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岸邊集裝箱起重機托架小車鋼絲繩壽命分析
發(fā)布時間：2020-03-07 15:35 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數(shù)：
1引言 由ZPMC供貨的某批岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）托架小車鋼絲繩頻繁損壞，平均換繩周期只有6個月，每次換繩都要停機，影響碼頭正常作業(yè)，且頻繁的鋼絲繩采購增加了碼頭
1引言
由ZPMC供貨的某批岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）托架小車鋼絲繩頻繁損壞，平均換繩周期只有6個月，每次換繩都要停機，影響碼頭正常作業(yè)，且頻繁的鋼絲繩采購增加了碼頭年度預算。該批岸橋托架小車鋼絲繩在小車加速時的張緊力為9
kN，托架小車鋼絲繩公稱直徑為12.5mm，破斷拉力為99kN，經(jīng)計算托架小車鋼絲繩安全系數(shù)達到10以上，可初步排除鋼絲繩的選型問題。通過現(xiàn)場實地檢查，偶然發(fā)現(xiàn)外側鋼絲繩相比內側較緊，因此懷疑可能是液壓系統(tǒng)的張緊力設定有問題。另外托架小車綻繞型式、滑輪選型等因素也需逐一分析排查。
2問題分析
2.1鋼絲繩液壓張緊系統(tǒng)的壓力設定問題托架小車一般由小車牽引，運行速度是小車運行速度的0.5倍。當小車牽引力過大時，壓力油回到蓄能器和油箱，滑輪向海側移動；當托架小車鋼絲絕松弛時，壓力繼電器觸發(fā)，油泵開始運行，滑輪回縮進而鋼絲繩被張緊；當系統(tǒng)壓力達到壓力開關高壓值，油泵停止運行?？梢?，張緊裝置的作用就是保證鋼絲繩上的力恒定，進而使其運行平穩(wěn)。圖1是張緊機構的液壓原理圖，電磁換向閥負責大梁水平和俯仰2種狀態(tài)的切換，與其連接的2個溢流閥分別保證水平和俯仰狀態(tài)下系統(tǒng)的最大工作壓力。
2.2滑輪的選型問題
滑輪對鋼絲繩壽命的影響主要表現(xiàn)在影響鋼絲繩彎曲應力，而鋼絲繩彎曲應力與鋼絲繩和滑輪接觸面積、鋼絲繩和滑輪偏角等因素均有關系田。
F.E.M以指出，在其他條件不變的情況下，隨著滑輪和卷筒的直徑下降，鋼絲繩使用壽命將逐漸減少。IWR-6×19-016mm的鋼絲繩，在鋼絲繩拉伸應力a=80MPa的條件下，隨著滑輪直徑從16mm增加到600mm，鋼絲繩疲勞壽命增加非常明顯；但是在鋼絲繩拉伸應力逐漸增大后，隨著滑輪直徑從600mm增大到800mm，鋼絲繩疲勞壽命增加并不明顯團。可見，滑輪與鋼絲繩直徑比應在合理范圍之內，并適當控制鋼絲繩拉伸應力的大小，盲目增大滑輪直經(jīng)并不可取。
為了限制鋼絲繩與滑輪的偏角，不同規(guī)范均給出了滑輪繩槽糟形角的建議值，其中AlSE為35°、GB為45°、BS為52°。對于托架小車纏繞系統(tǒng)，滑輪與鋼絲繩的水平偏角接近為零（因為沒有卷簡），因此增大繩槽角度對于托架小車鋼絲繩沒有任何意義，托架小車鋼絲繩與滑輪繩槽的接觸面積應越大越好，以減小鋼絲繩與繩槽的接觸應力。
該批岸橋托架小車滑輪選用的是直徑500mm，繩糟角度45°的焊接滑輪，滑輪與鋼絲繩直徑比是40，鋼絲繩拉伸應力=90MPa。參照FEM進行對比后發(fā)現(xiàn)，該滑輪直徑已超過急劇影響鋼絲繩壽命的區(qū)域，因此滑輪選型這一因素也可以排除在外。
2.3鋼絲繩綻繞型式問題
托架小車纏繞系統(tǒng)由陸側托架小車、海側托架小車、頭尾部換向滑輪和液壓張緊機構組成。托架小車纏繞的基本型式是外側的繩（以下簡稱繩1）連接頭尾部滑輪和海陸側托架小車；內側的繩（以下簡稱繩2）連接小車和海陸側托架小車，繩根固定在較點旁。液壓張緊裝置連接在后大梁尾部滑輪上（繩1）。繩1在海陸側托架小車處斷開，成為左右完全對稱的2根繩；繩2在較點海陸側固定點處斷開，成為左右完全對稱的2根繩（見圖3）。
該纏繞系統(tǒng)本身并不會影響到托架小車鋼絲繩的受力和使用壽命。據(jù)碼頭反饋，內側的鋼絲繩（繩2）從來沒有更換過，一直是外側的鋼絲繩（繩1）在更換后沒多久就發(fā)生損壞，因此可以推測，可能是換繩的過程中出現(xiàn)了一些問題。
2.4換繩工藝問題
理論上講，作用在繩1上的力是作用在繩2上的力的2倍，如果繩l和繩2都采用相同直徑的鋼絲繩，那么最先達到疲勞極限的肯定是繩1。以圖3的纏繞型式為例，在更換繩1時，通常將海側托架小車用牽引繩移動到海側維修平臺，然后再將繩1在海側托架小車上的2個固定點拆除。這個過程會破壞小車和海陸側托架小車的相對位置關系，而這個相對位置關系是判斷繩1長度的關鍵因素。如果不能判斷繩1的長度是否正確，或者圖紙上的長度與實際長度存在偏差，那么海陸側托架小車和小車的相對位置關系就會和換繩前的狀態(tài)不符。
假設更換后的繩1比實際長度要長，就會出現(xiàn)海側托架小車偏陸側、繩2海側段呈現(xiàn)松弛狀態(tài)的情況。小車向前運行，在未到達前停止位時，就會和海側托架小車發(fā)生碰撞。發(fā)生碰撞后，托架小車運行速度和小車運行速度相同，繩2開始收緊，然后繩1開始松弛。小車再向后運行，因為要先將繩l張緊，陸側托架小車才能運行，所以造成陸側托架小車偏陸側，繩2陸側段開始松弛。小車向后運行，在未到達后停止位時，便會和陸側托架小車發(fā)生碰撞。發(fā)生碰撞后，托架小車運行途度和小車運行速度相同，繩2開始收緊，繩1又開始松弛，如此反復交替。
這種情形最極端的狀況是油缸伸長到底，轉向滑輪也回縮到極限位置，系統(tǒng)壓力達到溢流閥設定的最大值，如果仍不能補償由換繩引起的長度誤差，那么鋼絲繩將持續(xù)松弛，整套液壓張緊裝置失去作用。
3解決方案
這種情況下對鋼絲繩壽命沒有不良影響，但是鋼絲繩的松弛不利于正常裝卸作業(yè)，并存在鉤掛的風險。
假設更換后的繩1比實際長度要短，就會出現(xiàn)海側托架小車偏海側的情況。小車向前運行，在未到達前停止位時，海側托架小車就已到達極限位置并和前大梁結構發(fā)生碰撞，這個時候鋼絲繩上的力逐漸增大，當超過溢流閥設定的最大壓力時，油紅回縮，轉向滑輪向前伸到極限位置，用以補償換繩后的鋼絲繩長度誤差。如果油缸最大行程都無法補償，鋼絲繩將逐漸被拉斷。通常的情況是，換繩后的鋼絲繩長度誤差并不會很大，鋼絲繩不會被拉斷，但是小車前后運行過程中，鋼絲繩在松緊之間頻繁切換，油缸也不停往復動作，造成鋼絲繩壽命大幅縮短。通過上機檢查后發(fā)現(xiàn)，該批岸橋實際情況和上述描述完全相符，故可以斷定繩1長度變短就是托架小車鋼絲繩頻繁更換的原因。
3解決方案
將圖3的4根繩纏繞系統(tǒng)進行改進。繩1在海側托架小車通過均衡滑輪連接，合并為1根繩；繩2在較點處通過均衡滑輪合并為1根繩（見圖4）。
4結語
采用圖4的纏繞型式后，更換繩1僅需要將陸側托架小車開到尾部維修平臺，拆除上面的2個固定點即可。海側托架小車可用葫蘆固定住，并在大梁和海側托架小車上用油漆作出對應標記，以防止其在換繩時發(fā)生位移。這種纏繞型式不僅能方便碼頭換繩，提高換繩效率，也一定程度上避免了換繩后繩1長度發(fā)生變化。換繩結束后需要來回運行小車，檢查小車與托架小車是否干涉、托架小車與前后大梁結構是否干涉，并觀察張緊油紅是否正常動作，如果兩邊油缸位置不對稱，或油缸行程過大，就需再次檢查并調整鋼絲繩。
4結語
相比起升鋼絲繩或是小車鋼絲繩，托架小車鋼絲繩工作載荷最小，實際安全系數(shù)最大。而一些碼頭托架小車鋼絲繩實際使用壽命還不到一年，并不符合常理?，F(xiàn)場考察之后發(fā)現(xiàn)，這些碼頭的換繩過程不規(guī)范，鋼絲繩長度存在誤差，造成小車來回運行時鋼絲繩受力不均，嚴重影響其疲勞壽命。將4根繩的纏繞系統(tǒng)改造為2根繩的纏繞系統(tǒng)后，繩根固定點少，易于拆除，換繩效率大大提高，能在一定程度上規(guī)避換繩前后的鋼絲繩長度誤差，從而延長鋼絲繩壽命。