黏結(jié)式實心輪胎在輪胎式龍門起重機上的應(yīng)用

吳立飛 陸瑋 張乾能 吳士杰

輪胎式龍門起重機（Rubber Tyre Gantry Crane，RTG）所使用的充氣輪胎內(nèi)部有一定氣壓，一旦輪胎被刺穿，氣壓就會集中外泄，極易導致人身傷亡、財產(chǎn)損失等事故。實心輪胎無須充氣，不會因氣壓集中外泄而導致事故，安全系數(shù)較高;因此，在RTG上使用實心輪胎可以提高港口碼頭生產(chǎn)的安全性。

1 實心輪胎的分類

1.1 非黏結(jié)式實心輪胎

非黏結(jié)式實心輪胎指先將橡膠硫化再將其固定在輪輞上的實心輪胎。非黏結(jié)式實心輪胎有以下缺點。

（1）緩沖性能不佳 使用非黏結(jié)式實心輪胎的RTG往往會因輪胎緩沖性能不佳而產(chǎn)生機構(gòu)件早期開裂和操作舒適性較差等問題。

（2）散熱性能不良 在氣溫較高和RTG連續(xù)運行的情況下，輪轂過熱往往導致胎體與輪輞結(jié)合部位脫膠，須停車散熱以防止胎體與輪輞之間打滑。

（3）經(jīng)濟性和環(huán)保性較差 在非黏結(jié)式實心輪胎使用壽命后期，胎體橡膠易撕裂和老化，從而產(chǎn)生大量廢膠，既不經(jīng)濟也不環(huán)保。

（4）組裝難度較大 非黏結(jié)式實心輪胎需要由專業(yè)的輪胎生產(chǎn)廠家采用專門的設(shè)備和材料組裝，工藝較復雜。

（5）存在打滑隱患 初始公差或橡膠磨損導致非黏結(jié)式實心輪胎的輪輞與胎體間壓緊力不足，易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，造成輪胎制動力下降。

1.2 黏結(jié)式實心輪胎

黏結(jié)式實心輪胎指先將橡膠固定在輪輞上再將其硫化的實心輪胎。黏結(jié)式實心輪胎采用黏結(jié)工藝，胎體全部由高強度橡膠組成，無須在內(nèi)部使用填充物或充氣，克服了充氣輪胎怕刺扎、怕切割以及易漏氣、易爆胎等缺點，安全性較高，并且使用壽命是充氣輪胎的2倍以上，具有一定的應(yīng)用推廣價值。

2 黏結(jié)式實心輪胎在RTG上的應(yīng)用方案

2.1 黏結(jié)式實心輪胎結(jié)構(gòu)

為了克服普通實心輪胎的缺點，寧波港集團北侖第三集裝箱有限公司（以下簡稱“北三集司”）針對自身場地、工況等情況，開發(fā)出一種新型黏結(jié)式實心輪胎。

如圖1所示，該黏結(jié)式實心輪胎由輪輞、固定在輪輞上的胎體橡膠面、胎體橡膠面的側(cè)孔組成。當輪胎受到壓力時，側(cè)孔可使胎體橡膠面自由移動，其位移距離等于側(cè)孔直徑。這種設(shè)計與普通實心輪胎的減振層（減振層的橡膠硬度低且耐磨性差）相比，既能達到減振的目的，又能在保持胎體整體厚度不變的前提下大大增加耐磨層的厚度（即增加輪胎可使用的橡膠厚度）。側(cè)孔收縮和回彈產(chǎn)生氣流，使胎體摩擦產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)。

輪輞由輪轂連接板、輪輞腹板、擾流式加強筋、防滑防銹透擋板組成。輪輞通過輪轂連接板連接在輪轂上。輪輞腹板上均勻地分布10個散熱孔和10個擾流式加強筋，且擾流式加強筋與散熱孔間隔分布（見圖2）。當輪胎轉(zhuǎn)動時，呈扇葉形布置的擾流式加強筋在局部形成風壓，促使空氣流通，從而起到擾流散熱的作用。在實際使用過程中，輪胎轉(zhuǎn)動和制動產(chǎn)生的熱量通過輪轂傳遞給輪輞，借助擾流式加強筋的作用在局部形成風壓差，并通過散熱孔排出熱量。

該型黏結(jié)式實心輪胎采用噴丸技術(shù)，能夠提高黏合劑表面的附著力，增加黏結(jié)面積，防止胎體橡膠脫層;并使用進口膠黏劑，以提高黏結(jié)強度。輪輞與胎體橡膠面的連接面外側(cè)兩端設(shè)有防滑防銹透擋板。該防滑防銹透擋板呈臺階狀，并與輪輞焊接為一體，以防止輪胎橡膠面滑動以及鐵銹進入輪胎內(nèi)部，有效阻止胎體橡膠面因磨損或老化與輪輞分離、脫層。在輪輞邊緣還增加護圈，提高輪緣剛性，使RTG運行更加平穩(wěn)可靠。

黏結(jié)式實心輪胎使用表面無花紋的光面胎。光面胎的抓地能力遠強于花紋胎，從而使RTG在啟動、制動、經(jīng)過濕滑路面時更加平穩(wěn)。

2.2 黏結(jié)式實心輪胎過渡輪輞結(jié)構(gòu)和作用

RTG充氣輪胎使用的輪輞由鋼板通過切割、軋制、焊接等工藝制成，其強度和承載能力高于普通輪輞。由于普通輪胎輪輞焊縫較多，加之無法對其內(nèi)部焊縫進行探傷檢查，存在一定的安全隱患。長時間、高負荷的使用會使輪輞焊縫開裂，導致輪胎發(fā)生漏氣、炸裂等事故。為消除安全隱患，將過渡輪輞的受力部位設(shè)計在強度更大的輪輞腹板上，從而合理避開輪輞焊縫的薄弱位置，消除焊縫疲勞開裂的安全隱患。過渡輪輞拆裝方便，能夠為充氣輪胎與實心輪胎間的切換工作節(jié)約大量成本。

過渡輪輞由防松頂緊螺栓、鎖圈護環(huán)、開口頂緊楔圈、過渡輪輞體和開口楔環(huán)等組成。安裝時需要用到RTG原充氣輪胎輪轂上的開口彈性鎖圈，拆卸時需要用到頂退螺釘。

過渡輪輞各部分的功能為：防松頂緊螺栓通過開口頂緊楔圈頂緊輪輞，并穿過螺帽孔的鋼絲防止松動;鎖圈護環(huán)一端被開口頂緊楔圈頂住限位，中間螺栓孔用于裝配防松頂緊螺栓;開口頂緊楔圈與錐面配合起頂緊作用;過渡輪輞體對內(nèi)連接輪轂和實心輪胎;開口楔環(huán)起增加接觸面積、防止輪輞打滑的作用;安裝輪輞時，開口彈性鎖圈限位輪輞各部件;拆卸輪輞時，頂退螺釘可擠出開口頂緊楔圈。

3 黏結(jié)式實心輪胎在RTG上的應(yīng)用效果

3.1 黏結(jié)式實心輪胎在RTG上的使用情況

2015年10月，北三集司開始在15號RTG上試用8個黏結(jié)式實心輪胎。經(jīng)過3年的試用，除了有輕微的橡膠老化現(xiàn)象外，輪胎無其他故障，使用效果較好。由表1可見，黏結(jié)式實心輪胎損耗成本低于普通輪胎。

為研究輪胎磨損情況，對整機安裝情況相同、作業(yè)量相近的3臺RTG開展為期9個月的輪胎磨損情況跟蹤。由表2可知，與普通充氣輪胎相比，黏結(jié)式實心輪胎具有免充氣、故障率低、維修停機時間較少、人工成本較低、無輪輞開裂危險等優(yōu)點。

3.2 RTG鋼結(jié)構(gòu)檢測

2018年6月，北三集司委托專業(yè)檢測機構(gòu)，按照雙方協(xié)商確認的檢測大綱和相關(guān)技術(shù)標準的要求，對同批次、同時投入使用、輪胎型號不同的15號和16號RTG的主要金屬結(jié)構(gòu)件的技術(shù)狀況進行現(xiàn)場檢測和評估。RTG主要技術(shù)性能見表3。

3.2.1 磁粉檢測結(jié)果

檢測點均為RTG鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵焊縫（見圖3）。由表4可見：16號RTG使用普通充氣輪胎，在檢測中發(fā)現(xiàn)焊縫輕微開裂現(xiàn)象;15號RTG使用黏結(jié)式實心輪胎，未發(fā)現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象。由此可得出結(jié)論：在RTG上使用黏結(jié)式實心輪胎不會對RTG鋼結(jié)構(gòu)造成明顯損害。

3.2.2 主要承載構(gòu)件靜載應(yīng)力檢測結(jié)果

由15號RTG動載應(yīng)力檢測工況（試驗載荷41.8 t）的檢測結(jié)果可知：最大動載應(yīng)力檢測點是主梁C-C截面右側(cè)箱梁翼緣板上的C1檢測點，動態(tài)應(yīng)力最大值為 56.3 MPa，穩(wěn)定值為 54.2 MPa，應(yīng)力對比值為1.04。

由16號RTG動載應(yīng)力檢測工況（試驗載荷）的檢測結(jié)果可知：最大動載應(yīng)力檢測點是主梁C-C截面左側(cè)箱梁翼緣板上的C2檢測點，動態(tài)應(yīng)力最大值為 39.5 MPa，穩(wěn)定值為 37.8 MPa，應(yīng)力對比值為1.04。

以上2處檢測點的應(yīng)力穩(wěn)定值、最大值和對比值均符合國家標準。2臺RTG在相同檢測工況下，在相應(yīng)檢測點測得的數(shù)值均滿足動強度的要求。

3.2.3 主梁上拱度及軌道頂面高低差檢測結(jié)果

15號 RTG西側(cè)箱梁最大上拱度為21 mm，位置在距北端13 m處;東側(cè)箱梁最大上拱度為12 mm，位置在距北端11～13 m處;小車軌道頂面最大高低差為14 mm，位置在距北端13 m處。

16號RTG西側(cè)箱梁最大上拱度為9 mm，位置在距北端11 m處;東側(cè)箱梁最大上拱度為11 mm，位置在距北端17 m處;小車軌道頂面最大高低差為37 mm，位置分別在距北端5 m和7 m處。

由上述檢測結(jié)果可知：15號RTG的主梁剛度大于16號RTG，即使用黏結(jié)式實心輪胎的RTG主梁剛度更大。

3.2.4 小結(jié)

通過對2臺同型號、同批次、作業(yè)量相近的RTG鋼結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)進行對比可知：使用黏結(jié)式實心輪胎不僅未對RTG的鋼結(jié)構(gòu)造成明顯影響，而且能夠減振和提高RTG整機剛度，使RTG大車和小車點動更加平穩(wěn)，從而提高司機操作的舒適性。

4 黏結(jié)式實心輪胎在RTG上的應(yīng)用效益

4.1 管理效益

使用黏結(jié)式實心輪胎無須檢測氣壓和充氣，可以避免因輪胎漏氣、開裂、磨損而頻繁更換輪胎，具有免維護的優(yōu)點，有利于節(jié)約日常維護成本和人力成本以及提高設(shè)備使用率。

4.2 經(jīng)濟效益

對近3年RTG使用情況的跟蹤調(diào)查結(jié)果顯示：黏結(jié)式實心輪胎使用效果良好，輪胎磨損量僅為（約占耐磨層厚度的9.4%），輪胎使用壽命預(yù)期可達10年以上。按進口充氣輪胎平均單價3萬元、平均使用壽命4.5年計算，單臺RTG每年可節(jié)省輪胎消耗費用約1.73萬元。若北三集司134臺RTG全部使用黏結(jié)式實心輪胎，每年可節(jié)約輪胎消耗費用約232萬元。

4.3 安全效益

充氣輪胎內(nèi)部氣壓較高，氣壓集中外泄極易導致安全事故;而實心輪胎內(nèi)部沒有氣壓，即使發(fā)生輪輞擋圈變形的情況，擋圈也不會因受到氣壓沖擊而飛出，安全系數(shù)較高。專業(yè)檢測機構(gòu)對改造后RTG的整機鋼結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果證明，黏結(jié)式實心輪胎適用于RTG現(xiàn)場工況。

（編輯：吳偉彬 收稿日期：2019-01-29）