岸邊集裝箱起重機(jī)自行式小車牽引式改造設(shè)計(jì)方案

鄭勇

（上海振華重工集團(tuán)有限公司，上海 200125）

1 引言

某集裝箱碼頭有限公司804/805 橋式起重機(jī)小車為自動(dòng)機(jī)，由于車輪跑偏和履帶啃咬，兩臺(tái)機(jī)器的履帶磨損嚴(yán)重。履帶經(jīng)常斷裂，橫向輪經(jīng)常異?；驌p壞，可能會(huì)產(chǎn)生高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)；并且由于跑偏和軌道不規(guī)范，引起小車晃動(dòng)幅度大，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)駕駛室內(nèi)電控線路障礙，影響生產(chǎn)。過(guò)去屢次將小車軌道重新編排及更正，但作用不大，短時(shí)間運(yùn)行后故障就會(huì)反復(fù)出現(xiàn)。因此，提議用拖拽小車代替橋式起重機(jī)小車來(lái)解決小車運(yùn)行問(wèn)題，保證小車正常穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，降低因機(jī)器問(wèn)題而影響正常生產(chǎn)。

2 橋式起重機(jī)自行式小車牽引式改造價(jià)值分析

現(xiàn)階段，雙箱梁橋機(jī)一般有兩種小車驅(qū)動(dòng)方式：一種是自由式，也就是小車驅(qū)動(dòng)組織在小車頂部，利用馬達(dá)、聯(lián)軸器、變速箱、傳動(dòng)軸、車輪軸來(lái)啟動(dòng)車輪完成小車的行駛；另一種是牽引式，就是小車啟動(dòng)組織在機(jī)器室內(nèi)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、變速箱、卷筒、鋼絲線來(lái)拖拽小車完成小車的行駛。當(dāng)前，雖然改良后還需將小車拖拽繩定期進(jìn)行替換，但從整體來(lái)看，橋式起重機(jī)小車啟動(dòng)方式的改良也從根本上解決了小車跑偏啃軌的缺點(diǎn)。

3 橋式起重機(jī)機(jī)自行式小車牽引式改造可行性分析

橋式起重機(jī)自由式小車被拖拽式小車代替之前，應(yīng)考慮改良方案能否行得通，主要包含以下方面：

1）機(jī)房和機(jī)房底盤有充足的位置可安裝小車啟動(dòng)組織（包含電機(jī)、變速箱、制動(dòng)器、卷筒）。

2）為縮減改良成本，繼續(xù)利用原始的小車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、變速箱、制動(dòng)器。

3）前梁的頭部和后梁的尾部有充足的空間來(lái)安排電車?yán)@線輪支架（小車?yán)p繞滑輪的下繩與輪軸高度相同，小車?yán)@線輪上繩子不會(huì)干擾前后梁的連接梁）。

4）靠海側(cè)后梁或上梁有足夠的空間安排張力卷繞滑輪組。

5）小車編碼器需從車頂轉(zhuǎn)移到機(jī)房里。

6）在不改變小車馬達(dá)構(gòu)造的前提下，提升小車行駛速度。

以上涉及的因素大多都符合改良條件，可進(jìn)行施工改良。

4 橋式起重機(jī)自行式小車牽引式改造機(jī)械設(shè)計(jì)方案

4.1 卷筒及卷筒聯(lián)軸器設(shè)計(jì)

因?yàn)樵≤囎兯傧涑隹谳S是利用驅(qū)動(dòng)軸直接與車輪軸進(jìn)行連接的，故原傳動(dòng)小車的最大速率V（m/s）計(jì)算采用式（1）：

式中，n為馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速，rad/s；i為減速箱減速比；rwheel為車輪半徑，m。

改良后，小車變速箱出口軸直接和卷筒連接，所以，改良后小車的最大速率V(m/s)計(jì)算采用式（2）：

式中，rdrum為卷筒半徑，m。

保證改良后小車的最大速率大于或等于原傳動(dòng)小車的最大速率，需滿足rdrum≥rwheel，考慮到車輪直徑為630 mm，因此，選取卷筒直徑為660 mm，即改造后經(jīng)測(cè)試可行，則小車運(yùn)行速度可提高約4.7%。卷簡(jiǎn)直徑選擇后，則需要計(jì)算繩槽圈數(shù)。由于小車前后運(yùn)行行程約為100 m，因此，工作繩槽數(shù)目計(jì)算公式為：

式中，n1為卷筒上工作繩槽數(shù)，個(gè)；s為小車運(yùn)行總路程，m。經(jīng)計(jì)算得，n1=48 個(gè)。

卷筒上繩槽圈數(shù)為工作繩槽圈數(shù)加上12 圈安全繩槽、1 圈間距圈，需準(zhǔn)備61 圈繩槽。卷筒上繩槽直徑按小車牽引鋼絲繩直徑為20 mm 進(jìn)行設(shè)計(jì)。卷筒聯(lián)軸器按照減速箱輸出力矩進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，采用齒式卷筒聯(lián)軸器（ZPMCDC03A 系列），最大工作扭矩為31 500 N·m（大于原傳動(dòng)軸的最大工作扭矩25 000 N·m）。

4.2 小車高速聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)

小車原有運(yùn)行高速聯(lián)軸器選擇的是柔軟度高的聯(lián)軸器，剎車盤在減速箱高速軸輸入端的相對(duì)側(cè)，若高速聯(lián)軸器不進(jìn)行改造，那么改良后因?yàn)樾≤噭x車盤在2 個(gè)變速箱內(nèi)（即在卷筒兩旁），剎車盤支架的作用范圍會(huì)影響小車拖拽鋼絲繩對(duì)滾筒的作用范圍。所以，在設(shè)計(jì)前把原有高速蛇簧聯(lián)軸器進(jìn)行改良來(lái)縮短卷筒尺寸，更換了帶剎車盤的鼓形齒輪聯(lián)軸器（ZPM CPGCLZ6 類別），鼓形齒輪聯(lián)軸器的固定扭矩為7 100 N·m（比原蛇簧聯(lián)軸器高2 050 N·m）。

4.3 小車驅(qū)動(dòng)布局及驅(qū)動(dòng)平臺(tái)底盤設(shè)計(jì)

平臺(tái)上各個(gè)組件的布局是根據(jù)相應(yīng)的順序明確的：

1）明確滾筒的具體方位，滾筒的長(zhǎng)度不僅受繩圈的影響，而且受小車上2 根牽引鋼絲繩的距離及卷筒繩角的影響。

2）卷筒方位明確后，再按順序明確減速箱、剎車器、電機(jī)的方位，最后劃分設(shè)計(jì)各組件的單獨(dú)支架。

3）小車運(yùn)行平臺(tái)底盤采取機(jī)房懸掛機(jī)箱的設(shè)計(jì)方式。各個(gè)組件場(chǎng)所明確后，再設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)底部。

4.4 小車?yán)p繞及張緊液壓站的設(shè)計(jì)

拖纜張緊系統(tǒng)安裝在橋式起重機(jī)大梁后，大梁后已沒(méi)有空余地方安排小車張緊體系，計(jì)劃將小車張緊體系安裝在中梁海側(cè)上橫梁位置，小車改良后拖拽鋼絲繩纏繞。

4.5 小車水平輪改造設(shè)計(jì)

804/805 橋式起重機(jī)最初的水平設(shè)計(jì)使用單滾珠軸承，承載徑向及軸向力的能力較小，易出現(xiàn)損壞，工程改良中將小車水平輪進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，選擇錐形銀質(zhì)軸承，同時(shí)加大水平輪的外徑，來(lái)提升水平輪內(nèi)部軸承及水平輪的使用年限，并且重新設(shè)計(jì)了水平輪防掉落裝置，即便水平輪壞掉，也不可能出現(xiàn)高空墜物。

5 橋式起重機(jī)自行式小車牽引式改造電氣設(shè)計(jì)方案

5.1 張緊液壓站電氣設(shè)計(jì)

重點(diǎn)包含電機(jī)動(dòng)力線路、電磁閥線路、高低壓控制管線、高低壓線設(shè)計(jì)、與張力功能相關(guān)的PLC 程序。

5.2 小車絕對(duì)值編碼器重新設(shè)計(jì)

小車的原始絕對(duì)值編碼器處于小車的傳動(dòng)軸上，小車打滑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，導(dǎo)致小車位置不準(zhǔn)確，鞍梁防護(hù)等性能失效或誤操作。此次改良小車絕對(duì)值編碼器由小車上轉(zhuǎn)移到機(jī)器室內(nèi)變速箱輸出軸上，由此不被車輪打滑所左右。改良前小車編碼器排出信號(hào)利用VM-2A-32 模板變更后直接和輸入模板連接，改良后小車編碼器輸出信號(hào)利用VM-2YE 模板變更為CP216 通信網(wǎng)點(diǎn)的一個(gè)站點(diǎn)。

6 自行式小車走輪更換工藝方案

自行式小車的滾輪和軸的安裝選擇的是熱套技術(shù)。通過(guò)當(dāng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合，確定小車滾輪和主梁腹板之間間隔192 mm，滾輪軸長(zhǎng)是1 260 mm，如圖1 所示。小車滾輪和主梁腹板間的間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滾輪軸長(zhǎng)，替換空間不夠，不能直接取出小車滾輪，所以，有兩種方案進(jìn)行選擇。

圖1 小車走輪裝配圖

1）第一方案：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方認(rèn)為，小車滾輪和軸成一體，因此，應(yīng)將軸進(jìn)行分段切割方可取出小車滾輪。

2）第二方案：分析了行走軸后輪軸套的匹配形式。（1）熱套全稱是加熱組件，采取壓力配合（過(guò)盈配合）銜接，熱套技術(shù)需確保套裝作業(yè)時(shí)的溫度超出工件溫度，所以，熱套技術(shù)非常適合在低溫條件下進(jìn)行工作。（2）熱套銜接能傳輸軸心力、扭矩、軸心力和扭矩同步力的荷載，局部條件下也能承壓彎矩。根據(jù)上面分析，先將小車架抬高大概430 mm。滾輪軸的頭部下降到底部。所以，滾輪軸的X點(diǎn)撐在中空箱體的下端部，但滾輪軸的Y點(diǎn)撐在后面中空箱最上端部（見(jiàn)圖2）。

圖2 滾輪軸X 點(diǎn)和Y 點(diǎn)變化位置

當(dāng)滾輪軸的最大半徑的一端被向朝外頂出后，可以通過(guò)外拉鋼絲繩將滾軸全部取出。

將兩種方案進(jìn)行比較，第一方案小車滾輪軸分段用時(shí)較長(zhǎng)，人工費(fèi)用較高，同時(shí)滾輪軸也不能再利用，形成浪費(fèi)。由此可見(jiàn)，第二套方案行之有效。

6.1 現(xiàn)場(chǎng)施工

6.1.1 頂升小車

針對(duì)尺寸偏大、配合過(guò)盈量小、配合力需求較低的連接器，采取液壓千斤頂進(jìn)行壓力分配。

6.1.2 拆卸過(guò)程

中小型熱套連接器的施工在低溫環(huán)境中進(jìn)行，可使用火進(jìn)行預(yù)熱?；鸺訜峋哂邢鄬?duì)容易掌控、熱量聚集、好管理的特征。溫度控制在600～800 ℃，加熱主要是為了使材料容易被塑造，金屬材料在靠近塑性狀態(tài)時(shí)，用很小的力就可以使其塑性變形。利用火加熱將驅(qū)動(dòng)工件（變速器旁的聯(lián)軸節(jié)等）后端軸承座進(jìn)行廢除，利用工具將輪軸推出車輪外部。在小車輪工件脫落過(guò)程中，采用的夾具需根據(jù)銜接組件的尺寸、形狀、定位、制作、安全等進(jìn)行選取[1]。

6.1.3 復(fù)位

先把小車滾輪元件安裝并復(fù)原到原始位置，然后，聯(lián)軸器復(fù)位，并與減速器端組件一起復(fù)位。

6.1.4 車輪安全檢查

替換好的滾輪組件需達(dá)到以下4 方面條件：

1）輪輞上不應(yīng)有裂紋、明顯變形和磨損。

2）輪轂和輻條不應(yīng)有裂紋和明顯變形。

3）匹配輪徑差不得超過(guò)制造的允許誤差。

4）軸承不應(yīng)有反常響聲、振動(dòng)等，溫升值不得高于規(guī)定值，表面應(yīng)光滑。

7 結(jié)語(yǔ)

利用橋式起重機(jī)自由小車改良成拖拽式小車后，結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定，小車滾輪和軌道的碰擊相對(duì)降低，軌道、水平輪、滾輪的行駛情況也有很大程度的改變，從根本上解決了軌道壓板零件、水平輪等高空墜物的危險(xiǎn)性，提升了設(shè)施的驅(qū)動(dòng)安全系數(shù)，從而增加了小車軌道的行駛年限。