熱溢流閥在岸橋掛艙系統(tǒng)中的應(yīng)用

霍剛 魏岳川

摘 要：寧波舟山港股份有限公司北侖第二集裝箱碼頭分公司岸橋近二十年的使用故障累現(xiàn)，特別是掛艙系統(tǒng)的應(yīng)用，隨著天氣由涼轉(zhuǎn)熱，掛艙系統(tǒng)假掛艙故障頻發(fā)，且每次檢查均是溫度升高導(dǎo)致油缸內(nèi)部壓力升高無法及時泄壓導(dǎo)致，這嚴(yán)重影響岸橋在夏天高溫時候使用。雖故障解決難度不大卻需一段時間去處理，對作業(yè)效率影響較為明顯。通過對液壓系統(tǒng)分析和液壓元器件的篩選，我們在掛艙系統(tǒng)中加入熱溢流閥，微弱溢流解決因溫度升高引起壓力升高的問題，有效避免岸橋假掛艙故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：掛艙系統(tǒng);熱溢流閥;岸橋

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略和長三角一體化的提出，寧波舟山港作為“長江經(jīng)濟(jì)帶”的南翼“龍眼”，面朝繁忙的太平洋主航道，背靠中國大陸最具活力的長三角經(jīng)濟(jì)圈，坐擁“服務(wù)世界”的全球視角，整個寧波舟山港港口產(chǎn)業(yè)集群競爭基礎(chǔ)及優(yōu)勢已日趨明顯。在這樣的大環(huán)境下，對我們老碼頭來說已從快速增長期轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量的發(fā)展，努力提升集裝箱裝卸效率等服務(wù)指標(biāo)成為研究的方向，同時也是港口保障自身市場競爭力的一個重要標(biāo)志。

1背景

岸橋的發(fā)展經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，從第一代到第四代岸橋，從普通岸橋到雙起升雙小車岸橋，再到智慧型遠(yuǎn)控岸橋、全自動岸橋，各類高科技的變化使得岸橋電控部分科技日新月異，但是岸橋機械使用和保護(hù)上技術(shù)均未得到實質(zhì)性大幅度的提升，甚至在原地踏步，而其恰恰是岸橋作業(yè)的關(guān)鍵因素。

岸橋作業(yè)完全通過鋼絲繩來實現(xiàn)吊裝，在實際作業(yè)過程中許多位置是無法直接或第一時間判斷，容易導(dǎo)致岸橋在吊裝過程中出現(xiàn)過載鉤掛等情況，這樣需要掛艙系統(tǒng)來規(guī)避過載鉤掛等故障。在實際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)天氣超過35℃時，特別是夏天正午時分，掛艙系統(tǒng)總是報假掛艙故障，使得岸橋無法正常作業(yè)，需要維修人員上岸橋進(jìn)行壓力釋放，方可恢復(fù)作業(yè)。每次發(fā)生故障雖然時間不長，但是故障次數(shù)較多，嚴(yán)重影響到岸橋的作業(yè)完好率，甚至對船時效率也存在較大的影響。隨著高質(zhì)量發(fā)展要求的提出，對設(shè)備維護(hù)要求更加精細(xì)化，針對這種不僅嚴(yán)重影響岸橋作業(yè)效率同時存在一定安全隱患的故障，必須及時消除。從而縮短岸橋維修保養(yǎng)時間，減少人力和財力消耗，提升岸橋單機作業(yè)完好率，消除岸橋掛艙故障而產(chǎn)生的作業(yè)隱患，提高作業(yè)的可靠性和安全性。

2 掛艙系統(tǒng)工作原理

掛艙系統(tǒng)液壓圖如下，通過電機、油泵進(jìn)行壓力輸出，4個掛艙油缸同時得到壓力，按照既定的方向和速度向外側(cè)推移，通過限位開關(guān)（T1，T2，T3，T4）來判斷掛艙油缸位置是否到位，到位后油泵停止工作。當(dāng)任意一個油缸的壓力繼電器（H1，H2，H3，H4）達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力（18MPa）時，壓力繼電器觸點將斷開，并發(fā)訊以立即切斷主起升，并報警，系統(tǒng)認(rèn)為發(fā)生掛艙故障，需要修理人員復(fù)位后方可恢復(fù)作業(yè)。

掛艙系統(tǒng)功能是在發(fā)生掛艙緊停后將處于高速轉(zhuǎn)動的起升機構(gòu)系統(tǒng)的動能通過本裝置的液壓系統(tǒng)將它轉(zhuǎn)化為熱能釋放掉。這樣就能防止破壞性事故的發(fā)生如鋼絲繩拉斷、岸橋結(jié)構(gòu)變形甚至傾覆或倒塌。典型的掛艙工況發(fā)生在吊具上升時掛或碰在某個障礙物，如集裝箱船艙導(dǎo)架及貨艙艙蓋口等。當(dāng)掛艙發(fā)生時，鋼絲繩的拉力將迅速增大，掛艙液壓油缸的壓力也相應(yīng)地增大。當(dāng)四個液壓缸中任何一個壓力達(dá)到壓力繼電器預(yù)設(shè)值時，相應(yīng)壓力開關(guān)動作，控制系統(tǒng)將緊急停止起升電機，與此同時，溢流閥將打開，使液壓缸收縮。

3 問題提出

通過前一年故障統(tǒng)計分析，岸橋掛艙故障共計發(fā)生34次，其中真掛艙10次，假掛艙故障達(dá)到24次，特別是1-4#岸橋達(dá)到了15次。假掛艙故障引發(fā)的原因也較多，其中電氣故障引起3次，油缸內(nèi)壓力升高報故障達(dá)到16次，其他原因5次。每次處理故障均是釋放壓力來解決，延誤作業(yè)時間平均約21分鐘。期間2#岸橋同一時間段連續(xù)發(fā)生3次，嚴(yán)重影響到作業(yè)效率，降低設(shè)備作業(yè)完好率，岸橋考核指標(biāo)MMBF因該故障下降17.2%，嚴(yán)重影響到團(tuán)隊績效成績和公司船時效率考核。該故障發(fā)生時，會使得岸橋突然停止動作，對岸橋整機有不小的沖擊，長期受到這種不正常作業(yè)的沖擊容易使得岸橋出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)疲勞開裂，對岸橋壽命也有一定的影響。外加故障頻發(fā)，導(dǎo)致司機作業(yè)情緒受到影響，出現(xiàn)煩躁心態(tài)，對作業(yè)的安全性存在一定的隱患。

4 問題分析

在故障統(tǒng)計時我們發(fā)現(xiàn)，假掛艙故障基本集中在7-10月期間發(fā)生，且每天12-14點也是高發(fā)的時間段。通過現(xiàn)場的查看，油缸內(nèi)的壓力確實升高，該時間岸橋作業(yè)僅僅進(jìn)行起升動作并未進(jìn)行其他的動作運行。該時段均為高溫時節(jié)，那么我們認(rèn)為在實際使用過程中，掛艙系統(tǒng)完全裸露沒有遮擋，特別是掛艙油缸完全暴露在太陽下，隨著氣溫的升高長期光照導(dǎo)致油缸內(nèi)的壓力也隨之升高。通過測量，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到35℃以上暴曬2小時以上，油缸的溫度達(dá)到51.4℃，這樣使得油缸內(nèi)的壓力自動升高到16.7MPa，離設(shè)定的故障點壓力僅差1.3MPa。當(dāng)在油缸內(nèi)部隨溫度升高壓力緩慢時進(jìn)行吊裝作業(yè)時，油缸的活塞向無桿腔壓縮進(jìn)一步使得油缸內(nèi)部的壓力升高，這樣就容易導(dǎo)致岸橋報掛艙故障。

通過分析，我們認(rèn)為消除油缸內(nèi)因溫度升高而壓力升高的情況即可解決假掛艙頻發(fā)的問題，解決液壓系統(tǒng)在出廠時存在的設(shè)計缺陷。第一，我們通過系統(tǒng)圖紙（圖1）發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中未設(shè)置冷卻裝置，這樣導(dǎo)致在系統(tǒng)長期使用運行中升高溫度，僅能依靠環(huán)境的溫度去降低液壓系統(tǒng)的溫度，不利于液壓系統(tǒng)的散熱。第二，溢流閥、阻尼和插裝閥的壓力設(shè)定存在偏差，其中阻尼和插裝閥集成于閥塊中，無法自行調(diào)定，唯獨溢流閥可以調(diào)整壓力，適當(dāng)降低溢流閥的溢流值可以解決假掛艙的問題，但是過早溢流對油缸的承載能力有一定的影響，且該溢流閥為大流量溢流閥（330 L/min），降壓速度較快。第三，壓力換向閥的選擇不當(dāng)，若選擇可回流的比例閥和滑閥組合也可以適當(dāng)起到回流的作用。第四，在系統(tǒng)回路中再設(shè)置一個熱溢流閥，去釋放回路中因溫度升高而產(chǎn)生的壓力。

對于上述的幾種方案，通過施工難度、經(jīng)濟(jì)成本考慮，在系統(tǒng)中設(shè)置冷卻裝置和改造電磁閥的改動較多工作量較大，調(diào)整原溢流閥對系統(tǒng)的承載能力有較大的影響，容易出現(xiàn)油缸力不足的情況。鑒于此，我們認(rèn)為在系統(tǒng)中新增一個熱溢流閥，對系統(tǒng)改造工作量小，性價比較高，又能有效解決因溫度升高引起油缸內(nèi)壓力升高的問題。

5 熱溢流閥在掛艙系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1熱溢流閥的工作原理

熱溢流閥機構(gòu)如下圖2所示，其由1閥體、2彈簧、3閥芯、4密封件等構(gòu)件組成。閥芯采用球形閥芯，可適用于小流量的溢流回路中，滿足我們掛艙油缸因壓力升高需要小流量泄壓的要求。當(dāng)液壓油的壓力小于工作需要壓力時，閥芯被彈簧壓在液壓油的流入口（1）中。通過調(diào)節(jié)彈簧力設(shè)定壓力，允許壓力從油口（1）流到油口（2）中，同時截止油液反向流動。即當(dāng)隨著溫度升高液壓油的壓力超過其工作允許壓力即大于熱溢流閥的設(shè)定壓力時，閥芯被液壓油頂起，少量油液將從油口（1） 流向油口（2），從而流回油箱。

我們通過熱溢流閥的性能圖可以看出，當(dāng)我們設(shè)定的壓力為16.5MPa（165Bar），從中可以看出，閥口全開的溢流速度為1.9L/min，流量比較小，能起到緩慢降壓的過程，調(diào)壓偏差速率低，壓力振擺小，可以保證掛艙油缸內(nèi)降壓平穩(wěn)過渡，切實保護(hù)好掛艙油缸，不影響掛艙使用，完全符合解決掛艙油缸因環(huán)境溫度緩慢升高致使油缸壓力也緩慢升高的問題。

5.2熱溢流閥在掛艙系統(tǒng)中的應(yīng)用

掛艙系統(tǒng)中液壓回路均以集成塊為主，在液壓站和閥塊上無法進(jìn)行直接改造，必須進(jìn)行整體閥塊加工安裝，對加工和安裝精度等要求較高。為此，我們認(rèn)為在系統(tǒng)的外置油管管路中增置熱溢流閥性價比最高，既可以滿足使用且成本又低，同時考慮到熱溢流閥的流量較小，在測壓管路上進(jìn)行安裝最方便。鑒于此，為方便熱溢流閥和測壓軟管的連接，專門設(shè)計一閥塊，方便現(xiàn)場的安裝改造（如下圖4所示）。

圖5為熱溢流閥增設(shè)在系統(tǒng)中的改造圖紙，在原壓力繼電器測壓軟管位置處設(shè)置三通和閥塊，閥塊上接熱溢流閥，這樣熱溢流閥與掛艙油缸的無桿腔聯(lián)通，與油缸內(nèi)的壓力相同，溢流回流則與回流管進(jìn)行串聯(lián)。壓力繼電器和三通相連可保持著原來的功能，對原系統(tǒng)不產(chǎn)生任何的影響，便于熱溢流閥出現(xiàn)問題可以快速恢復(fù)成原設(shè)置。當(dāng)隨著環(huán)境溫度的升高光照加強油缸內(nèi)的壓力也緩緩升高，油缸內(nèi)部的壓力升高到16.5MPa時，熱溢流閥開始工作，將油缸內(nèi)虛壓進(jìn)行緩慢釋放。這樣既保證油缸內(nèi)壓力始終保持在一個平穩(wěn)的壓力，不會報掛艙故障，同時也不會因熱溢流閥溢流而造成油缸內(nèi)部的壓力下降過快致使油缸力不足，無法進(jìn)行正常的作業(yè)。圖6為現(xiàn)場改造圖。

6 改造完成后效果

本次改造完成1-4#岸橋的改造，在不改變原岸橋掛艙系統(tǒng)功能的同時，解決岸橋掛艙系統(tǒng)中的設(shè)計缺陷，有效消除掛艙系統(tǒng)在天氣炎熱的情況下頻繁報假掛艙故障的問題。改造完成后該4臺岸橋假掛艙故障由原平均每年15次下降到2次，說明熱溢流閥在掛艙系統(tǒng)中的應(yīng)用切實可行。通過熱溢流閥在掛艙系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅提高設(shè)備的作業(yè)完好性和穩(wěn)定性，同時降低設(shè)備作業(yè)的安全隱患，提升司機作業(yè)的舒適度，消除安全隱患。

7 總結(jié)

通過研究熱溢流閥在岸橋掛艙系統(tǒng)的應(yīng)用，在不改變原岸橋掛艙系統(tǒng)功能的同時，消除液壓系統(tǒng)設(shè)計的缺陷，有效解決岸橋掛艙系統(tǒng)假掛艙故障頻發(fā)的問題，提升設(shè)備的穩(wěn)定性和安全可靠性，減少日常維修人力物力投入，為公司帶來收益。通過自主研究和創(chuàng)新，降低岸橋在作業(yè)過程中的風(fēng)險，保障了公司的設(shè)備完好率和安全性，同時對港口老舊設(shè)備的維護(hù)起到借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣曉波.裝卸機械電氣設(shè)備與維修[M].大連海事大學(xué)出版社，2005.

[2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計（第9版）[M].高等教育出版社，2013.

[3] 章宏甲，黃誼.液壓傳動[M].機械工業(yè)出版社，2000.

[4] 岸橋維修使用手冊.2012.

[5] 岸橋液壓維護(hù)手冊.2001.