龙门吊液压型吊具电动化改造与应用

龙门吊液压型吊具电动化改造与应用

葛恒学

连云港中哈国际物流有限公司   江苏省 222042

摘 要：伴随着我国经济社会的持续进步，国际物流的集装箱化趋势日益显著，集装箱装卸机械得到了广泛应用和快速发展。作为集装箱起重机的核心组件，吊具的作用至关重要。对于那些运营历史悠久的港口泊位，传统液压吊具在龙门吊起重机中使用时，常遇到液压系统故障频发、能源效率低以及环境影响大的问题。为此，本文提出了一种创新的电动化改造策略，并将其成功应用于实际生产中，验证了该改造方案的实用性和有效性，从而实现了环保和节能的目标。

关键词：龙门吊；液压型吊具；电动化改造；应用

1 液压吊具基本概述

1.1液压吊具工作原理

龙门吊的轮胎式吊具的动态操作全由液压动力驱动，其精密的液压系统由三个关键部分构成：动力供应单元、伸缩控制系统以及旋转机构。（1）动力供应单元的核心是一台具备7.5kw输出的电动马达和一个工作压力高达1兆帕的油泵，电动马达驱动油泵，确保油流量能满足液压马达和油缸的需求，以实现精确的运动速度控制。（2）伸缩控制系统由一系列组件如滚子链、液压马达、减速齿轮箱和链轮协同运作。其核心机制是液压马达的双向旋转驱动链路传输，当伸缩梁定位在666厘米或1333厘米时，吊具电子控制系统会发送指令，切断伸缩电磁阀的电源，从而中止液压马达的运转，实现吊具的精准伸缩。（3）至于旋转机构，它主要依赖于双头转销油缸的力量，通过拉动杆件驱动转销，从而执行吊具的开关锁定动作，确保操作的精准和安全。

1.2液压吊具的缺点

（1）吊具的主体构成元件多为液压部件，随着时间推移，这些部件可能出现老化和磨损，进而引起吊具的油液泄漏问题，对环境产生不良影响。（2）液压吊具的液压系统结构繁复，包含众多液压组件，这使得设备故障的可能性增大，相应的维修费用也相对较高。（3）液压吊具的液压系统需要定期进行清洁和替换，如液压油和滤芯，否则可能引发系统动力减弱的情况，维护保养工作既耗时又费力。

2电动吊具工作原理

相较于依赖液压的吊装设备，电动吊具的设计更为简洁，其核心构造主要分为伸缩单元和旋转组件。（1）伸缩单元构成主要包括链条、电动伸缩马达、减速箱以及链轮等部件。电动马达是驱动吊具伸缩的关键力量，当吊臂定位在20ft或40ft的标准长度时，吊具电子控制系统会适时发送指令，使得马达停止运转。（2）旋转组件则设置在吊具端梁内部，包含一套由电机驱动的转轴组件，包括转轴电机和拉杆等元件。通过转轴电机经拉杆作用，精确控制两个转轴的同步运动，从而实现吊具的开闭锁定操作。

3龙门吊液压型吊具电动化改造优点

   （1）减少了维护保养支出。电动化改造消除了液压油和过滤器的需求，进而免除了定期的液压系统检查和保养，使得维护周期得以延长。更关键的是，由于吊具不再配备液压系统，其维修和保养任务显著减轻，进一步降低了运营成本。（2）提升了吊具的可靠性。经过电动化改造，吊具的组件变得更加简洁，简化了的维修保养流程确保了吊具工作的稳定性。（3）电动化吊具的能耗显著下降。与传统的液压吊具相比，龙门吊在作业时，电动吊具的电机仅在执行动作时才会供电，平常虽通电但不消耗电力，这种低能耗设计有效降低了吊具的运行成本。（4）电动改造后的吊具更加环保。由于不存在液压系统，避免了液压油泄漏的风险，吊具的环保性能得到显著提升。

4龙门吊液压型吊具电动化改造方案及应用

4.1电动改造方案

移除传统的吊具液压油箱、驱动电机、齿轮泵，以及相关的电磁阀、底座和液压管道，以推进吊具全面电动化。

4.2改造方案实施

（1）首要步骤是移除旧有的液压系统组件，包括油箱、驱动电机、齿轮泵，以及相关电磁阀、底座和油管等元件。这一过程旨在彻底清空和重构吊具的液压结构。（2）拆卸原伸缩驱动装置的马达、减速器及伸缩油管，仅保留链条和从动轮组件。然后，切割并重新设计电动伸缩驱动模块的安装基础，安装全新的电动驱动单元，利用集成电机和减速箱替代原有系统。这个新设计集成了动力源和转换机构。（3）保留旋锁和转柄，但移除转销驱动的双头油缸和拉杆及开闭锁油管。设计并焊接新的电机底座，引入新型开闭锁电机和配套拉杆，直接取代液压驱动，与旋锁和转柄无缝对接。两侧吊具各安装一套，总计两套。（4）电气控制系统也进行了革新，将传统的电磁阀控制路径转变为电机正反转接触器的操控方式，以控制吊具的伸缩和开闭锁动作。三个接触器分别负责这些功能，通过调整相序切换电机的运行方向，同时设有电气互锁保护，防止电机同时正反向运转。为了增强安全性，每个电机前增设了空气开关，应对可能出现的短路或堵转情况。此外，还在开闭锁电机上设置了停止限位，确保其动作精确无误，防止电机过载。

4.3改造效果

4.3.1吊具能耗分析

假设设备每日运行12h，每h处理25箱，每班次伸缩15次，液压装置的电力消耗为12h乘以7.5kw，等于90kw时。电动升级后，吊具每次伸缩耗时20s，开启或关闭锁一次耗时1s。在12h的工作日内，伸缩总计耗时12h乘以15次再乘以20s，即3600s，所需电力为(3600/3600)h乘以4kw，等于4kw时。而开闭锁的总时间是12h乘以25箱再乘以2s，即600s，其电力消耗为(600/3600)h乘以两个0.75kw，等于0.25kw时。两者相加，总电力消耗为4.25kw时。根据这些数据，当设备连续工作12h，电动吊具相较于液压吊具节省的电力为75kw时减去4.25kw时，即70.75kw时。电动化改造后的吊具能源消耗仅占原液压吊具的(4.25/75)kw时的5.67%，这意味着电动吊具的能耗比原来的液压吊具减少了约1/10，节能效果显著。

4.3.2维修保养成本

液压起吊设备依赖其液压系统驱动，导致维护费用相对较高。首要的一点，该设备配置了140L的油箱，每次更换耐磨液压油需消耗120kg，每kg油价值19元，因此单次更换的费用总计2280元。另外，开闭锁油管被安置在坦克链内，随着吊具的伸缩动作，油管也随之移动，造成磨损，需要不定期更换以确保设备正常运作。此外，频繁操作的开闭锁油缸常常面临漏油或缸芯损坏的问题，这也需要不定期更换，进一步增加了液压起吊设备的维护成本。

在将液压吊具升级为电动版本后，整个结构革新为简洁，仅需配置1台全能型三合一驱动电机和2台独立的开闭锁电机。如今，电机技术的精湛程度使得单电机的使用寿命普遍超过五年，只需常规性地进行减速箱油液的更换维护即可。电动改造后的吊具，其年度维护和维修成本几乎微乎其微，因为省去了液压系统的繁复维护需求。不再需要频繁对液压系统进行检查和保养，这显著延长了设备的保养周期，并简化了吊具的维修保养程序，从而大幅削减了维护成本。

4.3.3可靠性

经过电气化改进的吊具展现出更高的作业稳定性，其组件体系得到显著精简。简便的维护措施增强了吊具作业的可靠性。

4.3.4生产效率

改造后的电动吊具，伸缩动作只需20s，比液压吊具快10s；开闭锁过程仅需1s，比液压型号节省0.5s，显现出更快的响应速度和更高的操作效能。结构更为简洁的电动吊具，元件数量少于液压吊具，潜在故障点相应减少，导致在使用期间的故障率至少下降60%以上，极大地降低了故障发生率，同时维修元件所需的时间也较液压吊具更短。总体来看，电动改造提升了吊具的生产效率。

4.3.5环保方面

由于去除了液压系统，吊具不再依赖液压油，消除了液压油泄漏的可能性，从而避免了对环境的污染。

综上所述，实践证明，将传统液压系统升级为电动版本的吊具，带来了显著的提升。在能效、维护成本、稳定性、工作效率以及环保性能上均实现了突破性改进。这种改良策略不仅推动了技术的普及，也促进了其广泛应用，前景广阔。

参考文献

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