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岸边集装箱起重机托架小车钢丝绳寿命分析

发布时间:2020-03-07 15:35 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

1引言 由ZPMC供货的某批岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)托架小车钢丝绳频繁损坏,平均换绳周期只有6个月,每次换绳都要停机,影响码头正常作业,且频繁的钢丝绳采购增加了码头


1引言
由ZPMC供货的某批岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)托架小车钢丝绳频繁损坏,平均换绳周期只有6个月,每次换绳都要停机,影响码头正常作业,且频繁的钢丝绳采购增加了码头年度预算。该批岸桥托架小车钢丝绳在小车加速时的张紧力为9
kN,托架小车钢丝绳公称直径为12.5mm,破断拉力为99kN,经计算托架小车钢丝绳安全系数达到10以上,可初步排除钢丝绳的选型问题。通过现场实地检查,偶然发现外侧钢丝绳相比内侧较紧,因此怀疑可能是液压系统的张紧力设定有问题。另外托架小车绽绕型式、滑轮选型等因素也需逐一分析排查。

2问题分析
2.1钢丝绳液压张紧系统的压力设定问题托架小车一般由小车牵引,运行速度是小车运行速度的0.5倍。当小车牵引力过大时,压力油回到蓄能器和油箱,滑轮向海侧移动;当托架小车钢丝绝松弛时,压力继电器触发,油泵开始运行,滑轮回缩进而钢丝绳被张紧;当系统压力达到压力开关高压值,油泵停止运行。可见,张紧装置的作用就是保证钢丝绳上的力恒定,进而使其运行平稳。图1是张紧机构的液压原理图,电磁换向阀负责大梁水平和俯仰2种状态的切换,与其连接的2个溢流阀分别保证水平和俯仰状态下系统的最大工作压力。
2.2滑轮的选型问题
滑轮对钢丝绳寿命的影响主要表现在影响钢丝绳弯曲应力,而钢丝绳弯曲应力与钢丝绳和滑轮接触面积、钢丝绳和滑轮偏角等因素均有关系田。
F.E.M以指出,在其他条件不变的情况下,随着滑轮和卷筒的直径下降,钢丝绳使用寿命将逐渐减少。IWR-6×19-016mm的钢丝绳,在钢丝绳拉伸应力a=80MPa的条件下,随着滑轮直径从16mm增加到600mm,钢丝绳疲劳寿命增加非常明显;但是在钢丝绳拉伸应力逐渐增大后,随着滑轮直径从600mm增大到800mm,钢丝绳疲劳寿命增加并不明显团。可见,滑轮与钢丝绳直径比应在合理范围之内,并适当控制钢丝绳拉伸应力的大小,盲目增大滑轮直经并不可取。
为了限制钢丝绳与滑轮的偏角,不同规范均给出了滑轮绳槽糟形角的建议值,其中AlSE为35°、GB为45°、BS为52°。对于托架小车缠绕系统,滑轮与钢丝绳的水平偏角接近为零(因为没有卷简),因此增大绳槽角度对于托架小车钢丝绳没有任何意义,托架小车钢丝绳与滑轮绳槽的接触面积应越大越好,以减小钢丝绳与绳槽的接触应力。
该批岸桥托架小车滑轮选用的是直径500mm,绳糟角度45°的焊接滑轮,滑轮与钢丝绳直径比是40,钢丝绳拉伸应力=90MPa。参照FEM进行对比后发现,该滑轮直径已超过急剧影响钢丝绳寿命的区域,因此滑轮选型这一因素也可以排除在外。
2.3钢丝绳绽绕型式问题
托架小车缠绕系统由陆侧托架小车、海侧托架小车、头尾部换向滑轮和液压张紧机构组成。托架小车缠绕的基本型式是外侧的绳(以下简称绳1)连接头尾部滑轮和海陆侧托架小车;内侧的绳(以下简称绳2)连接小车和海陆侧托架小车,绳根固定在较点旁。液压张紧装置连接在后大梁尾部滑轮上(绳1)。绳1在海陆侧托架小车处断开,成为左右完全对称的2根绳;绳2在较点海陆侧固定点处断开,成为左右完全对称的2根绳(见图3)。
该缠绕系统本身并不会影响到托架小车钢丝绳的受力和使用寿命。据码头反馈,内侧的钢丝绳(绳2)从来没有更换过,一直是外侧的钢丝绳(绳1)在更换后没多久就发生损坏,因此可以推测,可能是换绳的过程中出现了一些问题。
2.4换绳工艺问题
理论上讲,作用在绳1上的力是作用在绳2上的力的2倍,如果绳l和绳2都采用相同直径的钢丝绳,那么最先达到疲劳极限的肯定是绳1。以图3的缠绕型式为例,在更换绳1时,通常将海侧托架小车用牵引绳移动到海侧维修平台,然后再将绳1在海侧托架小车上的2个固定点拆除。这个过程会破坏小车和海陆侧托架小车的相对位置关系,而这个相对位置关系是判断绳1长度的关键因素。如果不能判断绳1的长度是否正确,或者图纸上的长度与实际长度存在偏差,那么海陆侧托架小车和小车的相对位置关系就会和换绳前的状态不符。
假设更换后的绳1比实际长度要长,就会出现海侧托架小车偏陆侧、绳2海侧段呈现松弛状态的情况。小车向前运行,在未到达前停止位时,就会和海侧托架小车发生碰撞。发生碰撞后,托架小车运行速度和小车运行速度相同,绳2开始收紧,然后绳1开始松弛。小车再向后运行,因为要先将绳l张紧,陆侧托架小车才能运行,所以造成陆侧托架小车偏陆侧,绳2陆侧段开始松弛。小车向后运行,在未到达后停止位时,便会和陆侧托架小车发生碰撞。发生碰撞后,托架小车运行途度和小车运行速度相同,绳2开始收紧,绳1又开始松弛,如此反复交替。
这种情形最极端的状况是油缸伸长到底,转向滑轮也回缩到极限位置,系统压力达到溢流阀设定的最大值,如果仍不能补偿由换绳引起的长度误差,那么钢丝绳将持续松弛,整套液压张紧装置失去作用。
这种情况下对钢丝绳寿命没有不良影响,但是钢丝绳的松弛不利于正常装卸作业,并存在钩挂的风险。
假设更换后的绳1比实际长度要短,就会出现海侧托架小车偏海侧的情况。小车向前运行,在未到达前停止位时,海侧托架小车就已到达极限位置并和前大梁结构发生碰撞,这个时候钢丝绳上的力逐渐增大,当超过溢流阀设定的最大压力时,油红回缩,转向滑轮向前伸到极限位置,用以补偿换绳后的钢丝绳长度误差。如果油缸最大行程都无法补偿,钢丝绳将逐渐被拉断。通常的情况是,换绳后的钢丝绳长度误差并不会很大,钢丝绳不会被拉断,但是小车前后运行过程中,钢丝绳在松紧之间频繁切换,油缸也不停往复动作,造成钢丝绳寿命大幅缩短。通过上机检查后发现,该批岸桥实际情况和上述描述完全相符,故可以断定绳1长度变短就是托架小车钢丝绳频繁更换的原因。

3解决方案
将图3的4根绳缠绕系统进行改进。绳1在海侧托架小车通过均衡滑轮连接,合并为1根绳;绳2在较点处通过均衡滑轮合并为1根绳(见图4)。
采用图4的缠绕型式后,更换绳1仅需要将陆侧托架小车开到尾部维修平台,拆除上面的2个固定点即可。海侧托架小车可用葫芦固定住,并在大梁和海侧托架小车上用油漆作出对应标记,以防止其在换绳时发生位移。这种缠绕型式不仅能方便码头换绳,提高换绳效率,也一定程度上避免了换绳后绳1长度发生变化。换绳结束后需要来回运行小车,检查小车与托架小车是否干涉、托架小车与前后大梁结构是否干涉,并观察张紧油红是否正常动作,如果两边油缸位置不对称,或油缸行程过大,就需再次检查并调整钢丝绳。

4结语
相比起升钢丝绳或是小车钢丝绳,托架小车钢丝绳工作载荷最小,实际安全系数最大。而一些码头托架小车钢丝绳实际使用寿命还不到一年,并不符合常理。现场考察之后发现,这些码头的换绳过程不规范,钢丝绳长度存在误差,造成小车来回运行时钢丝绳受力不均,严重影响其疲劳寿命。将4根绳的缠绕系统改造为2根绳的缠绕系统后,绳根固定点少,易于拆除,换绳效率大大提高,能在一定程度上规避换绳前后的钢丝绳长度误差,从而延长钢丝绳寿命。


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