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—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靠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。而小车被压到靠板上的动力为 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，浮动范围有不能做 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靠 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 方的靠板上， 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靠板向下 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 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 3为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意� �；

图 4为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意� �；

图 5为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意� �；

图 6为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意� �；

图 7为本发明小车及接驳装置的另一种结构示意� �；

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、 保护用刚性拉索弹性索， 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� �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� �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� �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� �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� �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� �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 性拉锁长度）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)， 因此弹性拉锁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。