一种节油环保型岸桥钢丝绳自动润滑系统设计

刘仁初 金贺 辽港控股（营口）有限公司集装箱码头分公司

1.引言

岸桥是岸边集装箱起重机的简称，是用于集装箱码头对集装箱进行装卸作业的专业设备，安装在港口码头的岸边，一般处于高温、高湿和高盐的环境中。目前国内外使用的岸桥一般都包括起升动作和旋转动作，起升系统是通过钢丝绳的牵引来完成既定的动作，其组成包括起升钢丝绳、俯仰钢丝绳、小车钢丝绳和托架钢丝绳。由于钢丝绳会暴露在恶劣的腐蚀环境中，日常保养非常关键，必须定期润滑并保证润滑效果。目前对于岸桥钢丝绳，国内港口（如营口港、盘锦港）一般按照既定的润滑养护周期实施养护作业，其基本原则是保证钢丝绳上的油脂不干枯。但由于资源条件的限制和码头作业的计划安排，并不能严格的保证按周期养护，而且普遍采用人工涂油的方式进行钢绳的养护。人工润滑不仅劳动强度大，润滑效果与工人的责任心相关。若涂油过厚，钢绳高速运转中可能将油脂甩出，对岸桥的机械构件、作业通道及作业船舶造成污染。若涂油过薄或不均匀则会影响钢丝绳的使用寿命。因此，岸桥钢丝绳的自动润滑技术一直是国内各大港口迫切需求的。

2.岸桥钢丝绳润滑自动润滑的现状及缺陷分析

目前国内一些设备先进的港口已经对岸桥钢丝绳的自动润滑技术进行了一些探索。相对成熟的技术方案有以下2种：

第1种方案是采用接触式涂油方法。这种方案采用油泵和钢绳专用润滑脂来实施。其框图如图1所示。

图1 接触式涂油方案

此方案采用油泵供油，然后通过铜管分配到各个润滑点，最后通过涂油毛刷或专用的涂油装置（见图2）对钢丝绳进行涂油操作。这种方案可以达到较为满意的润滑效果，但这种接触式涂油方式，涂油装置直接接触钢丝绳，会产生磨损，涂油装置需要定期更换，否则影响润滑效果。此方案耗材消耗多且更换麻烦。

图2 涂油毛刷及涂油器

第2种方案是采用非接触式涂油方法。这种方案采用油泵输油并配合铜管进行油脂分配，用齿轮油等液态油以滴油的方式进行非接触润滑。这种方式润滑点一般设置在钢绳的转向滑轮处。其优点是不会产生磨损，节省耗材。

虽然上述两种润滑方式比人工润滑的效果更好，工人劳动强度更低，能够在一定程度上改善岸桥钢丝绳的养护水平，但也有很多缺陷。主要变现在以下几个方面：

（1）系统的自动化程度较低，并没有实现完全的自动润滑，对储油桶里的油量，系统的工作状态都没有做到实时监控。

（2）润滑油量不能自动调控，都没有设置油脂回收装置，润滑过量是会造成油脂滴落或随着钢绳的运转而甩出，不但浪费润滑油，且会造成环境污染。

（3）系统的管理水平较低，没有形成完整的集散控制系统，操作人员不能在监控室对润滑设备进行监视和管理。

因此设计更加环保、节油和自动化程度高的岸桥钢丝绳自动润滑系统对提高钢丝绳的养护水平，降低养护成本和保护环境都具有积极意义。

3.节油环保型岸桥钢丝绳润滑自动润滑装置设计

为了保证岸桥钢丝绳的润滑效果，提高润滑系统的自动化程度并达到节油环保的效果，本文设计的钢丝绳自动润滑装置其总体结构如图3所示。

图3 钢丝绳自动润滑装置结构图

图中SXJ-1为摄像机，其作用是将润滑后的钢绳图像传输至监控室，以便操作人员观察润滑效果，同时也有利于发现钢绳断丝，锈蚀等状况。AD-1为电动调节阀，安装在输油管路上，操作人员可以根据摄像头观察到的润滑效果调节润滑油的用量。F-1,F-2,F-3,F-4和F-5分别手动阀门，F-1安装在储油箱的排污口上，操作人员可以定期打开F-1清理油箱中的杂质。储油箱上加油泵吸油口的位置高于排污口，可以有效避免杂质被吸入加油管路。储油箱上部设置了注油口，当油箱油位过低时可以通过注油口为储油箱注油。储油箱上还安装了加热器HWE-1,温度变送器TT-1和油位变送器LT-1。其中加热器HWE-1采用三相220V电加热器，其主要作用是在冬季低温时为润滑油加热，让润滑油保持一个良好的物理性能以保证润滑效果。温度变送器TT-1采用的是变送一体的PT-100热电阻温度变送器，其作用是检测润滑油温度。液位变送器LT-1采用差压式液位变送器，其作用是测量油箱油位，一方面提醒操作人员为储油箱注油，另一方面保证油位过低时能够通过PLC控制系统停止油泵，保护设备安全。储油箱上部空间安装若干个喷油嘴，液态润滑油通过喷油嘴均匀的喷涂在钢丝绳上，保证润滑效果。储油箱同时起到润滑油回收的作用，多于的润滑油可以滴落到储油箱中，实现润滑油的回收再利用，一方面节约成本，另一方面避免环境污染。为了避免喷油嘴和油路堵塞，系统中设置了两路油脂过滤器，其中阀门F-2所在回路为工作回路，阀门F-4所在回路为备用回路。系统工作时，打开阀门F-2和F-3，润滑油通过过滤器1。过滤器1和过滤器2上分别安装了压差开关PM-1和PM-2，如果过滤器堵塞，会导致过滤器两端差压变大，差压开关动作，报警信息传递给PLC控制系统，操作人员可以根据报警信息及时更换过滤器。更换过滤器时，需要打开阀门F-4和F-5，备用回路接入输油管路，同时关闭阀门F-2和F-3，完成过滤器的更换工作。系统中在储油箱的前后位置分别设置了钢丝绳稳定架，钢绳运行时卡在两个压绳滚轮中间，避免由于钢绳受力不均发生抖动损坏油箱或喷油嘴。稳定架的正面结构示意图如图4所示。

图4 钢丝绳稳定架的正面结构示意图

可以根据待润滑钢绳的根数设计压绳滚轮上的卡槽数量，以满足多条钢绳同时润滑的需要。此外，油箱上安装喷油嘴数量和位置也要根据实际工况进行调整。

4.系统电控方案设计

为了实现润滑系统的自动控制和集中管理，本文采用如图5所示的总体控制方案。

图5 润滑系统总体控制方案

对于一台岸桥，可以根据系统润滑的需求在不同的位置布置若干台自动润滑装置。每台润滑装置配置一套电控装置，该装置内包含PLC控制器。电控装置通过电缆连接润滑装置上的电气设备，构成PLC控制系统。PLC控制器的网口通过网线连接至光电交换机后转换成光纤信号最后与岸桥控制室内的监控计算机相连，实现数据交互功能。操作人员通过操作监控计算机即可实现对岸桥各部位自动润滑装置的集中监控和管理。

电控装置由西门子200smart PLC构成核心控制器。其加油泵和加热器的主回路和控制回路的接线如图6所示。PLC控制系统的接线如图7所示。电控系统的主要电气元件如表1所示。

图6 加热器和油泵的主回路及控制回路接线图

图7 PLC控制系统接线图

表1 电控装置主要电气元件列表

本文所设计的润滑系统电控装置的工作过程如下：

（1）油箱注油时，PLC系统通过油位变送器LT1检测油箱油位，当油箱油位达到指定高度时PLC系统给出满足油泵启动的逻辑信号。

（2）启动润滑泵。当油箱油位满足要求时，操作人员可以在监控计算机上通过监控软件启动油泵。此时润滑油（润滑油依次通过过滤器—油泵—电动调节阀—喷油嘴）均匀喷涂在运行的钢丝绳上。监控室中的操作人员可以通过布置在润滑装置出口处的摄像头观察润滑效果，根据润滑效果在监控计算机上调节电动调节阀开度，从而调节喷油嘴的喷油量。

（3）系统报警。系统的报警主要包括低油位报警和过滤器堵塞报警。随着润滑油的消耗，当油位传感器测得的油位信号低于设定值时，则产生低油位报警。报警产生后PLC控制器自动停止油泵，此时需要从润滑装置的注油口人工注油，油位满足要求时才能再次启动油泵。随着过滤器中杂质的增多，两侧压差增大直至差压开关动作，此时系统产生过滤器堵塞报警，PLC控制器自动停止加油泵。更换过滤器后才能再次启动加油泵。

（4）启动加热。当冬天气温低于一定值时，PLC控制器会自动启动加热器来保证润滑油的温度。

5.结论

本文设计了一种岸桥钢丝绳自动润滑系统。该系统具备润滑油的循环利用的功能，对比于目前的人工润滑和自动润滑装置，该系统润滑效果好，对保护环境，降低润滑油使用费用具有积极意义。该系统采用PLC控制器进行自动控制，自动化水平高，可以实现系统的集中监控，有利于提高设备管理水平，是一种有广泛应用前景的岸桥钢丝绳自动养护设备。