JG京工科业-JGYLMQ-B 型集装箱龙门式起重机实训装置
一、项目背景与建设意义
1.1 项目背景
随着全球港口物流业的快速发展，自动化集装箱码头对专业技术人才的需求日益增长。传统的理论教学模式难以满足现代化港口机械操作与维护的实训需求，特别是在高成本、高风险的重型机械实操培训方面存在明显短板。
1.2 建设目标
本项目旨在建设一套 JGYLMQ-B 型集装箱龙门式起重机实训装置，通过等比缩放真实港口龙门式起重机的结构与作业流程，打造集机械传动、电气控制、传感器技术、 PLC 编程及故障诊断于一体的综合性实训平台。该装置将构建高度仿真的虚拟作业环境，有效解决学员 " 不敢上手、无处练习 " 的实际问题，实现从理论知识到实操技能的无缝转化。
二、概述
集装箱龙门式起重机是以自走式门座为载体配以起重设备工作装置和操纵机构组成的港口自行起重机械，是工程机械中用途很广泛的一个机种。它是海港、海运码头等工程中起运、提升的专用作业机械。
三、系统总体架构与技术方案
1.1 整体设计理念
本实训装置采用 " 全金属结构模拟主机 + 远程智能化控制台 " 的分离式架构设计，确保实训过程的安全性与便捷性。系统严格按照工程力学比例缩放，采用高强度型钢与 45 号钢精加工制造，表面经防腐喷塑处理，确保设备的耐用性和操作手感的真实性。
1.2 核心子系统组成
1.2.1 高度仿真的机械执行系统
1.2.1.1 装置主体包含双门式门架、大车行走、小车行走及标准集装箱吊具，各运行机构均采用高性能驱动系统，配合精密减速传动机构，实现平稳运行和精准定位。
1.2.1.2 场桥采用轨道式场桥模型设计。场桥整体结构采用 Q235 和 Q355B 金属铁板（主要受力构件用 Q355B ，次要受力构件用 Q235 ），重要部件壁厚不低于 10mm, 激光切割气保焊焊接成型，采用的汽车金属漆烤漆工艺效果。板材成型采用压力机和弯管机进行矫正和弯曲成型，不采用锤击方式。连接孔采用机床钻孔。
1.2.1.3 采用高标准的 AWS 标准进行焊接工艺。焊接工艺检验按照 JB-T 10559-2018 中 F 级、 GB/T 3323-2019 中 II 级标准进行检验。。金属结构具有良好的刚度、强度、疲劳和稳定性。金属防锈及表面处理：底漆喷涂含锌环氧树脂漆，表面喷涂汽车油漆标准漆。
1.2.2 智能化的电气控制系统
控制核心：采用工业级可编程逻辑控制器（ PLC ）作为主控单元，构建分布式控制系统
人机交互：配备 15 寸工业级触控一体显示屏，集成操作界面、状态监控、数据记录
安全防护：配置漏电保护（ 30mA 动作）、过压保护及紧急断电装置
1.2.3 多维度的传感与反馈系统
通过部署高精度编码器、限位传感器、称重传感器及光电检测装置，实时采集设备运行状态，实现自动着箱及终点限位保护等智能化功能。
四、核心实训项目
1.1 轨道双门式门架、大车行走、小车行走、电器、传动各元部件结构及工作原理观摩。
1.2 门座、行走机构、卷扬机构、吊具、滑轮、卷筒、制动器、集装箱等机电一体化演示控制实验。
1.3 可编程序控制器（ PLC ）电气控制实验：机 - 电一体化控制实验。
1.4 场桥标准化作业实训
大车 / 小车运行：练习行走机构的启动、调速、精准停靠及防撞操作
起升降作业：练习重物的起升、下降、空中悬停及越障操作，重点掌握稳钩技术
安全保护验证：验证超速保护、终点限位急停、紧急制动等功能响应机制
1.5 吊具作业与联锁控制实训
1 ． 5.1 接通吊具电源、信号指示灯；
1.5.2 吊具导板收、放（海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起）、信号指示灯 （ 由于我们对机械结构和电气控制进行了一定的优化设计，使导向板在吊具与集装箱对箱有偏差时，也能顺利将吊具精准对正集装箱 ） ；
1.5.3 吊具开、闭锁，限位开、闭锁、信号指示灯；
1.5.4 吊具前后倾、限位急停、复位、左右倾、限位急停、复位、信号指示灯；
1.5.5 吊具水平回转、限位急停、复位、信号指示灯；
1.5.6 吊具具有伸缩和定位功能，能自适应集装箱的长度和对中；
1.5.7 超重保护、偏载保护、着箱信号指示灯。
1.5.8 保护功能测试：验证超重、偏载状态下的保护机制及着箱信号反馈逻辑
1.6 电气控制与自动化编程实训
PLC 编程：开放 PLC 底层程序接口，供学员进行逻辑控制程序的编写、下载与调试
变频器调试：学习变频调速系统的参数设置、多段速控制方法。
通讯网络构建：练习工业总线的组网与通讯测试
五、各部分组成：
1 、场桥部分：
1.1. 开机、关机、信号指示灯
1.2. 大车行走、调速、制动、复位、防撞功能、超速保护、信号指示灯；
1.3. 小车行走、调速、制动、复位、防撞功能、超速保护、信号指示灯；
1.5. 升降高度设定、起升、调速、超速保护、终点限位急停、复位、制动、复位、下降、调速、超速保护、制动、复位、信号指示灯。
1.6. 线缆收放：电缆卷筒装置与吊具起升降同步、 （ 传感器实时监测线缆的松紧，保护电缆与信号线缆不会拉断 ）
1.7 ．照明灯光。
2 、吊具部分： 吊具为多层结构，上架四角装有滑轮组，腰部装有回转电机组、主动齿轮及位置传感器，电控及指示灯组，中心位置安装有线缆收纳桶。中架安装有从动齿轮等，电缆、信号线缆从中间轴心穿过，下架四角各安装有开闭锁机构，导向板机构，底架为伸缩架等。
2.1. 接通吊具电源、信号指示灯；
2.2. 吊具导向板收、放（前侧放下、后侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起）、信号指示灯；
2.3. 吊具开、闭锁、限位开、闭锁、信号指示灯；
2.4. 吊具具有伸缩和定位功能，能自适应集装箱的长度和对中；
2.5. 超重保护、偏载保护、着箱保护 （ 着箱器接触集装箱时，触发卷扬电机制动，使吊具和集装箱形成柔性接触，避免损坏机具，延长使用寿命 ）， 信号指示灯。
六、性能与特点
1 、本实验装置按实物 20 比 1 比例、落地式结构，远程机电控制台柜、实训时学生可在安全区操作本装置。
2 、电气操作控制台为分离式，机电控制柜放置于门座式起重机侧安全区内。整体结构紧凑，协调，布局美观大方，实用性强，可供 4-6 人实验。
3 、电气控制系统（电控柜）包含：外电接入、强电区，弱电区、通讯接入，分路控制单元（秦江系例、三菱系例）、照明单元、通讯单元、仪表单元、 15 寸触控一体显示屏等；
4 、带二相漏电保护、输出电压 220V ，对地漏电电流超过 30mA 即切断电源；电气控制采用直流 24V 电源，并带有过压保护，防止误操作损坏设备。
七、主要技术参数
1 、起重机组：
1.1 小车行走系统：变频带减速调速带制动电机： 1 台、功率： 1.1KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压： 220V
1.2 卷扬机组：变频带减速调速带制动电机： 4 台、功率： 1.1KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压： 220V
1.3 线缆收放电机组： 1 台， 0.37KW ， 220V
1.4 集装箱吊具： 1 架（单箱）、外形规格： 0.6×0.115×0.48m
2 、大车行走系统：
变频带减速调速电机组： 4 台、功率： 1.5KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压 220V 、轨道： 5 米
3 、实训装置
3.1 外形尺寸：长 3200mm× 宽 1450mm× 高 1800mm （双门型）
3.2 集装箱： 1 台、外形规格： 0.6×0.115×0.125m
3.3 设备全重：≦ 1000kg
八、电气控制系统
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变频调速制动电机
1.1 数量与规格：
1.1.1 起升机构（卷扬机）： 4 台， 1.1KW ， 220V;
1.1.2 小车行走机构： 1 台， 1.5KW ， 220V;
1.1.3 大车行走机构： 4 台， 1.5KW ， 220V;
1.1.4 线缆收放电机组： 1 台， 0.37KW ， 220V 。
1.2 作用：
1.2.1 动力输出：驱动各个机构运转。
1.2.2 变频调速：实现 12-200r/min 可调，让启动和停止更平稳，防止集装箱晃动。
1.2.3 制动功能：断电时抱闸，防止重物坠落或机构滑动
2. 变频器（ VFD ）
2.1 调速：接收 PLC 指令，改变电机转速，实现无级调速。
2.2 软启动 / 软停止：减少电流冲击，保护电机。
2.3 制动控制：配合电机的制动电阻，实现快速刹车。
3 、可编程逻辑控制器（ PLC ）
3.1 逻辑控制：处理所有的按钮信号（如“起升”、“下降”、“急停”），并发出指令给变频器和接触器。
3.2 安全互锁：实现超速保护、限位急停等安全逻辑（例如：只有当吊具接触集装箱后才能闭锁）。
4 、触摸屏（ HMI ）
4.1 作为 HMI （人机界面），实时显示各个 I/O 的工作状况及控制操作 ，以及 负载指标、空中吊具位置、故障报警信息，同时也可作为参数设置入口，包括设置升降高度、行走位置等。
5 、继电器与接触器
5.1 中间控制：用小电流（ PLC 输出）控制大电流（电机、电磁阀），保护 PLC 。
5.2 电源切换：控制主电源的通断。
6 、断路器与漏电保护器
6.1 短路保护：三相漏电保护。
6.2 过载保护：当电流过大时自动跳闸，防止烧毁设备。
7 、传感器
7.1 限位开关（行程开关）
7.1.1 终点保护：安装在大车、小车、起升机构的极限位置。当运行到尽头时，撞到开关，强制停止。
7.1.2 防撞功能：防止大车 / 小车撞到轨道尽头。
7.2 编码器
7.2.1 位置反馈：精确计算吊具的高度和小车的位置，实现“定点停靠”。
7.2.2 速度反馈：监测电机实际转速，防止超速。
7.3 称重传感器（或压力传感器）
检测集装箱重量，实现“超重保护”和“偏载保护”。如果重量异常， PLC 会禁止起升动作。
7.4. 接近开关 / 光电传感器
7.4.1 着箱检测：检测吊具是否已经准确落在集装箱上。
7.4.2 开闭锁检测：检测吊具的锁头是否锁紧。
8 、 辅助与安全保障（其他电气元件）
8.1 电控柜
容纳 PLC 、变频器、断路器等核心元件。“落地式结构”、“分离式”，柜体的散热和防尘。
8.2 操作台（联动台 / 按钮站）放置在安全区，供学生操作。包含：
8.2.1 主令控制器（摇杆）：控制速度和方向。
8.2.2 按钮：急停按钮（红色蘑菇头）、启动、停止、照明开关。
8.3 线缆与拖链系统
8.3.1 动力电缆：传输 220V 动力电。
8.3.2 控制电缆：传输 PLC 信号。
8.3.3 拖链：保护移动部件（大车、小车）上的线缆，防止缠绕和磨损。
9 、 自动化作业流程：
9.1 卸车作业：
通过系统控制启动大车（横向移动）和小车（纵向移动）移动至集装箱上方，启动卷扬电机和电缆收放电机将集装箱吊具向集装箱上方降落，同时启动导向板机构将导向板放下（ 海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起 ），吊具落到集装箱正上方后，着箱器接触到集装箱即触发卷扬机制动，这时启动执行机构使吊具闭锁机构闭锁，这时启动卷扬电机使吊具上升到一定高度同时启动小车移至预定码垛的箱位正上方，再通过卷扬机将集装箱吊具放到箱位上，放好后打开吊具闭锁机构。卸载集装箱（可设定连续作业），作业完成后启动大车移至停车位，一个卸车作业流程完成。
9.2 装车作业：
通过系统控制启动大车（横向移动）和小车（纵向移动）移动至预定码垛区集装箱箱位上方，启动卷扬电机和电缆收放电机将集装箱吊具向集装箱上方降落，同时启动导向板机构将导向板放下（ 海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起 ），吊具落到集装箱正上方后，着箱器接触到集装箱即触发卷扬机制动，这时启动执行机构使吊具闭锁机构闭锁，这时启动卷扬电机组使吊具上升到一定高度同时启动小车移至 AGV 上方，启动卷扬电机组将将集装箱卸装在 AGV 上，集装箱安放好后开启吊具开锁机构，再启动卷扬电机组将吊具上升到一定的高度（可设定连续作业），同时启动大车移至停车位，一个装车作业流程完成。
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