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港口大型集装箱装卸设备轮胎式龙门起重机（以下简称“轮胎吊”）是高耗能的用油设备。近年来，我国港口企业大力開展节能减排工作，其中，用油轮胎吊的高架滑触线供电改造（即“油改电”）的节能效果突出。“油改电”后，轮胎吊的动力来源由原来的柴油发动机组改为社会电网供电。本文针对“油改电”轮胎吊碳刷状态监控及维护难点，设计碳刷智能保护报警装置，保障“油改电”系统稳定、高效运行。
1 “油改电”轮胎吊碳刷工况
轮胎吊实施“油改电”后，集装箱堆场上方架设三相四线制高架滑触线供电网络。轮胎吊通过集电杆与电网连接，集电杆顶端装有碳刷（见图1）。在工作状态下，随着轮胎吊大车的移动，集电杆顶端的碳刷在高架滑触线上滑行而日渐磨损。一旦磨损过度，碳刷与滑触线就会因接触不良而产生打火现象，从而给滑触线和设备造成损害，甚至可能导致电网跳电、滑触线熔断等重大故障或事故。鉴于此，有必要定期检查碳刷的磨损情况和工作状态，及时更换磨损过度或接触欠佳的碳刷。
2 “油改电”轮胎吊碳刷日常维护难点
高架滑触线距离地面超过30m，轮胎吊碳刷经集电杆与滑触线直接接触，其安装位置与轮胎吊最高操作平台的距离约为5m；因此，若要检查碳刷状态，必须降下集电杆。为保持碳刷与滑触线接触良好，升降集电杆需要克服一定的压力，单人操作难以完成。可见，人工开展碳刷日常检查维护的工作环境恶劣，工作强度高，工作量大，且存在严重的安全隐患。以宁波舟山港集团有限公司为例，该公司有轮胎吊52台，仅靠人工检查和维护碳刷的难度较大。
3 “油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置功能
宁波舟山港集团有限公司研制“油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置的基本思路是：在碳刷特定位置埋藏一根光纤信号线，形成光纤通路；一旦碳刷磨损超过允许值，光纤通路即被切断，从而引发声光报警。如图2所示，“油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置由集电靴头、碳刷、光纤信号线、光纤转接器等组成。
“油改电”轮胎吊取电装置的集电靴头如图3所示。靴头内安装有碳刷，碳刷和集电靴头两侧铜片在碳刷最低磨损位置开有直径为3mm的孔。光纤信号线穿过该孔与光纤转接器相连，A、B、C和PE等4个靴头内各安装1个碳刷，分别与4条滑触线接触。A、B、C和PE等4路光纤信号经光纤信号连接线输入碳刷智能保护板（图4）上的信号输入口，通过碳刷智能保护板的可编程逻辑控制器信号输出接口与“油改电”轮胎吊的可编程逻辑控制器连接。
碳刷智能保护报警装置的功能主要通过碳刷智能保护板来实现。当碳刷磨损到极限时，光纤信号连接线被磨断，光纤信号经碳刷智能保护板中的光纤信号输入单元输入碳刷智能保护板。该信号经过模块转换后，使碳刷智能保护板得到警示信号：碳刷智能保护板上的警示灯由绿色转为红色，蜂鸣器发出警示声；同时，碳刷智能保护板发出信号给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器执行保护程序。值得一提的是，在碳刷智能保护报警装置模式下，任何一相碳刷磨损均会引发系统报警并执行保护程序。碳刷智能保护板由220V交流电与12V直流电转换电路供电。
4 “油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置的特点及效益
第一，碳刷智能保护报警装置具有结构简单、工作稳定、成本低、通信可靠等优点，在对“油改电”轮胎吊碳刷起到安全保护作用的同时，极大提高港口生产安全性。此外，该装置设计思路新颖，工艺先进，实际使用效果优异，获得国家实用新型专利。
第二，碳刷智能保护报警装置解决了依靠人工检查碳刷状态所存在的工作量大、劳动强度高等问题，大大改善作业人员的工作环境。
第三，碳刷智能保护报警装置使碳刷更换更加合理，避免因人工判断失误而造成的非必要更换，从而减少资源浪费，降低“油改电”系统运行维护成本。
1 “油改电”轮胎吊碳刷工况
轮胎吊实施“油改电”后，集装箱堆场上方架设三相四线制高架滑触线供电网络。轮胎吊通过集电杆与电网连接，集电杆顶端装有碳刷（见图1）。在工作状态下，随着轮胎吊大车的移动，集电杆顶端的碳刷在高架滑触线上滑行而日渐磨损。一旦磨损过度，碳刷与滑触线就会因接触不良而产生打火现象，从而给滑触线和设备造成损害，甚至可能导致电网跳电、滑触线熔断等重大故障或事故。鉴于此，有必要定期检查碳刷的磨损情况和工作状态，及时更换磨损过度或接触欠佳的碳刷。
2 “油改电”轮胎吊碳刷日常维护难点
高架滑触线距离地面超过30m，轮胎吊碳刷经集电杆与滑触线直接接触，其安装位置与轮胎吊最高操作平台的距离约为5m；因此，若要检查碳刷状态，必须降下集电杆。为保持碳刷与滑触线接触良好，升降集电杆需要克服一定的压力，单人操作难以完成。可见，人工开展碳刷日常检查维护的工作环境恶劣，工作强度高，工作量大，且存在严重的安全隐患。以宁波舟山港集团有限公司为例，该公司有轮胎吊52台，仅靠人工检查和维护碳刷的难度较大。
3 “油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置功能
宁波舟山港集团有限公司研制“油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置的基本思路是：在碳刷特定位置埋藏一根光纤信号线，形成光纤通路；一旦碳刷磨损超过允许值，光纤通路即被切断，从而引发声光报警。如图2所示，“油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置由集电靴头、碳刷、光纤信号线、光纤转接器等组成。
“油改电”轮胎吊取电装置的集电靴头如图3所示。靴头内安装有碳刷，碳刷和集电靴头两侧铜片在碳刷最低磨损位置开有直径为3mm的孔。光纤信号线穿过该孔与光纤转接器相连，A、B、C和PE等4个靴头内各安装1个碳刷，分别与4条滑触线接触。A、B、C和PE等4路光纤信号经光纤信号连接线输入碳刷智能保护板（图4）上的信号输入口，通过碳刷智能保护板的可编程逻辑控制器信号输出接口与“油改电”轮胎吊的可编程逻辑控制器连接。
碳刷智能保护报警装置的功能主要通过碳刷智能保护板来实现。当碳刷磨损到极限时，光纤信号连接线被磨断，光纤信号经碳刷智能保护板中的光纤信号输入单元输入碳刷智能保护板。该信号经过模块转换后，使碳刷智能保护板得到警示信号：碳刷智能保护板上的警示灯由绿色转为红色，蜂鸣器发出警示声；同时，碳刷智能保护板发出信号给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器执行保护程序。值得一提的是，在碳刷智能保护报警装置模式下，任何一相碳刷磨损均会引发系统报警并执行保护程序。碳刷智能保护板由220V交流电与12V直流电转换电路供电。
4 “油改电”轮胎吊碳刷智能保护报警装置的特点及效益
第一，碳刷智能保护报警装置具有结构简单、工作稳定、成本低、通信可靠等优点，在对“油改电”轮胎吊碳刷起到安全保护作用的同时，极大提高港口生产安全性。此外，该装置设计思路新颖，工艺先进，实际使用效果优异，获得国家实用新型专利。
第二，碳刷智能保护报警装置解决了依靠人工检查碳刷状态所存在的工作量大、劳动强度高等问题，大大改善作业人员的工作环境。
第三，碳刷智能保护报警装置使碳刷更换更加合理，避免因人工判断失误而造成的非必要更换，从而减少资源浪费，降低“油改电”系统运行维护成本。