集裝箱岸橋卷筒制作及繩槽淬火技術探討

周元安 周宇淼

摘 要：集裝箱岸橋產(chǎn)生于20世紀50年代中葉，經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，從無到有，正朝著大型化、高效化、自動化方向發(fā)展。作為全球岸橋壟斷性生產(chǎn)企業(yè)的上海振華重工（全球岸橋市場占有率82%），在卷筒制作上也是世界上獨一無二的。卷筒作為集裝箱岸橋前大梁俯仰和集裝箱移位的關鍵零部件，可靠耐用顯得及其重要，對卷筒繩槽淬火是實現(xiàn)這一目標的通用做法。單層有槽焊接卷筒目前普遍應用在集裝箱岸橋上。本文主要探討單層有槽焊接卷筒制作工藝過程及繩槽淬火的新工藝技術。

關鍵詞：集裝箱；岸橋；卷筒；繩槽；感應器；變壓器；中頻淬火；冷卻塔

中圖分類號：U653 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0070-03

1 卷筒概述

卷筒位于岸橋機器房內(nèi)，主要功能是定心正反轉將繞在其外圈上的鋼絲繩進行收放，通過減速箱、電機（驅(qū)動卷筒轉動）、高低速制動器、鋼絲繩、滑輪等附件來實現(xiàn)前大梁的屈起、小車的牽引、吊具的升降等運動，從而實現(xiàn)前大梁的俯仰、小車架在前后大梁上的往返運動和集裝箱裝卸移位。可見卷筒是橋吊類的核心部件，見圖1。

目前我們制作的卷筒種類有五大類：

（1）岸橋類：長俯仰卷筒、折線籬笆式長俯仰卷筒、對接左右俯仰卷筒、起升卷筒、門架起升卷筒、小車卷筒、托架小車卷筒等。（2）場橋類：軌道吊起升卷筒、雙起升卷筒；輪胎吊起升卷筒。（3）卸船機類：起升開閉卷筒、長俯仰卷筒、對接左右俯仰卷筒、接料板卷筒、擋風門卷筒等。（4）龍門吊類：上、下小車主起升卷筒、下小車副起升卷筒。（5）浮吊類：錨絞機卷筒、主、副起升卷筒、變幅卷筒、主鉤卷筒、副鉤卷筒、穩(wěn)貨卷筒、索具卷筒、籬笆皮卷筒等。

2 卷筒單件規(guī)格

2.1 尺寸

直徑 Φ800～1200 對應長度 3000～4000

直徑 Ф1200～1600 對應長度 4000～7500

直徑 Ф1600～2200 對應長度 4500～6500

直徑 Φ 2500-3500 對應長度 3000-5000

2.2 重量

2.5～5T、5～10T、10～20T、20～45T

3 卷筒制作工藝流程

岸橋卷筒制作工藝流程及注意點：

（1）軸頭料（鍛件）采購、定置（按標書要求配附連體試樣）、預加工、探傷、熱處理、檢驗并向監(jiān)理報驗軸頭、試樣一定要在監(jiān)理的見證下與軸頭分離。（2）筒體板采購、母探、預處理、數(shù)控下料、抽邊開焊接坡口（僅開內(nèi)側面的焊接坡口）、卷板機卷圓（注意及時清理筒體內(nèi)的氧化皮及雜質(zhì)、注意：開有焊接坡口的一側為內(nèi)圓側）、裝焊引熄弧板、焊內(nèi)外直縫（含焊縫反面清根）、割磨引熄弧板、卷板機復圓（注意及時清理筒體內(nèi)的氧化皮及雜質(zhì)）、檢測筒體內(nèi)徑及圓度（一般控制在0～-3mm）、筒體取長短、筒體對接（必須同軸）、焊內(nèi)外環(huán)縫（含焊縫反面清根）、焊縫UT探傷、T型焊縫處RT探傷、加工筒體外圓托架檔及軸頭端內(nèi)臺階、加工筒體兩端J形坡口（筒體總長需按工藝卡片要求制作）制成筒體組件、檢驗筒體組件。（3）筋板數(shù)控下料（注意過焊孔R的開設）、修磨、筒體組件裝內(nèi)筋板并焊接（注意間斷焊和連續(xù)焊的圖紙和標書要求）。（4）法蘭板下料、校平、預加工。（5）軸頭和法蘭板（電加熱）熱套（熱套是我們的獨創(chuàng)工藝，解決了軸在工作中疲勞易斷的問題）制成軸頭組件、校正裝焊工藝加強筋板、加工軸頭組件、檢驗軸頭組件。（6）軸頭組件和筒體組件裝配、筒體組件和法蘭板裝配、報驗（根據(jù)監(jiān)理公司的不同要求，有的密閉箱體在封箱前要先振動消除內(nèi)應力并對焊縫做MT檢測且讓監(jiān)理見證）、燒焊軸頭組件內(nèi)環(huán)縫。（7）裝軸頭組件側防變形工裝板、燒焊筒體組件兩端外環(huán)縫、拆除防變形工裝板、打磨校正軸頭法蘭板、焊縫UT探傷、燒焊軸頭和法蘭連接焊縫。（8）對制成的卷筒結構件作整體振動消除內(nèi)應力（根據(jù)卷筒的質(zhì)量慣性特點選用不同功率和轉速的激振器，按機械行業(yè)標準JB/T5926-91，遵循特定的工藝規(guī)范，通過在卷筒兩端安裝激振器和拾振器，并將卷筒置于膠連接的胎架上，通過手動掃頻獲取適合的共振頻率，對卷筒構件進行振動消除內(nèi)應力最終確保取得穩(wěn)定的共振頻率和曲線）（此項技術也是我們上海振華重工在全球獨一無二的具有核心競爭力的新技術）。（9）對整體振動過的卷筒結構件焊縫MT探傷（有缺陷必須清除）。（10）沖砂、內(nèi)部做油漆（需符合圖紙和標書要求）。（11）（用四爪卡盤配合軸頭護套）車卷筒體外圓測壁厚槽（必須確保加工后筒體板厚均勻）、車卷筒體外圓、精車卷筒體托架檔、車卷筒一端軸頭（實際使用中發(fā)現(xiàn)：卷筒軸頭與軸承的配合選用H/k的過盛配合比較好）和另一端法蘭孔（實際使用中發(fā)現(xiàn)：法蘭聯(lián)軸節(jié)孔因加工聯(lián)軸節(jié)固定螺紋孔而使法蘭和聯(lián)軸節(jié)孔產(chǎn)生較大的變形，導致調(diào)試和工作中產(chǎn)生特殊異響。因而在加工法蘭聯(lián)軸節(jié)孔時需預留5mm余量，法蘭端面預留1mm余量、法蘭外圓預留1mm余量）、車卷筒繩槽、向監(jiān)理報驗。（12）卷筒繩槽淬火、清理水漬、變形修復、向監(jiān)理報驗。（13）配打卷筒制動盤與卷筒的連接螺栓孔、配打測速軸法蘭與卷筒軸的連接螺栓孔、配打卷筒聯(lián)軸節(jié)與卷筒的連接螺栓孔、配鉆左右俯仰卷筒對接螺栓孔、鉆壓繩板連接螺栓孔。（14）精加工卷筒聯(lián)軸節(jié)法蘭外圓、端面和孔。（15）對接左右俯仰卷筒。（16）做卷筒靜平衡、向監(jiān)理報驗。

整個卷筒制作過程約60個工序，目前，我們已實現(xiàn)了卷筒制作工序流水線作業(yè)。

4 卷筒制作中的繩槽淬火工藝技術

集裝箱移位上下船是通過岸橋上的吊具抓取、鋼絲繩一頭連著吊具另一頭則通過滑輪連著卷筒，馬達通過聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動卷筒、制動器定位卷筒來實現(xiàn)集裝箱最終移位。鋼絲繩和卷筒繩槽間的接觸摩擦直接決定了卷筒的壽命，通過對卷筒繩槽淬火增加硬度就成了關鍵之中的關鍵了。正因為此，現(xiàn)實生產(chǎn)制作中，監(jiān)理和用戶都將卷筒繩槽淬火工序設為停損報驗點。

卷筒筒體板一般用Q345B或A709-50-2材料制作，繩槽淬火前硬度一般為HB140-260；繩槽淬火后硬度一般要求為表面HB300-380、淬硬層深度小于3mm；鋼絲繩表面硬度一般為HB22-260；可見鋼絲繩和卷筒繩槽淬火后的繩槽兩者的硬度相差還是比較大的。

現(xiàn)實生產(chǎn)中，國內(nèi)卷筒繩槽淬火一般是用表面火焰淬火完成的，效果極差，作為全球岸橋壟斷性生產(chǎn)企業(yè)的上海振華重工（全球岸橋市場占有率82%），自加壓力，提升客戶滿意度和品牌競爭力，自我探索出了全球獨一無二的卷筒繩槽感應表面淬火的新工藝技術。

感應表面淬火是一種表面加熱淬火方式，主要利用電磁感應、集膚效應和熱傳導三項基本原理。當交變電流通過導體形成交變磁場而產(chǎn)生感應電動勢使導體表面產(chǎn)生高溫，通過鄰近效應使工件表面得到加熱。經(jīng)過我們長期的驗證：中頻（1-10KHZ）電源頻率剛好可以滿足卷筒繩槽表面淬火要求。

我們通過配置機床專用變壓器、自制淬火感應器、改造大型臥式車床、選購水冷卻塔和中頻淬火設備實現(xiàn)了對卷筒繩槽的表面淬火。這里有二點比較關鍵：

4.1 自制淬火感應器

（1）電火花線切割機床切割出硅鋼片；（2）導流紫銅方圓管；（3）變壓器連接板；（4）冷卻裝置；（5）噴水裝置；（6）定配加工感應器接觸面R（含縱向和橫向R）。

4.2 改造大型臥式車床

（1）長軌道（應在8-10米）；（2）高中心高（中心高1米以上）；（3）有加大螺距功能；（4）在機床上設置全行程冷卻水收放循環(huán)系統(tǒng)，并與冷卻塔相連；（5）直流變頻驅(qū)動電機。

實際操作中，我們是先按照要進行繩槽淬火的卷筒規(guī)格參數(shù)及淬火硬度要求、來選定相適應的淬火機床，配制相適應的淬火感應器，制作選定并安裝淬火卷筒工裝，將制作加工好的卷筒吊裝上淬火機床，按卷筒繩槽螺距調(diào)整淬火機床的交換齒輪，試運轉機床，校調(diào)卷筒外圓跳動達0.2mm內(nèi)。

接下來再檢查卷筒繩槽螺距與機床拖板運行是否一致，查看冷卻水的出水量，符合要求后，安裝卷筒繩槽淬火感應器到機床拖板上的變壓器上，調(diào)整卷筒繩槽淬火感應器與卷筒繩槽底徑間的距離1.5mm左右，蓋好防瀑布，布置好二根備用出水管并定位。

啟動機床及中頻淬火設備，按卷筒規(guī)格參數(shù)及淬火硬度要求設置好卷筒轉速，試運行，檢查運行狀態(tài)并檢測卷筒繩槽硬度，按偏差情況調(diào)整電流、電壓和電源頻率；再試運行，重復上述內(nèi)容，直到達到卷筒繩槽硬度要求，開始對卷筒繩槽進行連續(xù)淬火，每隔二槽要測量一下硬度，正常淬火時是不允許停車的。

現(xiàn)實生產(chǎn)中，尚有兩個問題需要進一步的研究解決：（1）卷筒繩槽感應表面淬火與電流、電壓和電源頻率還未發(fā)現(xiàn)有一一對應的關系；不同的卷筒，同樣的硬度要求，采用同一電流、電壓和電源頻率參數(shù)，產(chǎn)生的結果不同；（2）單層有槽焊接卷筒焊縫處的硬度無法達到與母材處硬度一致的要求。

隨著我國工業(yè)化進程的加快和工業(yè)制造“2025”的推進，不少行業(yè)呈爆炸式發(fā)展。卷筒已廣泛應用在采礦、采油、旅游、運輸、工業(yè)生產(chǎn)、工程建設、航天、航海、軍工等眾多領域；卷筒種類繁雜，功能各異。僅以此文以享同行，讓我們?yōu)榫硗蔡豳|(zhì)量、上精品、創(chuàng)名牌共同奮斗吧！

參考文獻

[1]中國機械工程學會熱處理專業(yè)分會《熱處理手冊》編委會編，熱處理手冊[M].機械工業(yè)出版社，2001.