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集裝箱起重機(jī)起升鋼絲繩脫槽的理論分析

發(fā)布時(shí)間：2019-12-12 11:36　文章來源：未知　文章作者：admin　點(diǎn)擊數(shù)：

0引言 隨著岸邊集裝箱起重機(jī)的大型化、高效化，碼頭用戶對(duì)起重機(jī)設(shè)備的安全、可靠以及維護(hù)成本提出了越來越高的要求。鋼絲繩卷筒脫槽作為起重機(jī)設(shè)備故障，當(dāng)其發(fā)生時(shí)，需安排


0引言
     隨著岸邊集裝箱起重機(jī)的大型化、高效化，碼頭用戶對(duì)起重機(jī)設(shè)備的安全、可靠以及維護(hù)成本提出了越來越高的要求。鋼絲繩卷筒脫槽作為起重機(jī)設(shè)備故障，當(dāng)其發(fā)生時(shí)，需安排大量的人力物力重新排繩，不僅影響起重機(jī)的裝卸效率，也降低了鋼絲繩的使用壽命以及設(shè)備的安全性。為提高生產(chǎn)率，節(jié)約成本，需對(duì)起重機(jī)產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的分析，找出鋼絲繩卷筒脫槽的原因，并根據(jù)理論分析，找出解決方案。

1起升機(jī)構(gòu)的構(gòu)造
      起升機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)集裝箱或吊具的升降運(yùn)動(dòng)，是集裝箱起重機(jī)最主要的工作機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)位于集裝箱起重機(jī)機(jī)房內(nèi)（見圖1），由2臺(tái)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)通過梅花型彈性聯(lián)軸器（高速聯(lián)軸器）與減速器輸入軸相連。兩個(gè)鋼絲繩卷筒通過兩個(gè)齒形卷筒聯(lián)軸器（低速聯(lián)軸器）與減速器輸出軸相連。高速聯(lián)軸器和卷筒聯(lián)軸器將電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩經(jīng)減速器放大后傳遞到卷筒上，通過鋼絲繩纏繞系統(tǒng)提升或下降貨物。
除了以上基本配置，起升機(jī)構(gòu)還配置有可靠的安全保護(hù)裝置，如限位裝置，安裝在卷筒軸承座上，以及鋼絲繩防亂繩裝置，安裝在卷筒底部的防亂繩擋桿。

2問題提出
     通過實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩卷筒脫槽通常發(fā)生在空吊具、全速上升、緊停情況下。由于卷筒底部擋繩桿的作用，松弛的鋼絲繩在卷筒底部隨著繩槽滑移，并在卷筒端部靠近壓繩板處松池，此處是壓繩板的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，不屬于卷筒底部擋繩桿保護(hù)區(qū)域。見圖2。
在使用過程中，鋼絲繩的受力狀況很復(fù)雜，如在吊裝時(shí)，鋼絲繩至少承受拉應(yīng)力、與卷筒的彎曲應(yīng)力、與卷筒相對(duì)滑動(dòng)引起的摩擦力、因加載和卸載產(chǎn)生的沖擊力以及鋼絲間的擠壓力。復(fù)雜的工況，外部影響因素的不確定性，需基于系統(tǒng)本身，通過理論分析找出問題所在。

3參數(shù)設(shè)置及理論計(jì)算
3.1機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)置
隨著雙40英尺岸橋、吊具等技術(shù)的發(fā)展，提升載荷越來越大，提高了集裝箱起重機(jī)的生產(chǎn)效率，相應(yīng)起升機(jī)構(gòu)零部件的選型以及參數(shù)設(shè)置要求也越來越高，表從表2可以看出，緊停后，0s時(shí)（低速制動(dòng)器開始動(dòng)作前），角加速度僅受吊具系統(tǒng)鋼絲繩拉力影響，
0.1s時(shí)，低速制動(dòng)器開始動(dòng)作，角加速度由卷筒外鋼絲繩的拉力以及低速制動(dòng)力矩決定，0.2s時(shí)，卷筒上鋼絲繩運(yùn)行加速度為
（4.76-5.89/0.1=-11.3m/s3<-g表明由于低速制動(dòng)器的影響，卷筒上纏繞的鋼絲繩速度降低比卷筒外用于提升的鋼絲繩速度降低得更快，此時(shí)鋼絲繩開始松繩。0.3s后，隨著高速制動(dòng)器動(dòng)作，1為按實(shí)例給出大載荷吊具下起升機(jī)構(gòu)主要零部件參數(shù)。
起升系統(tǒng)發(fā)生故障緊停時(shí)，高、低速制動(dòng)器同時(shí)動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為緊停時(shí)高、低速制動(dòng)器開始動(dòng)作的時(shí)間。有些碼頭對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)距離有嚴(yán)格要求，通常制動(dòng)器的選型比常規(guī)的要大。
3.2理論計(jì)算
從緊停開始到機(jī)構(gòu)完全停止，所需時(shí)間以及卷筒上鋼絲繩運(yùn)行距離理論計(jì)算過程及結(jié)果見表2。角加速度由高、低速制動(dòng)力矩決定，卷筒上鋼絲繩加速度更大，松繩也越來越多。經(jīng)0.451s起升機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作，此時(shí)纏繞到卷筒上的鋼絲繩長度為1.835m。對(duì)于卷筒外提升吊具系統(tǒng)的鋼絲繩，從緊停開始到卷筒外鋼絲繩及吊具系統(tǒng)完全停止，所需時(shí)間以及鋼絲繩運(yùn)行距離見表3。
從表3可以看出，緊停后，0~0.1s時(shí)，低速制動(dòng)器開始動(dòng)作，卷筒外的鋼絲繩隨卷筒一起做纏繞動(dòng)作，即起升電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒，對(duì)鋼絲繩及吊具系統(tǒng)做提升動(dòng)作，0.1s后，由于低速制動(dòng)器作用，卷筒外提升吊具的鋼絲繩速度的降低慢于纏繞在卷筒上的鋼絲繩速度降低，導(dǎo)致開始在卷筒上慢慢形成松繩狀態(tài)，此時(shí)卷筒外提升吊對(duì)表2和表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出鋼絲繩的松弛量為2.367m-1.835m=0.532m。以上結(jié)果表明制動(dòng)器設(shè)定力矩的大小對(duì)松繩脫槽有很大影響，設(shè)定的制動(dòng)力矩越大，雖然能保證系統(tǒng)制動(dòng)距離會(huì)降低，但沖擊也越大，相應(yīng)地脫槽也越明顯。可做進(jìn)一步試驗(yàn)來驗(yàn)證制動(dòng)力矩對(duì)松繩的影響：如僅起升機(jī)構(gòu)單側(cè)高速制動(dòng)器動(dòng)作，提升空吊具緊停情況下，發(fā)現(xiàn)沒有明顯的鋼絲繩脫槽情況發(fā)生。

4結(jié)語
以上理論分析及試驗(yàn)，驗(yàn)證了起升系統(tǒng)上升緊停時(shí)，由于制動(dòng)力矩過大、制動(dòng)反應(yīng)速度過快，起升鋼絲繩會(huì)向機(jī)房內(nèi)竄，導(dǎo)致鋼絲繩在卷筒上脫槽。
基于以上分析，可增加帶限位的防松繩裝置，實(shí)時(shí)檢測卷筒上鋼絲繩的運(yùn)行狀態(tài)，一旦松繩，限位裝置可及時(shí)提醒司機(jī)安全操作。不建議在卷筒底部安裝擋桿防具系統(tǒng)的鋼絲繩僅受重力加速度g的影響，由此可推導(dǎo)出卷筒外鋼絲繩的運(yùn)行時(shí)間以及運(yùn)行距離。卷筒外鋼絲繩的運(yùn)行時(shí)間為0.701s，鋼絲繩運(yùn)行距離為2.367m。松繩裝置，因?yàn)橐坏┌l(fā)生松繩，由于擋桿的作用，松弛的鋼絲繩會(huì)在卷筒上竄動(dòng)，從出繩端竄動(dòng)到壓繩板位置，增加了后續(xù)的排繩及維護(hù)工作。另外在保證提升系統(tǒng)安全操作的情況下，降低制動(dòng)器的設(shè)定力矩，從而降低系統(tǒng)緊停時(shí)的沖擊，進(jìn)一步降低系統(tǒng)故障的發(fā)生。