空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁改造

劉成明

作為碼頭等物流基地重要的集裝箱作業(yè)設(shè)備，空箱堆高機(jī)適用于20英尺和40英尺空箱取放，具有不受作業(yè)場(chǎng)地限制、操作靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁金屬結(jié)構(gòu)容易因磨損、疲勞、腐蝕而發(fā)生變形，導(dǎo)致其剛度和強(qiáng)度下降，從而給生產(chǎn)作業(yè)帶來(lái)安全隱患。例如，空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁20英尺和40英尺抗磨塊支撐部位易因磨損而凹陷，進(jìn)而發(fā)展成疲勞開(kāi)裂，導(dǎo)致整條伸縮梁主體結(jié)構(gòu)報(bào)廢，嚴(yán)重時(shí)可能造成重大安全事故。為避免上述問(wèn)題，根據(jù)空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁易疲勞部位的受力特點(diǎn)及其與主體結(jié)構(gòu)的配合使用要求，加大吊具伸縮梁易疲勞部位抗磨塊的受力面積，增加伸縮梁主體結(jié)構(gòu)的厚度，從而提高伸縮梁主體結(jié)構(gòu)的抗彎和抗壓強(qiáng)度，延長(zhǎng)伸縮梁使用壽命，確?？障涠迅邫C(jī)作業(yè)安全。

1 空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁在使用中存在的問(wèn)題

空箱堆高機(jī)通過(guò)吊具以傾、靠、推的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)20英尺和40英尺空箱的取放和近距離轉(zhuǎn)移。在空箱堆高機(jī)移動(dòng)過(guò)程中，車身與地面間產(chǎn)生的振動(dòng)和大車速度不均勻，導(dǎo)致吊具伸縮梁不規(guī)律地前后擺動(dòng)和上下振動(dòng)。吊具伸縮梁在各種動(dòng)作疊加過(guò)程中產(chǎn)生的力通過(guò)支撐抗磨塊傳導(dǎo)到吊具中筒，實(shí)現(xiàn)伸縮梁受力平衡，使空箱堆高機(jī)完成空箱取放作業(yè)；與此同時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間沖擊力的作用下，伸縮梁主體側(cè)面與底面抗磨塊支撐部位接觸面的金屬結(jié)構(gòu)容易因磨損而疲勞開(kāi)裂（見(jiàn)圖1），從而影響設(shè)備作業(yè)安全。

2 空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁改造措施

2.1 抗磨塊改造

空箱堆高機(jī)在工作過(guò)程中承受多種疊加載荷，如靜載荷、動(dòng)載荷、交變載荷、沖擊載荷、振動(dòng)載荷等。在多種載荷的作用下，吊具伸縮梁與抗磨塊之間產(chǎn)生擠壓力，容易導(dǎo)致伸縮梁與抗磨塊接觸部位金屬結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)裂（見(jiàn)圖2），造成金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。在檢查和維修中發(fā)現(xiàn)，安裝在吊具與伸縮梁之間的抗磨塊的面積較小，側(cè)面滑塊的寬度不足伸縮

梁寬度的2/5，底面滑塊的寬度僅為伸縮梁寬度的3/5，導(dǎo)致伸縮梁與抗磨塊的接觸面積較?。ㄒ?jiàn)圖3），從而使抗磨塊受到的擠壓應(yīng)力較大。為解決上述問(wèn)題，在無(wú)法改變擠壓力的情況下，可通過(guò)增大伸縮梁與抗磨塊的接觸面積，減小接觸面的擠壓應(yīng)力，提高接觸面的受力強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到提高抗磨塊抗磨性能的目的。

由圖4可見(jiàn)，受箱筒鋼結(jié)構(gòu)主體固定位深度的限制，無(wú)法對(duì)抗磨塊實(shí)施加長(zhǎng)改造。如果增加抗磨塊的長(zhǎng)度，需要打磨主體固定位箱筒鋼結(jié)構(gòu)；但這樣會(huì)造成主體箱筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鑒于此，可以采取打磨抗磨塊寬度定位塊或移動(dòng)抗磨塊寬度定位塊的辦法，增加抗磨塊寬度，從而加大伸縮梁與抗磨塊的接觸面積，為吊具伸縮梁改造提供條件。

為了增加抗磨塊寬度，將分體式抗磨塊改為連體式抗磨塊，具體方法為：在連體式抗磨塊中間設(shè)置2條定位槽以避開(kāi)中間定位塊的干涉，同時(shí)增加定位塊的長(zhǎng)度。改造前后抗磨定位塊對(duì)比如圖5所示，改造前后吊具伸縮梁底面抗磨塊對(duì)比如圖6所示。經(jīng)過(guò)改造后的抗磨塊無(wú)須改變定位槽和定位孔即可安裝固定，并且不會(huì)影響主體箱筒固定位的受力結(jié)構(gòu)。

選用高分子聚乙烯材料，對(duì)吊具伸縮梁側(cè)面和底面抗磨塊進(jìn)行加工改造。改造前后吊具伸縮梁底面抗磨塊安裝對(duì)比見(jiàn)圖7。改造后的吊具伸縮梁的抗磨面積增加，其中：底面抗磨面積由20 790 mm2增加到2，側(cè)面抗磨面積由2增加到2。根據(jù)擠壓應(yīng)力 =F/A，底面擠壓應(yīng)力減小37%，側(cè)面擠壓應(yīng)力減小67%，從而使吊具伸縮梁金屬結(jié)構(gòu)的整體抗磨強(qiáng)度得到有效提升。

2.2 吊具伸縮梁主體結(jié)構(gòu)改造

吊具伸縮梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在靜強(qiáng)度方面滿足使用要求，但抗磨塊受力部位的箱梁抗疲勞強(qiáng)度不足；此外，由于空箱堆高機(jī)的工作環(huán)境、使用頻率、維護(hù)保養(yǎng)等存在差異性，局部抗磨塊受力部位存在提前疲勞開(kāi)裂的情況。廣泛調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，理論上滿足使用要求的金屬構(gòu)件在實(shí)際使用過(guò)程中很難達(dá)到生產(chǎn)要求和預(yù)期使用壽命。在無(wú)法通過(guò)為受力部位貼筋板的方式提升局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，可以采取增加伸縮梁主體鋼結(jié)構(gòu)厚度的方法來(lái)提升整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗疲勞性能。

改造前，吊具伸縮梁主體鋼結(jié)構(gòu)厚度僅10 mm。在保證原外形尺寸不變的情況下，將伸縮梁鋼結(jié)構(gòu)的厚度由10 mm改為14 mm，使得梁內(nèi)壁在水平方向和垂直方向各縮小4 mm，同時(shí)將梁內(nèi)壁上下左右各個(gè)方向的抗磨塊厚度減小2 mm，以便滿足尺寸要求。為了確保伸縮梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)固及箱梁焊接部位的穩(wěn)定性，使用厚度為5 mm的鋼板加固箱梁內(nèi)部焊接部位，以提升焊接部位的承載強(qiáng)度。在安裝過(guò)程中，加固部位與內(nèi)抗磨塊存在干涉的可能性；可以通過(guò)單邊打磨抗磨塊的方式消除干涉，確保伸縮梁右梁可以進(jìn)入左梁筒內(nèi)（見(jiàn)圖8）。

使用Q345鋼板，通過(guò)組合焊接完成伸縮梁主體結(jié)構(gòu)的加厚施工。加厚的伸縮梁主體結(jié)構(gòu)的整體高度和寬度不變，厚度增加，橫截面積增大，抗彎截面系數(shù)變大。計(jì)算結(jié)果顯示：在伸縮梁上下方向，在相同力矩的作用下，改造后抗彎截面系數(shù)為改造前的73.8%；在伸縮梁前后方向，在相同力矩的作用下，改造后抗彎截面系數(shù)為改造前的74.8%?？梢?jiàn)，無(wú)論在水平方向還是垂直方向，改造后吊具伸縮梁所受應(yīng)力變小，安全系數(shù)提高。改造完工的吊具伸縮梁如圖9所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造，空箱堆高機(jī)吊具伸縮梁與抗磨塊支撐部位的接觸面積增大，鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高，抗磨塊處吊具伸縮梁所受應(yīng)力變小，具體應(yīng)用效果為：吊具伸縮梁的平均使用壽命從1.6萬(wàn)h延長(zhǎng)到3萬(wàn)h，延長(zhǎng)近1倍；吊具伸縮梁的整體維修成本降低50%，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2018-04-12）