǎn)     C ：正面吊車身重心點(diǎn)

圖2 正面吊載荷工作時(shí)重心分布圖

1、正面吊重心點(diǎn)的變化

當(dāng)正面吊在起吊集裝箱后，我們知道主車有重心，吊臂、車身、吊具、集裝箱等均有自己重心，但綜合起來只有一個(gè)重心叫做共同重心點(diǎn)，而這個(gè)共同重心點(diǎn)的位置最終會(huì)影響正面吊的穩(wěn)定。下面是正面吊有無載荷時(shí)的幾種重心分布圖：

（1）有載荷無過載時(shí)穩(wěn)定。當(dāng)正面吊吊起集裝箱后，假如它的共同的重心點(diǎn)在‘C’處，與三角形負(fù)重面之邊線等距離時(shí)，它的穩(wěn)定性是最高的。

圖3 正面吊穩(wěn)定時(shí)的重心C

（2）無載荷無過載時(shí)——后軸過載。沒有載荷的正面吊，它的重心點(diǎn)靠近三角尾，即后軸，不可能向前翻，但是會(huì)出現(xiàn)后軸過載。因?yàn)楣餐匦狞c(diǎn)C距離三角形負(fù)重面邊線很近，也就是說機(jī)車在高速行車轉(zhuǎn)彎或高速行車經(jīng)一邊有深坑地面，正面吊有可能向兩側(cè)翻的可能。

圖4 正面吊無載荷時(shí)的重心C

（3）有載荷過載時(shí)——前軸過載。一輛負(fù)有集裝箱的正面吊，這個(gè)時(shí)候它的共同重心點(diǎn)C靠近前軸，如果正面吊吊臂伸得很出，吊臂的角度又較小，它向兩邊翻側(cè)的機(jī)會(huì)很小，但有可能向前翻。它的共同重心點(diǎn)C靠近前軸，容易前翻。

圖5 正面吊有載荷過載時(shí)的重心點(diǎn)靠近前軸

2、正面吊的載荷曲線

正面吊吊臂長(zhǎng)度和角度的工作范圍如下圖：圖中：（a）當(dāng)集裝箱的中心距為2000mm時(shí)起升重量是45T,而吊臂長(zhǎng)度伸出到最長(zhǎng)時(shí)起升重量只有12T，這時(shí)如果長(zhǎng)度變化很容易出現(xiàn)過載。（b）當(dāng)集裝箱的角度最高時(shí)（一般正面吊設(shè)計(jì)為60°）這時(shí)如果角度變化也容易出現(xiàn)過載。

（a）吊臂長(zhǎng)度最大   （a）吊臂角度最高

圖6  正面吊吊臂最大長(zhǎng)度和最高角度

所以，一般正面吊的技術(shù)規(guī)格都給出下圖這樣的載荷曲線作為參考。

圖7 正面吊載荷曲線圖

3、正面吊過載時(shí)的報(bào)警與控制

正面吊出現(xiàn)過載時(shí)可以通過顯示下圖的兩種顯示圖標(biāo)提示并向操作者示警，提醒注意。為了防止正面吊由于過載出現(xiàn)傾翻，在報(bào)警的同時(shí)必須立即切斷機(jī)械動(dòng)作，以避免操作者繼續(xù)操作，例如：禁止吊臂繼續(xù)伸出，禁止吊臂繼續(xù)上升和下降等。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制，在作業(yè)過程中就要求正面吊的控制系統(tǒng)不斷地檢測(cè)正面吊吊臂的長(zhǎng)度和角度，不斷地檢測(cè)載荷的重量。（集裝箱的重量可以通過檢測(cè)起升油缸中活塞腔的壓力得到）。

圖8  正面吊顯示過載圖標(biāo)  

左代表前橋過載  右代表后橋過載

通過吊臂長(zhǎng)度、角度和壓力值的大小就可以計(jì)算出載荷的重量與力矩的關(guān)系，從而通過機(jī)車的控制系統(tǒng)自動(dòng)切斷可能存在潛在危險(xiǎn)的機(jī)械動(dòng)作。

正面吊過載的機(jī)械檢測(cè)與保護(hù)

正面吊過載的機(jī)械檢測(cè)方法是：在正面吊的轉(zhuǎn)向橋上安裝一個(gè)載荷傳感器，在正面吊的吊臂長(zhǎng)度1.5米位置安裝一個(gè)長(zhǎng)度傳感器，在正面吊的吊臂角度35度位置一個(gè)角度傳感器，用來判斷正面吊是否過載，這些傳感器采用的都是PNP型接近開關(guān)，如下圖中安裝的傳感器。

圖9  正面吊的機(jī)械過載檢測(cè)傳感器

檢測(cè)前橋過載方法是：在轉(zhuǎn)向橋載荷過低時(shí)，轉(zhuǎn)向橋載荷傳感器向控制器發(fā)送一個(gè)電壓信號(hào)（正常U=24V、過載U=0V），控制器向顯示屏發(fā)送前橋過載信號(hào)，顯示屏顯示前橋過載圖標(biāo)報(bào)警。

檢測(cè)后橋過載方法是：在吊臂長(zhǎng)度小于1.5m時(shí)，吊臂長(zhǎng)度1.5米位置傳感器向控制器發(fā)送電壓信號(hào)（伸長(zhǎng)長(zhǎng)度小于1.5m U=24V、伸長(zhǎng)長(zhǎng)度大于1.5m  U=0V）控制器發(fā)送吊臂長(zhǎng)度小于1.5m的信號(hào)；在吊臂角度大于35度時(shí)，吊臂角度35度位置傳感器向控制器發(fā)送電壓信號(hào)（吊臂角度小于35度  U=24V、吊臂角度大于35度  U=0V）；控制器發(fā)送吊臂角度大于35度信號(hào)，顯示屏顯示后橋過載圖標(biāo)報(bào)警。

出現(xiàn)過載報(bào)警，控制器自動(dòng)保護(hù)，后橋過載吊臂只能下降，前橋過載吊臂只能收回，其他操作都被禁止。這種過載保護(hù)方式比較簡(jiǎn)單，需要載荷變化幅度小，吊臂在升降和伸縮的時(shí)候不能速度過快，否則極易引起誤動(dòng)作。同時(shí)傳感器的位置變化及損壞都會(huì)帶來保護(hù)的失效，所以現(xiàn)在已經(jīng)被過載的電子檢測(cè)方式所替代。

正面吊過載的電子檢測(cè)與保護(hù)

過載的電子檢測(cè)與保護(hù)功能，我們通過卡爾瑪DRF420-450 型號(hào)的正面吊來說明，示意圖如圖10所示:

圖10 正面吊過載電子檢測(cè)與保護(hù)示意圖

圖中數(shù)字1代表左右升降油缸液壓壓力傳感器，圖中數(shù)字2代表前大梁控制器D797-F， 圖中數(shù)字3代表吊臂角度傳感器，圖中數(shù)字4代表吊臂長(zhǎng)度傳感器，圖中數(shù)字5代表后大梁控制器D797-R。圖中數(shù)字6代表顯示器D795。

1、與過載相關(guān)的電氣部件

1.升降油缸液壓壓力傳感器1位于左右升降油缸底部的控制閥上，它是一個(gè)電子感應(yīng)式傳感器，由前大梁控制器D797-F供給電壓，并向控制器發(fā)送與油缸壓力成比例的電壓信號(hào)。

2.吊臂角度傳感器用來檢測(cè)吊臂相對(duì)于大梁的角度，由傳感器殼、電位器和臂組成，安裝在吊臂上，臂連接在大梁上，在吊臂角度改變時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器。此傳感器由后大梁控制器D797-R供給電壓，并向控制器發(fā)送與吊臂角度成比例的電壓信號(hào)。 

3.吊臂長(zhǎng)度傳感器用于檢測(cè)吊臂的伸長(zhǎng)，位于吊臂后端的左側(cè)。此傳感器接在一條 彈簧加載的鋼絲上，鋼絲通過一個(gè)齒輪箱，連接到一個(gè)旋轉(zhuǎn)電位器，鋼絲與內(nèi)臂相連接，吊臂伸縮時(shí)，鋼絲作用與電位器，使信號(hào)改變。此傳感器由后大梁控制器D797-R供給電壓，并向控制器 發(fā)送與吊臂長(zhǎng)度成比例的電壓信號(hào)。

2、前橋過載工作原理：

1. 左升降油缸液壓壓力傳感器向前大梁控制器D797-F發(fā)送與升降油缸內(nèi)的壓力成比例的電壓信號(hào)（U=0.5V-4.5V之間），右升降油缸液壓壓力傳感器同時(shí)也向前大梁控制器D797-F發(fā)送與升降油缸內(nèi)的壓力成比例的電壓信號(hào)（U=0.5V-4.5V之間）；電路如下圖所示:

圖11 升降油缸液壓壓力傳感器電路原理圖

2. 前大梁控制器D797-F通過機(jī)車的CAN總線發(fā)送壓力數(shù)據(jù)；

3. 吊臂長(zhǎng)度傳感器向后大梁控制器D797-R發(fā)送與吊臂的長(zhǎng)度成比例的電壓信號(hào)（U=0.5V-4.5V之間）；4. 吊臂角度傳感器向后大梁控制器D797-R發(fā)送與吊臂的角度成比例的電壓信號(hào)（U=0.5V-4.5V之間）；電路如下圖所示:

圖12 吊臂長(zhǎng)度及角度傳感器電路原理圖

5. 前大梁控制器D797-F計(jì)算并發(fā)送重量數(shù)據(jù)，使用吊臂角度、吊臂長(zhǎng)度和液壓油缸壓力傳感器值計(jì)算重量，并與每臺(tái)機(jī)器獨(dú)有的載荷曲線進(jìn)行比較；6. 每臺(tái)正面吊的載荷曲線均不同，如果載荷過大，則前大梁控制器D797-F通過CAN總線發(fā)送前橋過載信號(hào)；7. 在駕駛室的顯示屏顯示前橋過載圖標(biāo)并且報(bào)警，如下圖所示:

圖13 正面吊前橋過載報(bào)警與顯示圖標(biāo)

正面吊過載保護(hù)故障案例某一客戶有一臺(tái)正面吊，型號(hào)DRF450-60S5K，在操作過程中突然出現(xiàn)136#、150#報(bào)警，大臂所有功能無法操作。

圖14、圖15、圖16故障報(bào)警

維修人員到了現(xiàn)場(chǎng)檢查車輛，啟動(dòng)車輛，顯示屏出現(xiàn)136#、150#報(bào)警代碼，通過機(jī)車維修手冊(cè)查詢故障代碼：136#表示右側(cè)起升油缸活塞壓力傳感器信號(hào)電壓低于0.2V或者高于4.8V

150#表示過載超重，所有大臂功能限速，甚至停止。

根據(jù)故障現(xiàn)象判斷，故障原因可能是右側(cè)起升油缸壓力傳感器損壞或者是前電腦板與右側(cè)起升油缸壓力傳感器線路損壞引起，從而造成電子過載報(bào)警保護(hù)見圖17

圖17油缸壓力數(shù)值

通過顯示屏菜單，進(jìn)入液壓系統(tǒng)查看，發(fā)現(xiàn)右側(cè)起升油缸壓力傳感器數(shù)值為負(fù)值，不變化，左側(cè)壓力傳感器數(shù)值為正值，并隨著起升油缸升降而變化。因此為了判斷傳感器是否損壞，將左右兩側(cè)傳感器拆下互換位置測(cè)試，發(fā)現(xiàn)右側(cè)起升油缸壓力傳感器數(shù)值為正值，并隨著起升油缸升降而變化，左側(cè)壓力傳感器數(shù)值為負(fù)值，不變化。根據(jù)此結(jié)果可以判斷壓力傳感器損壞，最后新的傳感器安裝上去，啟動(dòng)車輛，故障代碼消失，大臂所有功能正常。

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