王　飞　周　强　柳广良　单　宇

青岛前湾集装箱码头有限责任公司



轮胎吊装卸作业防撞箱系统设计与实现

王飞周强柳广良单宇

青岛前湾集装箱码头有限责任公司

摘要：根据轮胎吊装卸作业的实际工况，采用激光测距预判距离的方式，设计了轮胎吊作业防撞箱保护程序，给出了系统设计方案和安装调试方案，实践证明可有效避免轮胎吊司机操作失误引起的撞箱事故。

关键词：轮胎吊；防撞箱；保护程序；码头损失

1引言

轮胎式集装箱起重机(以下简称“轮胎吊”)是集装箱码头堆场作业的主力设备。由于集装箱业务发展迅猛，轮胎吊堆箱的层数也随之增高。轮胎吊司机由于疲劳、注意力不集中等导致误判断、误操作，集装箱起升高度不到位，起吊的集装箱与运动路线上的其他集装箱发生碰撞，造成箱损、货损，导致交货延迟，甚至影响港口声誉。

2设计方案

2．1集装箱作业流程

集装箱作业的流程见图1。

图1　集装箱作业流程

当拖车进入相应的作业位置后，轮胎吊如果不在作业位置，则需首先移动大车到作业位置；如果轮胎吊已经在作业位置上，则可以直接作业。

轮胎吊作业时，放下吊具，吊具4个锁头放进集装箱顶的4个锁眼中，然后吊具锁头旋转，锁头到位后，锁住集装箱顶的4个锁眼，吊起集装箱到相应的贝位和层高。以图1为例，要将拖车上的集装箱调运至D贝位3层高，则吊具调运此集装箱必须要越过A、B、C3个贝位的集装箱。

2.2设计思路

撞箱事故的发生，主要是因为轮胎吊所吊的集装箱低于运动方向上的集装箱高度。因此，为防止撞箱事故，需要实现轮胎吊所吊的集装箱不能低于运动方向上的集装箱高度。因此根据集装箱顶部的特点，在轮胎吊小车平台前后各安装一个漫反射激光检测开关,位置见图2，具有一路4-20 MA电流模拟量输出，轮胎吊司机室PLC柜增加模拟量输入模块一个，在PLC程序中将起升高度H1、小车速度J及激光测距仪感应的集装箱实际高度H2进行运算和比较(见图3)。

图2　激光探头设定位置

图3　H1、 H2、 H3示例

H1:吊具起升高度,此数值为起升编码器数值；H2:经过路线上的箱高，此数值为激光测距仪测定数值；H3:吊具上的箱子高度。

2.3功能实现

在系统程序中,比较H1-H3的值与H2的值的大小。国际标准普通集装箱高度为2 591 mm (8.5 ft),超高箱为2 896 mm (9.5 ft),考虑到不同的箱高，取最高箱数值，设定为2 900 mm,并且保证有一定的安全余量，实际设定的安全余量为200 mm。

在实际运行中，有空吊具和吊运集装箱2种工况。

2.3.1空吊具

空吊具时，系统通过检测到吊具开锁信号，判断吊具为空吊具，没有吊运集装箱，则H3为0。

(1) 防撞箱功能不启动。当H1-0-200>H2时，此时，吊具底部高于运动方向的箱高，则防撞箱功能不启动，系统工况不变。

(2)防撞箱功能启动。H1-0-200

2.3.2吊运集装箱

取最高集装箱高度2 900 mm。

(1)防撞箱功能不启动。当H1-2 900-200>H2时，此时，吊运箱子底部高于运动方向的箱高，则防撞箱功能不启动，系统工况不变。

(2)防撞箱功能启动。H1-2 900-200

2．4防撞箱功能启动时的工况

(1)小车在水平方向设置减速区和停止区，见图4。

图4　减速区和停止区的设定

目的：用以防止吊具及吊箱在水平运动过程中，当吊运箱子底部没有超过运动路线上摆放的箱子时发生碰撞。

功能描述：空吊具或所吊箱边缘进入A区域时，即系统检测到吊具或所吊箱的底部低于运动路线上的箱高时，小车开始减速至10%。

为了兼顾作业效率，在减速到10%后，吊具移动到B位置，系统再次测算一下运动方向上的箱高，如果吊具或所吊箱底部依然低于运动方向上的箱高，则继续减速直至停止。如果吊具或所吊箱底部高于运动方向上的箱高，则防撞箱功能关闭，可以正常作业。为了方便司机找小钩短时移动小车，当小车水平运动停止后，小车手柄需回零，回零后可进行点动操作，每次点动最多可持续3 s。

这样吊具及吊箱在水平运动过程中，当起升高度超过运动路线上摆放的箱子高度加上一定安全距离后，小车才可达到额定速度，小车在远离目标箱时不受减速区的限制。

(2)小车在一二层设置半减速区，见图5。

图5　半减速区的设定

目的：空吊具或吊箱底部在6 m以下，小车水平方向速度最大只有50% 额定速度，防止吊具及吊箱在1-2层时因启动防撞箱功能摆动幅度过大发生碰撞。

功能描述：从小车平台到地面高度为25 m左右，吊具高度在1-2层高时，如果遇到小车突然停止运动，其摆动幅度很大，易与目标箱运动路线上的箱碰撞。所以设定当空吊具或所吊箱的底部在场区内6 m(2层箱高度加上0.2 m的安全距离)以下的范围水平移动时，最大速度只能为50% 额定速度。

3安装及调试过程

3．1安装要求

激光测距仪安装位置需保证光点垂直向下。

(1) 横向,即大车运行方向。只需在吊具钢丝绳里侧任意位置即可，这样20 ft或40 ft集装箱均可检测到。

(2)纵向，即小车运行方向。本机原小车运行速度为70 m/m(铭牌上标识)即7/6(m/m)，减速时间3 s。

小车从全速减速至停车距离为：

在场地上两个箱位间约为150 mm左右，所以前保护激光测距仪选择的安装位置为吊具导板前1.6 m左右，后退检测激光测距仪位置同理。

该位置的选择需要兼顾效率和安全，安装太靠前会导致即使在慢速时，保护动作仍过早触发，致使小车过早减速，影响作业效率；安装太靠后又不能防止小车全速时突然停止动作后与运动路线上的箱子发生碰撞，同时还要考虑激光检测本身的滤波时间以及制动器自身机械抱闸滞后及惯性导致的滑行距离等因素。

3．2安装位置

(1)小车架安装的前激光测距仪装置位置，见图6。

图6　小车架前部激光探头

图6左边为地面仰视拍摄的前部激光探头，右边为小车架向下拍摄前部激光探头。

(2)小车架安装的后激光测距仪装置位置如图7所示。

图7　小车架后部激光探头

图7左边为小车架向下拍摄的后部激光探头，右边为地面仰视拍摄的后部激光探头。

3．3调试

首先需要取得2个高度值。

(1)起升净高度。开锁状态，为起升高度值,即起升编码器的值；闭锁状态，为起升高度值减去集装箱高度(取超高箱高度2 900 mm)。

(2)吊具前方集装箱高度。激光4-20 MA信号接入模拟量模块，通过斜线关系程序可算得实时高度。起升净高度低于运动方向集装箱200 mm时，防撞箱保护功能触发。此时首先滤波0.1 s消除激光可能发生的误动作，小车逐渐减速至额定速度的10%，判断防撞箱功能启动条件是否满足，如依然满足，则继续减速直至小车停止。如果在减速过程中司机发现吊具或吊具高度低于运动路线上箱高而起升吊具，系统检测到防撞箱功能启动条件已不满足，则该功能关闭，工况恢复正常操作。

在保留原有小车速度参数的情况下，全速下测试小车停下的位置仍会发生有限幅度的撞箱。经多次现场检测，最终调试的数据为，小车全速的减速时间降为2.2 s，闭锁状态时小车最高速度降为额定速度的75%，开锁状态时小车最高速度降为额定速度的85%。这样全速下防撞箱保护后，吊具下集装箱减速停止后的位置距离前(后)方100 mm左右。

在起升净高度低于4.8 m时，小车最高运行速度限制在额定速度的50%，避免防撞箱功能启动后晃动过大撞箱。在实际操作中，这个高度的作业通常是在吊一个箱子过地面的另一个箱子。另外吊具实际高度为3.2 m以下时，即一层箱高度时候，取消防撞箱功能。

为了防止激光异常或其他原因可能造成此功能影响作业，在司机室设置防撞箱旁路转换开关，可选择取消此功能。

4结语

经过设计安装后，轮胎吊装卸作业防撞箱功能在一些危险时段，如中午、凌晨等司机精神容易疲劳时起到了很好的保护作用，避免了司机因误操作造成箱损和货损，确保了轮胎吊装卸过程的安全，为客户提供了安全优质服务。

柳广良： 266550，青岛市黄岛区前湾港奋进四路

Design and Realization of Container Anticollision System in RTG Handling Operation

Qingdao Qianwan Container Terminal Co.,Ltd.Wang FeiZhou QiangLiu GuangliangShan Yu

Abstract：According to the actual working condition of rubber-tyred gantry (RTG) handling operation, the method of laser distance measurement is used to design the container anticollision protection program. The saver can effectively avoid the container collision accident caused by the RTG operator misoperation.It can not only reduce the economic losses of the port, but also can avoid the influence caused by the damage of the port′s reputation.

Key words:rubber-tyred gantry；container anticollision；protection program；terminal loss

收稿日期：2015-12-21

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.004