延長(zhǎng)龍門(mén)吊防搖鋼絲繩使用壽命的幾點(diǎn)做法

1、延長(zhǎng)龍門(mén)吊防搖鋼絲繩使用壽命的幾點(diǎn)做法寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司賀賢良摘要：本文從龍門(mén)吊液壓式防搖系統(tǒng)入手，在結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量和模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)防搖液壓系統(tǒng)、防搖鋼絲繩及各個(gè)傳動(dòng)部件的改進(jìn)，確定了最佳改造方案，并經(jīng)兩年實(shí)踐驗(yàn)證未發(fā)生一起斷繩現(xiàn)象。關(guān)鍵字：液壓 防搖 鋼絲繩 經(jīng)濟(jì) 節(jié)能隨著目前全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)節(jié)能的措施已經(jīng)貫穿于企業(yè)的方方面面，從環(huán)境保護(hù)到科學(xué)節(jié)能，從成本控制到結(jié)構(gòu)整合，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)已經(jīng)成了必然選擇。為此我們企業(yè)在響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的前提下，對(duì)港口裝卸設(shè)備龍門(mén)吊防搖液壓系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，從很大程度上達(dá)到了經(jīng)濟(jì)型、節(jié)約型的節(jié)能目標(biāo)。龍門(mén)吊防搖系統(tǒng)是龍門(mén)吊

2、的重要組成部分，目前該系統(tǒng)主要有以下幾種設(shè)計(jì)形式：力矩電機(jī)防搖，變頻電機(jī)防搖，雙向防搖（8繩懸掛系統(tǒng)），電子隨動(dòng)防搖，液壓防搖等。其中液壓防搖系統(tǒng)是各個(gè)碼頭使用較多，相對(duì)性?xún)r(jià)比較高的一種。從目前寧波港各港區(qū)的使用情況來(lái)看，該系統(tǒng)中存在防搖鋼絲繩的使用壽命普遍較短的問(wèn)題，如果能在該問(wèn)題上找到一種可靠、穩(wěn)定、有效的節(jié)能經(jīng)濟(jì)的方案，將會(huì)對(duì)港口場(chǎng)橋直接經(jīng)濟(jì)成本帶來(lái)較大的減少。一 防搖液壓系統(tǒng)原理以下是龍門(mén)吊吊具負(fù)載時(shí)液壓防搖原理簡(jiǎn)述：在小車(chē)架上裝有兩個(gè)減搖用鋼絲繩卷筒，卷筒通過(guò)齒輪嚙合與起升卷筒按1：2速比旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)蹙弋a(chǎn)生橫向搖擺時(shí)，在擺動(dòng)前進(jìn)方向側(cè)的2個(gè)液壓缸受拉力作用伸出，同時(shí)壓力升高，導(dǎo)致這2根

3、防搖繩的拉力增大，因而限制了擺動(dòng)的幅度。另一側(cè)的2個(gè)液壓缸在系統(tǒng)油壓力的作用下，活塞桿縮回，消除防搖繩的松懈。當(dāng)?shù)蹙叻聪驌u擺時(shí)，兩組油缸的作用恰好相反，如此循環(huán)，吊具的搖擺幅度迅速減小直到停止。下圖為液壓防搖系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖（圖一：防搖機(jī)構(gòu)圖）。 圖（一）二 存在問(wèn)題通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)追蹤和試驗(yàn)，在調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了分析確認(rèn)，總結(jié)如下：防 搖 鋼 絲 繩 使 用 壽 命 短用 高安裝設(shè)計(jì)備環(huán)境管理 表一：因果分析表箱區(qū)位置分散對(duì)鋼絲繩表面產(chǎn)生腐蝕油品質(zhì)量不過(guò)關(guān) 系統(tǒng)溫度過(guò)低潤(rùn)滑點(diǎn)檢不及時(shí) 環(huán)境溫度影響較大 港口天氣惡劣鋼絲繩內(nèi)扭力加大 鋼絲繩拉力過(guò)大 液壓沖擊力釋放過(guò)大油缸有旋轉(zhuǎn) 系統(tǒng)壓力太大 油缸內(nèi)泄

4、露滑輪位置和材料壓力設(shè)計(jì)不合理過(guò)滑輪磨損大三、 原因分析1 管理方面存在箱區(qū)位置分散、油品質(zhì)量不過(guò)關(guān)和潤(rùn)滑點(diǎn)檢不及時(shí)等問(wèn)題：箱區(qū)位置分散：該問(wèn)題是客戶(hù)分類(lèi)堆放需要，非本論文討論范圍，非主因。油品質(zhì)量不過(guò)關(guān)：跟蹤后發(fā)現(xiàn)油品使用二年后產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，對(duì)比其他港口數(shù)據(jù)，油品使用時(shí)間在正常范圍內(nèi)，非主因。潤(rùn)滑點(diǎn)檢不及時(shí)：嚴(yán)格執(zhí)行鋼絲繩潤(rùn)滑和點(diǎn)檢制度，目前潤(rùn)滑周期為三個(gè)月，同時(shí)根據(jù)港區(qū)作業(yè)量，約每3周時(shí)間安排一次點(diǎn)檢，非主因。2 環(huán)境方面存在鋼絲繩表面產(chǎn)生腐蝕和環(huán)境溫度影響系統(tǒng)溫度變化：鋼絲繩表面產(chǎn)生腐蝕：所有碼頭均處于鹽份含量比較重的海港區(qū)域，表面輕微腐蝕現(xiàn)象不可避免，同時(shí)周邊環(huán)境也沒(méi)有煤、礦、油等因素

5、的影響，非主因。環(huán)境溫度影響系統(tǒng)溫度變化：0.3Mpa區(qū)間內(nèi)，相對(duì)于重箱系統(tǒng)壓力21Mpa，影響較小，非主因。3 安裝方面存在鋼絲繩過(guò)滑輪磨損大和防搖油缸震動(dòng)大：鋼絲繩過(guò)滑輪磨損大：防搖鋼絲繩過(guò)吊具上架滑輪段磨損快，該處易于發(fā)生斷絲斷股現(xiàn)象，同時(shí)小車(chē)架上部分防搖滑輪的布置方式不合理，導(dǎo)致了防搖鋼絲繩在小車(chē)行走方向的磨損加大，影響對(duì)箱準(zhǔn)確性和安全性。（主因）防搖油缸震動(dòng)大：防搖油缸伸出時(shí)為懸臂梁，作業(yè)過(guò)程中頻繁發(fā)生晃動(dòng)、撞擊，導(dǎo)致油封破裂，長(zhǎng)期如此，甚至可能發(fā)生油缸疲勞斷裂，同時(shí)交變應(yīng)力傳遞到防搖鋼絲繩上，引起鋼絲繩內(nèi)扭力的加劇和長(zhǎng)期疲勞。（主因）4 設(shè)計(jì)方面存在系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)不合理和液壓沖擊力釋

6、放不及時(shí)：壓力設(shè)計(jì)不合理：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，系統(tǒng)設(shè)定壓力空吊時(shí)為8Mpa，負(fù)載時(shí)為21MPa,但是在實(shí)際測(cè)量時(shí)卻發(fā)現(xiàn)重載時(shí)吊具慣量較大，導(dǎo)致鋼絲繩張力超出設(shè)定壓力，長(zhǎng)期使用對(duì)鋼絲繩帶來(lái)很大的疲勞。（主因）沖擊力釋放過(guò)大：當(dāng)在重載時(shí)瞬間的壓力沖擊帶給有桿腔較大的容積壓縮，油缸內(nèi)壓力發(fā)生急劇交替升降的波動(dòng)，液體的動(dòng)能換算成液體的彈性能，通過(guò)動(dòng)量定律可近似求得沖擊壓力升高值約等于鋼絲繩額外增加了近似于15%左右的拉力，拉力的交替變化勢(shì)必導(dǎo)致鋼絲繩壽命的簡(jiǎn)短。（主因）四、改進(jìn)方案制定及實(shí)施 針對(duì)上述四個(gè)主因，在以經(jīng)濟(jì)型、節(jié)能型為目標(biāo)的前提下，制定以下方案并實(shí)施：1. 針對(duì)鋼絲繩磨損過(guò)大過(guò)快問(wèn)題，我們通過(guò)對(duì)

7、報(bào)廢鋼絲繩的檢查發(fā)現(xiàn)，在作業(yè)中，防搖油缸活塞桿的頻繁伸縮，過(guò)吊具上架滑輪部分的防搖鋼絲繩反復(fù)受到彎折、磨擦，最終引起疲勞斷裂，因此采用鋼絲繩調(diào)頭、更換滑輪材質(zhì)、改變滑輪布置方式和接繩的方案進(jìn)行處理：A. 采用鋼絲繩調(diào)頭代替換新繩。鋼絲繩繩頭對(duì)調(diào)：鋼絲繩磨損量達(dá)到直徑的6%時(shí)，就將鋼絲繩兩頭對(duì)調(diào),磨損段的鋼絲繩調(diào)到了鋼絲繩卷筒上作為固定端（一般吊具降到地面時(shí)，機(jī)上鋼絲繩卷筒端仍留有3-4圈的繩子，該段鋼絲繩不會(huì)發(fā)生磨損，而原先纏繞在卷筒幾乎全新的鋼絲繩就調(diào)到了過(guò)吊具上架滑輪處） 與不調(diào)頭相比,鋼絲繩壽命延長(zhǎng)了近一倍。 B. 選用尼龍材質(zhì)的滑輪：減輕鋼絲繩磨損，同時(shí)降低滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，把拉動(dòng)鋼絲繩瞬

8、間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。C. 改變防搖繩系統(tǒng)在小車(chē)上的滑輪布置，使原先部分立體交叉的布置方式改為沿小車(chē)行走方向的水平交叉布置方式。如下圖（圖二：小車(chē)架防搖滑輪布置）： 圖（二）D. 接繩：當(dāng)防搖鋼絲繩已經(jīng)完成一次繩頭對(duì)調(diào)后，通過(guò)采用3個(gè)M28的繩夾把一根同直徑1M長(zhǎng)的鋼絲繩與吊架不過(guò)滑輪部分防搖鋼絲繩固定在一起的方式（如圖一所示），該處受交變應(yīng)力作用，由于其受力面積的擴(kuò)大，從很大程度上提高了該處鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度。2針對(duì)防搖油缸震動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次觀察和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)防搖油缸在吊具到達(dá)地面和12米高度時(shí)，油缸的伸長(zhǎng)量達(dá)到最大，此時(shí)油缸的活塞桿端部在重力、鋼絲繩拉力及扭力的三重作用下，出現(xiàn)較大

9、的晃動(dòng)和撞擊，為此我們?cè)诓桓淖冊(cè)仍O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在防搖油缸下加焊導(dǎo)軌槽，使油缸活塞桿始終保持在一條直線上，不僅對(duì)油缸起到了導(dǎo)向、支撐的作用，而且很好的解決了防搖鋼絲繩帶動(dòng)油缸活塞桿旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，同時(shí)有效地避免了因?yàn)楦左w晃動(dòng)劇烈而導(dǎo)致油封破裂的現(xiàn)象。（如圖一所示）3針對(duì)壓力設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題，從工況來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)壓力值低于30bar 時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)接通發(fā)出信號(hào)使二位四通閥的電磁鐵得電，壓力油經(jīng)過(guò)單向閥進(jìn)入防搖油缸的環(huán)形空間。同時(shí)，蓄能器內(nèi)也充滿(mǎn)了液壓油。當(dāng)壓力達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的上限值 50bar時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)使電磁閥的磁鐵斷電,停止向防搖系統(tǒng)供給液壓油。此時(shí)活塞桿伸出的液壓油首先經(jīng)阻尼孔流回蓄能器

10、，由于阻尼作用，導(dǎo)致缸內(nèi)壓力的升高。當(dāng)油壓升至重載溢流閥的設(shè)定壓力（210bar）時(shí),則會(huì)經(jīng)該溢流閥溢回蓄能器，通過(guò)測(cè)量此時(shí)蓄能器的壓力往往在220bar左右。如此大的壓力回流對(duì)于蓄能器的沖擊是非常大的，為此我們考慮降低重載溢流閥的回流壓力，使之從210bar調(diào)整到120bar,并且讓蓄能器安全閥提前動(dòng)作，為此把蓄能器的最大油壓從原來(lái)的70bar設(shè)定成50bar，同時(shí)把壓力開(kāi)關(guān)的高點(diǎn)從50bar調(diào)整到40bar，從而在本質(zhì)上大大減少了鋼絲繩受負(fù)載時(shí)的抗拉力。經(jīng)過(guò)測(cè)試后的壓力最終調(diào)整如下：表二：系統(tǒng)壓力調(diào)整壓力部位調(diào)整前調(diào)整后蓄能器充氣壓力Pa = 20 barPa = 20 bar壓力開(kāi)關(guān)開(kāi)啟

11、壓力 Pon = 30 bar Pon = 30 bar壓力開(kāi)關(guān)關(guān)斷壓力 Poff = 50 bar Poff = 40 bar蓄能器安全閥壓力P 3 = 70barP 3 = 50bar溢流閥空載低壓 P 1 = 80 bar P 1 = 80 bar溢流閥重載高壓 P 2 = 210 bar P 2 = 120 bar4針對(duì)沖擊力釋放過(guò)大問(wèn)題，對(duì)于目前使用的同類(lèi)的油液種類(lèi)和管路材質(zhì)來(lái)說(shuō)，密度和速度c均為定值，通過(guò)公式Prmax=cv，唯一能減少Prmax（液壓沖擊時(shí)壓力的升高值）的辦法是加大回流管路的通流截面以降低v值。為此，我們?cè)谥剌d回油管路上增加了一個(gè)節(jié)流閥，通過(guò)對(duì)閥口通流面積大小的改

12、變達(dá)到減少蓄能器受到峰值沖擊壓力的回流影響，同時(shí)由于節(jié)流閥的阻尼作用，使得大部分的壓力和流量快速的從溢流閥9.1流回油箱，在一定程度上降低了溢流時(shí)給蓄能器帶來(lái)的液壓沖擊力，同時(shí)也大大縮短了防搖鋼絲繩受峰值拉力的影響時(shí)間。最終溢流閥重載高壓120bar時(shí)測(cè)試結(jié)果為，蓄能器沖擊壓力在8595bar范圍內(nèi)，防搖效果略微下降，總體情況非常理想。如圖三所示： 圖三：防搖系統(tǒng)液壓原理圖五、 經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)改造前后龍門(mén)吊防搖鋼絲繩使用壽命對(duì)比圖（圖四） 上述改造從2006年6月開(kāi)始在公司所有諾爾龍門(mén)吊上實(shí)施，按照改造前的防搖鋼絲繩使用壽命計(jì)算（圖四所示），至少延長(zhǎng)了近似于5倍的使用壽命，給每臺(tái)龍門(mén)吊帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益為： 人工費(fèi)為每人小時(shí)30元，更換一根防搖鋼絲繩需要3人耗時(shí)3小時(shí)，即30x3x3=270元，每臺(tái)每?jī)赡旯灿?jì)節(jié)省5400元。材料費(fèi)為鋼絲繩價(jià)格1560元/根，每臺(tái)每?jī)赡旯灿?jì)節(jié)省21200元。如以公司目前已配備的10臺(tái)諾爾場(chǎng)橋?yàn)槔?，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省成本10×（21200+5400）÷2=133000元。六、 結(jié)束語(yǔ) 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是我們國(guó)家“十一五”規(guī)劃的重點(diǎn)，今后集裝箱碼頭必將朝著經(jīng)濟(jì)型、高效型、節(jié)能型、自動(dòng)化型和宜人型方向發(fā)展，通過(guò)對(duì)龍門(mén)吊防搖鋼絲繩的改造讓筆者深感循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能工作的深遠(yuǎn)意義