港口門座起重機(jī)主繩斷裂解決方案

王海波 李 奔

曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司

1 引言

港口門座起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱門機(jī))是件雜貨、散貨碼頭裝卸船作業(yè)的核心設(shè)備。2017年～2019年期間，某碼頭多次出現(xiàn)門機(jī)主繩突然斷裂的情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全及經(jīng)營(yíng)效率。經(jīng)過(guò)分析，針對(duì)性地提出一種改造方案，有效地解決主繩非壽命斷裂問(wèn)題。

2 改造前門機(jī)鋼絲繩工作條件

改造前共有59臺(tái)門機(jī)運(yùn)行，各門機(jī)均采用6×29Fi+IWRC-1770型鋼絲繩，鋼絲繩運(yùn)行條件信息見(jiàn)表1。

表1 通用碼頭改造前鋼絲繩運(yùn)行條件表

2017年～2019年，通用碼頭多次出現(xiàn)鋼絲繩在無(wú)明顯斷絲、直徑變化不大的情況下突然斷裂的情況，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。部分門機(jī)主繩斷裂情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 2017年4月～2019年5月門機(jī)主繩斷裂情況統(tǒng)計(jì)表

鋼絲繩工作時(shí)，除受到拉應(yīng)力外，還在滑輪、卷筒上纏繞產(chǎn)生接觸和彎曲應(yīng)力，這兩種應(yīng)力呈周期性變化，易引起金屬疲勞[1]。

鋼絲繩在正常使用條件下很少出現(xiàn)整體斷裂，而通用碼頭MQ40-37型門機(jī)主繩作業(yè)量明顯低于正常水平。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀察，斷裂鋼絲繩內(nèi)層鋼絲有多處明顯磨損，且斷裂情況多出在超負(fù)荷測(cè)力裝置附近。該型門機(jī)測(cè)力裝置采用反向彎曲結(jié)構(gòu)，在通過(guò)該結(jié)構(gòu)時(shí)變形集中，同時(shí)內(nèi)部鋼絲互相磨損，斷絲嚴(yán)重且不易觀察。因此認(rèn)定該反向彎曲結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致主繩多次突然斷裂的主因。

3 改造方案

結(jié)合實(shí)際情況提出如下3種可行方案。

3.1 減小鋼絲繩反向彎曲程度

通過(guò)減小超負(fù)荷裝置的變形率來(lái)減小鋼絲繩反向彎曲程度，將超負(fù)荷裝置整體向外移動(dòng)150 mm(見(jiàn)圖1)。

圖1 整體外移150 mm方案示意圖

移動(dòng)前受力分析見(jiàn)圖2，計(jì)算支持滑輪和開(kāi)閉滑輪傳感器受力[2]。

圖2 原結(jié)構(gòu)取力傳感計(jì)算圖

支持滑輪傳感器受力：

F遠(yuǎn)=2×10×cos(158°/2)×558.84/450=47.4 kN

(1)

開(kāi)閉滑輪傳感器受力：

F近=2×10×cos(160°/2)×416.96/450=32.3 kN

(2)

移動(dòng)后受力分析見(jiàn)圖3，計(jì)算支持滑輪和開(kāi)閉滑輪傳感器受力。

圖3 外移150 mm方案取力傳感計(jì)算圖

移動(dòng)后支持滑輪傳感器受力：

F遠(yuǎn)=2×10×cos(167°/2)×512.59/450=25.8 kN

(3)

移動(dòng)后開(kāi)閉滑輪傳感器受力：

F近=2×10×cos(168°/2)×395.6/450=18.4 kN

(4)

通過(guò)外移測(cè)力結(jié)構(gòu)，可以減小變形率，減輕鋼絲繩在滑輪處彎折的幅度；與此同時(shí)，也可以減小滑輪對(duì)鋼絲繩的擠壓力，從而使磨損和單絲折斷的情況得到改善。

該方案可緩解鋼絲繩反向彎曲程度，鋼結(jié)構(gòu)改動(dòng)較少，成本較低。外移測(cè)力結(jié)構(gòu)后，測(cè)力傳感器受力變小，需更換傳感器。

3.2 改為正向彎曲結(jié)構(gòu)

重新制作超負(fù)荷測(cè)力裝置鋼結(jié)構(gòu)，由反向彎曲改為正向彎曲，可繼續(xù)使用原結(jié)構(gòu)的滑輪、安裝基準(zhǔn)等(見(jiàn)圖4)。

圖4 反向彎曲與正向彎曲結(jié)構(gòu)改造前后對(duì)比圖

該方案改造后可完全解決反向彎曲問(wèn)題，但改造后超負(fù)荷裝置滑輪包角較小，易出現(xiàn)跳槽情況[3]；同時(shí)需制作新的鋼結(jié)構(gòu)，改造成本較高。

3.3 改為新型無(wú)彎曲結(jié)構(gòu)

最新型的門機(jī)已經(jīng)將超負(fù)荷測(cè)力裝置改造為位于大拉桿根部的無(wú)彎曲形式，該形式可完全解決反向彎曲產(chǎn)生的影響，也不會(huì)有脫槽的風(fēng)險(xiǎn)，但須完全放棄原有測(cè)力裝置，并改造大拉桿結(jié)構(gòu)，改造工程量巨大。

綜合考慮，決定使用方案2，即從根本上解決鋼絲繩磨損問(wèn)題，又最大限度的節(jié)約改造成本。同時(shí)在取力滑輪上裝設(shè)防脫槽裝置，預(yù)計(jì)改造后門機(jī)主繩作業(yè)量將提高到與其他同型號(hào)門機(jī)相同級(jí)別，即110萬(wàn)t左右。

4 實(shí)施效果

經(jīng)查詢，每根主繩單價(jià)約為1萬(wàn)元，單臺(tái)門機(jī)4根主繩成本約4萬(wàn)元。單臺(tái)門機(jī)改造前后的主繩安全作業(yè)量分別為65萬(wàn)t、110萬(wàn)t，單噸作業(yè)量可節(jié)約鋼絲繩成本約0.025元。按照通用碼頭40 t門機(jī)年作業(yè)量1 000萬(wàn)t計(jì)算，每年可節(jié)省鋼絲繩成本為25萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

以上方案的實(shí)施，增加了門機(jī)鋼絲繩的使用壽命，既降低了門機(jī)作業(yè)的單噸鋼絲繩消耗成本，又降低了頻繁更換鋼絲繩的人工成本，可為類似門機(jī)的結(jié)構(gòu)改造提供參考和借鑒。