CN102311046B - 用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统及方法 - Google Patents

Abstract

用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统及方法，涉及集装箱码头或堆场用龙门起重机动力由燃油改为市电工程的配套技术。本发明的自动取电系统包括集电行走小车、接驳装置、牵引装置、取电支架，接驳装置与牵引装置完全分离，接驳装置与集电小车通过偶合机构可实现分离/连接。可以实现小车平稳入轨、入轨过程中基本无冲击，避免了对部件的损坏；接驳装置完成小车入轨后，小车与接驳装置分离，小车依靠有弹性的牵引装置牵引，能实现集电器碳刷平稳、可靠的导入导出，同时能通过弹性牵引装置的伸缩补偿上下方向1米的位移，从而有效解决堆场内不均匀沉降造成集电小车不能正常使用的弊端。

Description

用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统及方法

技术领域

本发明涉及集装箱码头或堆场用龙门起重机的配套技术，具体是一种新型的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统及方法。

背景技术

随着油价高涨及环保要求的提升，轮胎式集装箱龙门起重机（RTG）的动力由燃油改为电力已经成为一种趋势。电力驱动RTG技术中一个重要的环节就是如何将市电取到需要长距离移动的RTG上。

目前常用的手段是在RTG的跑道旁设置取电支架，取电支架上安装有与市电连通的滑触线，然后还需要用到一个与RTG一起运动的集电小车。小车与龙门吊电连接，小车上设有集电器，集电器端部有碳刷。取电时将集电小车安装到取电支架上，碳刷与滑触线连接，从而实现将滑触线上的电取到RTG上。

在这个过程中需要解决的一个技术问题是如何将小车安装到取电支架上并实现小车的取电及与RTG的同步运动。

最传统的方式是通过人工作业方式：现将小车安装取电支架上，接着人工将小车的插头插在RTG上使两者电连接，再由人工牵引钢丝绳接驳小车至滑触线的方式实现向RTG供电。这种人工作业方式费时费力，效率低下，且下雨天插拔插头，有触电危险，安全性低。

申请号为200910050482.0的中国专利申请文件公开了一种自动接驳小车的结构，取电时，连接在RTG上的接驳装置将小车水平推出，使小车压靠在取电支架的导板上，RTG前进带动小车，小车在一块设在取电支架上的斜导向板的作用下依靠前进牵引力与导向板支撑力合力产生一个向上的分力，从而抬升到预定高度，实现小车入轨，集电器碳刷再通过一个喇叭形的引导口导入滑触线内，实现自动取电。

这种结构的取电系统依靠接驳装置的压力、RTG的前进力以及斜导向板的配合实现小车入轨，需在斜向板导入段对小车同时实现上下方向水平方向的精确定位，为此接驳装置需对小车提供足够大的水平压力（约750KG），保证小车在整个导入过程紧靠导板。而上下方向小车通过斜导板提升到预定高度，提升力只是斜向板对小车提升轮垂直于板面的压力产生的一个垂直向上的分力，要产生足够的提升力，就需要提供足够大的前进牵引力。据此小车具体受力情况为：重压着的小车以一定速度向前移动，其提升轮碰触斜导向板时，对斜导向板产生冲击力，该力反作用于提升轮，在垂直方向产生的分力用于克服小车重力（约150KG）、小车压力致使万相球与导向板之间产生的摩擦力向下的分力（大于50KG）及提升轮与斜向板间摩擦力向下的分力，因此仅垂直向下的分力就达200KG以上，斜向板角度为22度，因此作用于提升轮的力可达220KG以上，而碰撞瞬间的冲击力为正产力的4～5倍以上，因此每次入轨均会对提升轮及整个小车框架产生近1吨的强力冲击力，其结果是该车使用不多久，就发生了多次提升轮支撑件发生变形、导致小车不能被提升的应有高度，进而导致行走轮、导向轮与轨道相撞的事故。虽然，后来对提升轮支撑件进行了加强，该形变不易发生，但该冲击力会作用于小车框架，产生一个顺时针方向的倾转力矩，传递到上下滑动的直线运动球轴承及框架支撑的立式座外球面轴承上，进而损伤这些部件，因此该冲击对整机寿命及可靠性大有影响。另外在整个入轨过程中，存在多个力的平衡，如果一个力波动，就可能造成入轨失败（如接驳装置的气压不够、RTG的晃动等），对系统的要求很高。而小车被压到导向板上的动力为压缩空气，提供压缩空气的气压系统中，气缸、换向阀、空压机、限压阀、气管、管接头、马达、皮带、排水阀任何一个部件工作不正常均会导致气压不足！空压系统本身可靠性不高，而这种设计为在RTG行走时伸缩臂的随动性，又必须采用阻力相对小空压系统。这就决定整个系统在集电小车最关键的导入导出过程中可靠性有限。此外，对小车的牵引也依靠接驳装置来实现，整个行走过程中，接驳装置始终将小车靠压在取电支架上，取电支架负载小基础沉降小。而RTG工作时载荷达200吨，在跑道在较长使用时间后，其跑道梁基础局部会产生较大沉降（甚至断裂），跑道梁基础相对于取电支架基础的沉降差值可达40cm以上，而上述系统提供的小车在接驳装置端部，其上下浮动范围只在±10cm左右，因此在沉降严重处根本无法工作，而该小车受直线球轴承滑道刚性限制及集电小车框尺寸限制，浮动范围又不能做大，因此设计本身就存在缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统及方法，通过设置独立的接驳装置和牵引装置来消除设计缺陷，提高整个系统的可靠性。

为此，本发明采用以下技术方案：

用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，包括：

集电小车，具有框架、导向轮、行走轮、集电器和感应元器件，集电器及感应元器件的电缆与龙门起重机相连接；

设于龙门起重机跑道旁的取电支架，其上设有滑触线及小车行走轮导轨，包括中间段和位于端部的集电行走小车导入段，导入段设有上下两组引导槽及导向板，引导槽设有用于水平方向小车定位用导向板；

将集电小车两端与龙门起重机相连的牵引装置，至少包括弹性拉索，用于在导入段使小车在取电支架能自动居中，在中间段牵引集电小车随龙门起重机运动；

将集电小车两端与龙门起重机相连的牵引装置，至少包括弹性拉索，使集电小车随龙门起重机运动；

所述的自动取电系统还包括：

设于龙门起重机侧面的接驳装置，该接驳装置包括上下移动机构、水平伸缩机构及能实现接驳装置与集电小车相连及分离功能的偶合机构，接驳装置与集电小车可在上下移动机构动作时通过偶合机构相连或分离，分离后集电小车通过导向轮和行走轮停靠在取电支架上；

所述的牵引装置和接驳装置分离设置。

作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：

所述的偶合机构包括与集电小车相连的第一偶合组件和与接驳装置相连的第二偶合组件，当第一偶合组件与第二偶合组件相向运动时两者发生连接动作，反向运动时两者发生分离动作。

所述的取电支架导入段的引导槽开口向上。中间段导轨上下轨道开口朝上朝下均可，如开口均朝上，则在导入段和中间段，集电小车使用同一组导向轮和行走轮；如果中间段上下导轨轨道有一条开口朝下，集电小车需设两套独立的导向轮及行走轮，分别用于导入段引导槽及中间段车轮导轨。

所述的上下移动机构设于接驳装置与龙门起重机的连接端，或设于接驳装置与行走小车偶合端，该上下移动机构设有导向定位机构，该导向定位机构为滑轨或导轨。

所述的上下移动机构为气缸或液压缸或顶杆或拉杆或蜗轮蜗杆机构或链轮链条机构。

所述的水平伸缩机构可以为双臂平移机构或单臂平移机构或伸缩平移机构或导轨式平移机构或象鼻梁式取电弓平移机构。

所述的牵引装置包括牵引用弹性拉索、保护用刚性拉索和挂环挂钩机构，弹性拉索与刚性拉索形成拉索组，分别设于集电小车两端，拉索组一端通过挂环挂钩机构与集电小车相连，另一端与龙门起重机相连。

所述的引导槽前端设有引导段，引导段的宽度从前向后逐渐减小，引导段后端与引导槽连通，其后端宽度与引导槽相等。

与上述系统相配合，本发明还提供一种用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）龙门吊开至滑触线支架导入段，确认集电小车已通过偶合机构连接在接驳装置上；

2）接驳装置的水平伸缩机构工作，将集电小车向取电支架侧平行推出，直至集电小车的导向轮位于取电支架的引导槽前方的导向板上，相应感应开关动作，水平推出动作停止；

3）接驳装置的上下移动机构工作，带动偶合机构及集电小车靠着导向板向下运动，使导向轮、行走轮进入引导槽内，实现小车上下方向的定位；

4）上下移动机构继续下移，使偶合机构完全分离，小车停靠在取电支架上；

5）水平伸缩机构工作，使接驳装置缩回；

6）龙门吊起重机通过牵引装置牵引集电小车向滑触线中间段前进，先通过引导槽内用于水平方向小车定位用导向板，收缩水平方向布置的导向轮水平方向的窜动量，实现小车水平方向的定位；小车继续前进，使小车上集电器的碳刷顺利导入滑触线，与滑触线相连，滑触线的电能通过集电小车传递到龙门吊起重机上后，龙门吊动力即刻可切换成市电。

有益效果：本发明依靠两个独立的机构分两步实现小车上下及水平方向的精确定位，从设计上保证了小车入轨的平顺和可靠，入轨过程中无强冲击，避免了对部件的损坏；入轨后，小车与接驳装置分离，小车依靠有弹性的牵引装置牵引，能实现集电器碳刷平稳、可靠的导入导出安全滑触线，即使局部沉降较大也能正常使用，适应能力强，随动性好。

附图说明

图1为本发明小车及接驳装置的一种结构示意图；

图2为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图3为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图4为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图5为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图6为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图7为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意图；

图8、图9为本发明小车及取电支架的结构示意图；

图10为图9的A部局部放大图；

图11为图9的B部局部放大图；

图12为本发明取电支架引导段的结构示意图；

图13-图17为集电小车入轨过程示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，集电小车1通过偶合机构连接在接驳装置上，集电小车1上具有导向轮12、行走轮和集电器11。接驳装置中，水平伸缩机构2包括两个对称的调整臂21，位于安装架23和小车之间，两个调整臂之间设置有伸缩杆24和顶杆22。顶杆改变两个调整臂之间的距离来实现小车的横移。上下移动顶杆机构3安装在接驳装置与偶合机构之间，并与偶合机构的第二偶合组件相连，偶合机构的第一偶合组件连在集电小车上。第二偶合组件可向上使第一偶合组件悬挂在第二偶合组件上或向下使两者脱离。

集电小车1两端通过牵引装置4连接到RTG上，实现牵引，包括牵引用弹性拉索、保护用刚性拉索，一组拉索中必须有一根是具有弹性。

取电支架5（图8、图9）上设有滑触线53及小车行走轮导轨，包括中间段和位于端部的集电行走小车导入段，导入段设有引导槽51，引导槽设有水平方向小车定位用导向板52。引导槽开口向上并具有一定深度，应超过导向轮高度（图11）。为了进一步便于入轨，可在引导槽前加设一段引导段（图12），引导段安装有斜向的引导板511，使引导段的宽度从前向后逐渐减小，引导段后端与引导槽连通，其后端宽度与引导槽相等。引导槽的宽度应略大于导向轮，使导向轮在略有倾斜的情况下也能顺利入轨。

图9所示的机构中，水平伸缩机构2的两侧都安装了上下移动顶杆机构3更便于竖向位移控制。

图10所示为偶合机构的一种形式，挂钩结构6包括接驳装置上的挂钩和集电小车1上的挂环。接驳装置贴近集电小车的一面可增设滚轮或滚筒7，便于接驳装置相对小车上下位移使两者脱离。

实施例2

如图2所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，同样采用双臂平移机构，上下移动顶杆机构3安装在水平伸缩机构2和龙门起重机之间，其余部分与实施例1相同。

实施例3

如图3所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，双臂平移机构中两个调整臂21的间距通过曲柄连杆机构25来调整，实现小车横向平移，其余部分与实施例2相同。

实施例4

如图4所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，水平伸缩机构2采用伸缩平移机构，包括若干伸缩节。上下移动顶杆机构3安装在安装架23和龙门起重机之间，安装架可在竖向滑轨31上下滑行，由上下移动顶杆机构3提供驱动力。其余部分与实施例2相同。

实施例5

如图5所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，水平伸缩机构采用象鼻梁式平移机构，通过连杆26之间的相互转动配合将小车推出或收拢。上下移动顶杆机构3安装在象鼻梁式平移机构与偶合机构之间，安装架23也可进行一定的竖向移动。其余部分与实施例1相同。

实施例6

如图6所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，水平伸缩机构2采用单臂平移机构，单臂平移机构包括摆臂29、撑杆27和顶杆28，顶杆28驱动摆臂改变角度，实现平移目的。其余部分与实施例4相同。

实施例7

如图7所示的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，水平伸缩机构2采用导轨式平移机构，伸缩臂可在引导孔中滑动，实现平移目的。其余部分与实施例4相同。

本系统取电过程如下：

1）将集电小车通过偶合机构连接到接驳装置上（图13）；

2）水平伸缩机构工作，将集电小车向取电支架侧推出，直至集电小车的导向轮位于取电支架的引导槽上方（图14）；

3）上下移动机构工作，带动偶合机构及集电小车向下运动，使导向轮进入引导槽内（图15）；

4）上下移动机构继续下移，使偶合机构分离，小车停靠在取电支架上（图16）；

5）水平伸缩机构工作，使接驳装置缩回（图17）；

6）龙门吊起重机通过牵引装置牵引集电小车前进，先通过引导槽内用于水平方向小车定位用引导板511，收缩水平方向布置的导向轮水平方向的窜动量，实现小车水平方向的定位；小车继续前进，通过喇叭口512使小车上集电器的碳刷顺利导入滑触线，与滑触线相连

并使集电器与滑触线相连，滑触线的电能通过集电小车传递到龙门吊起重机上。

同理，当取电完毕，需要将小车从取电支架上取下时，只需经过横向外移、上移、入钩继续上移、横向内移几个过程即可，十分方便。

本发明只需要将小车按预定路线进行移动即可，较小的力便可平稳完成，整个过程中无冲击；入轨的准确率高，即使车体略有倾斜也能保证入轨；接驳和牵引分开，牵引依靠弹性索，能在上下偏移量1米以上的条件下工作，特别适合RTG局部会有沉降的工作环境。

本发明接驳一旦完成，即实现小车在滑触线支架上的上下方向的定位后，接驳装置即和小车分离，单独收回，靠独立的弹性牵引装置来牵引小车向前移动，先通过水平定位用导向板，导向板对水平导向轮产升的压力（该压力为克服小车重力在支架上产生的反转力矩产生的，仅为小车重量的5-15%即不足20KG），逐步缩小导向轮水平方向的窜动空间，实现小车水平方向定位，再通过喇叭形导入口的导向作用实现集电器碳刷导入安全滑触线；这样接驳装置仅需完成集电小车的接和泊动作，即仅需实现上下移动及水平伸缩这两个动作，要求大大降低，可靠性大大提升。而且小车在实现上下及水平两个维度定位时动作平顺基本无冲击。这样分两步实现上下及水平两个维度定位后，再实现集电器碳刷导入，整个过程可靠性更高。另外弹性牵引装置的牵引索本身长约3米，最大允许伸长量（即刚性拉索长度）假设定0.2米时，允许小车相对于龙门吊上下方向的伸长量及水平方向的伸缩量，就可分别达到+-0.5米及+-1米（3.2*3.2-3*3=1*1+0.5*0.5），而0.2米的伸长量完全是允许的弹性形变范围，外力消除后即可恢复到初始长度。这样龙门吊上拉索挂环大致居中布置，水平方向及上下方向允许小车相对于龙门吊位置的变化范围可分别达到2米及1米，而龙门吊大车跑偏及（即水平方向）最大仅为+-0.5米，支架与大车跑道不均沉降（即上下方向）最大不过0.5米（+-0.25），因此弹性拉索通过弹性形变完全可补偿龙门吊跑偏及堆场内支架与龙门吊跑道基础沉降不均导致的偏差，同时在导入段通过前后方向大致相等的拉力，可使小车中心大致与接驳装置中心大致保持在同一位置，有利于小车收取，小车前后移动时，弹性索还能有效减缓冲击。因为弹性拉索牵引，该小车随动性和适应性及所受冲击均大大优于直接用相对刚性的接驳装置来牵引。

本发明既可以适用于全新的油改电项目，也可用于对已实施的手动插拔集电小车油改电工程的改造，即只需要将手动插拔小车略加改造，并在已实施的支架前加设一段槽口向上的导入段，即可用来引导小车入轨，十分方便。如果能使这一引导段与RTG跑道位于同一基础上，更能保证小车准确入轨。

本发明采用的上下移动机构除了上述举例的顶杆外，还可采用气缸、液压、顶杆、拉杆、机械传动如蜗轮蜗杆、链轮链条等机构来实现，竖向和水平伸缩机构的类型以及两者的安装位置都可根据需要来选择。

应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (9)

1.用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，包括：

集电小车，具有框架、导向轮、行走轮、集电器和感应元器件，集电器及感应元器件的电缆与龙门起重机相连接；

设于龙门起重机跑道旁的取电支架，其上设有滑触线及小车行走轮导轨，包括中间段和位于端部的小车导入段，导入段设有上下两组引导槽及导向板，引导槽设有用于水平方向小车定位用导向板；

将集电小车两端与龙门起重机相连的牵引装置，至少包括弹性拉索，用于在导入段使小车在取电支架能自动居中，在中间段牵引集电小车随龙门起重机运动；

其特征在于所述的自动取电系统还包括：

设于龙门起重机侧面的接驳装置，该接驳装置包括上下移动机构、水平伸缩机构及能实现接驳装置与集电小车相连及分离功能的偶合机构，接驳装置与集电小车可在上下移动机构动作时通过偶合机构相连或分离，分离后集电小车通过导向轮和行走轮停靠在取电支架上；

所述的牵引装置和接驳装置分离设置。

2.根据权利要求1所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：

所述的偶合机构包括与集电小车相连的第一偶合组件和与接驳装置相连的第二偶合组件，当第一偶合组件与第二偶合组件相向运动时两者发生连接动作，反向运动时两者发生分离动作。

3.根据权利要求2所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的取电支架导入段的引导槽开口向上。

4.根据权利要求3所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的上下移动机构设于接驳装置与龙门起重机的连接端，或设于接驳装置与集电小车偶合端，该上下移动机构设有导向定位机构，该导向定位机构为滑轨或导轨。

5.根据权利要求4所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的上下移动机构的驱动装置为气缸或液压缸或顶杆或拉杆或蜗轮蜗杆机构或链轮链条或丝杆。

6.根据权利要求4所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的水平伸缩机构为双臂平移机构或单臂平移机构或伸缩平移机构或导轨式平移机构或象鼻梁式平移机构。

7.根据权利要求4至6任一项所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的牵引装置包括牵引用弹性拉索、保护用刚性拉索和挂环挂钩机构，弹性拉索与刚性拉索形成拉索组，分别设于集电小车两端，拉索组一端通过挂环挂钩机构与集电小车相连，另一端与龙门起重机相连。

8.根据权利要求4至6任一项所述的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电系统，其特征在于：所述的引导槽前端设有引导段，引导段的宽度从前向后逐渐减小，引导段后端与引导槽连通，其后端宽度与引导槽相等。

9.根据权利要求2所述系统的用于轮胎式集装箱龙门起重机的自动取电方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）龙门吊开至滑触线支架导入段，确认集电小车已通过偶合机构连接在接驳装置上；

2）接驳装置的水平伸缩机构工作，将集电小车向取电支架侧平行推出，直至集电小车的导向轮位于取电支架的引导槽前方的导向板上，相应感应元器件动作，水平推出动作停止；

3）接驳装置的上下移动机构工作，带动偶合机构及集电小车靠着导向板向下运动，使导向轮、行走轮进入引导槽内，实现小车上下方向的定位；

4）上下移动机构继续下移，使偶合机构完全分离，小车停靠在取电支架上；

5）水平伸缩机构工作，使接驳装置缩回；

6）龙门吊起重机通过牵引装置牵引集电小车向滑触线中间段前进，先通过引导槽内用于水平方向小车定位用导向板，收缩水平方向布置的导向轮水平方向的窜动量，实现小车水平方向的定位；小车继续前进，使小车上集电器的碳刷顺利导入滑触线，与滑触线相连，滑触线的电能通过集电小车传递到龙门吊起重机上后，龙门吊动力即刻可切换成市电。

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