岸桥起升绝对值编码器误差原因分析
及清零工况优化
天津港欧亚国际集装箱码头有限公司 工程技术部 武彬
摘要：通过分析岸桥起升绝对值编码器产生误差的原因，结合现有设备条件，提出可行的改进优化方案，以求降低绝对值编码器清零后的误差，为起升机构安全运行及行程保护提供可靠的保障。
关键词：岸桥 绝对值编码器 误差 清零工况
1、引言
我公司现有11台由上海振华港机制造的65T-66M岸边集装箱起重器（简称岸桥），其起升高度为轨道以上43米，轨道以下－米。为了保证起升机构在行程范围内运行，在起升钢丝绳卷筒轴端配有机械凸轮限位，凸轮限位中“上停止”点设定为43米，小车吊具在海测时“下停止”点设定为－米；同时，起升机构还安装有绝对值编码器，起升机构运动时，通过发送脉冲信号用于计算岸桥实际高度，为起升安全行程提供软件保护。绝对值编码器以凸轮限位“上停止”点作为清零点，即：当凸轮上停止限位动作，同时打开编码器旁路，起升机构高度数值将被设定为43米。但是通过近两年的运行发现，编码器清零后，高度数值仍存在~米的误差，对于设备安全运行及大型集装箱船“跃高”作业能力产生了很大影响，针对该情况，我们分析了误差产生的原因，并且改进了编码器清零的工况流程，下面就该问题结合实际实践进行重点讨论。
2、改进前起升绝对值编码器清零工况
岸桥前大梁放置在水平状态，操作吊具倾转回零，并将吊具放到地面位置，保持吊具转锁不接触地面，起升钢丝绳处于张紧状态，此时起升编码器数值即为误差数值。针对误差进行清零操作：首先将吊具拉起至接近但不接触上停止43米位置，然后打开编码器旁路，继续操作起升向上直至凸轮限位上停止点动作，编码器高度数值将被赋值43米，最后关闭编码器旁路，清零操作完毕。
由此可见，凸轮限位的位置精度直接影响编码器清零后的误差大小。
3、编码器误差产生的原因分析
岸桥起升绝对值编码器产生原因主要有两方面：一、编码器自身分辨率精度及外界条件干扰误差。二、由于岸桥起升绝对值编码器清零以起升凸轮限位为标准，所以凸轮限位的位置误差对清零后误差大小起决定作用。相比较，第二种情况是目前存在误差的主要原因。
那么，对于凸轮限位在出厂调试调整正常后，误差是如何产生的呢？下面做进一步分析。
凸轮限位误差产生原因一：
岸桥起升机构使用2根700米长韩国DSR钢丝绳，当达到作业箱量后需要进行更换，由于更换完新的起升钢丝绳，在使用一段时间后会产生永久性结构性伸长；根据DSR钢丝绳技术资料，结构性伸长率为%，即700米长钢丝绳使用一段时间，永久性伸长可达米，结合钢丝绳的缠绕方式，反映到起升高度误差最大可达（参照附图一），即误差最大可达米，考虑到钢丝绳实际使用比700米短约10米，并且有约9圈（每圈长度约米）在卷筒上作为安全保护余量，实际使用的钢丝绳长度约为
米，永久性伸长为米，折算到起升位置误差为米。如果以此凸轮限位为标准清零编码器后，起升编码器高度值将比实际高度值大米。
图一 岸桥起升钢丝绳缠绕示意图
凸轮限位误差产生原因二：
由于更换钢丝绳需要将起升凸轮限位与起升卷筒的齿轮啮合连接脱开，更换完毕恢复连接啮合，所以，即使在吊具同一高度拆、装凸轮限位，由于齿轮啮合窜动，也会间接影响到凸轮限位位置窜动，产生位置误差。
综合以上两个原因，产生的凸轮限位的累积误差，最终通过编码器清零，将误差反映到编码器高度数值上，进而对岸桥起升安全行程保护及跃高作业能力产生限制。
4、起升绝对值编码器清零工况优化方案
针对换绳后起升位置会产生至少约米的误差，如果不及时纠正，容易造成作业时，吊具在0-陆侧抓箱或者重箱落车时，造成砸箱情况出现。此外，如果在这种情况下，仍然使用起升凸轮限位上停止点清零，会造成起升绝对值编码器存在米的误差（即，清零完毕后，吊具实际在地面位置时，起升编码器数值为米左右），导致作业时，起升高度达不到43米，凸轮限位动作，起升向上无动作。
除此之外，考虑到在大船跃高作业，上停止点（43米）满足不了作业时，司机目前使用“超程旁路”，将吊具高度拉到43米以上才可作业，此时，重锤限位成为最后一道保护，倘若失效，容易造成吊具冲顶事故发生。
针对上述问题及隐患，下面就解决编码器清零存在误差问题、重锤限位多级保护问题提出解决方案。
优化方案一：
在起升重锤位置增加硬件限位，取消凸轮限位上停止点的清零功能，凸轮限位仅作保护监测功能，将清零点功能设定在第一级重锤限位上。第二级重锤限位作为最后一道起升机构保护。各点位高度设定值如下：凸轮限位起升上停止仍为43米，起升清零点即第一级重锤限位为米，第二级重锤限位为44米。
方案一优点：
1.起升清零点为固定高度点，一旦限位安装调整定位完毕，不受钢丝绳伸长的影响，当换绳造成起升凸轮限位误差后，通过清零编码器后，利用编码器数值校正调整起升凸轮限位。
2.增加第二级级重锤限位保护，避免清零点(第一级重锤限位失效)吊具冲顶事故的发生。
方案一缺点：
1.目前11台岸桥现有重锤限位高度设定值不同，数值分布在—米之间，须作统一调整。
2.增加第二级重锤限位，须重新设计布置限位挡板机构形式，限位采购、布线等，改造时间长，高空吊具上架作业施工较困难。
3.小车顶开孔电焊作业，，设计不合理破坏原结构或存在高空坠物隐患。
优化方案二：
取消原起升凸轮限位上停止点的清零功能，将起升机构清零点设定在地面，清零工况如下：起升下降使得吊具转锁距离地面10公分——电气室打开编码器旁路——地面操作站清零操作（清零按钮保持10秒）——零位指示灯亮——关闭编码器旁路——清零完毕；
起升绝对值编码器清零完毕，此时误差为零，以此为标准对起升凸轮限位检查校正调整。对于当重锤限位保护失效，司机打“超程旁路”给起升向上时，可以借助于吊具电缆卷盘凸轮限位中的满盘信号作为最后一道保护，吊具电缆卷盘满盘信号调整到当起升重锤限位动作之后动作，满盘信号串到起升运行连锁中，避免起升继续向上撞到小车顶事故发生。
方案二优点：
1.无需额外限位的采购和现场安装改造施工，地面清零直观清楚，保证清零效果。
2.定期对重锤限位、吊具电缆卷盘凸轮限位、起升凸轮限位检查调整，保证限位保护安全可靠。
5、编码器清零工况优化实践效果
在设备运行中，我们选择了后者作为实践的方案，通过改进编码器清零参照标准，降低了起升绝对值编码器误差，避免了更换钢丝绳所产生的误差影响，参照清零后的编码器数值，进一步校准了凸轮限位位置，为设备安全可靠运行提供了必要条件。
参考文献
[1] 安川电机株式会社.CP717使用说明书.2000，4
[2]上海振华港口机械股份有限公司.岸桥使用维修说明书.
