一種新型門式起重機纏繞系統(tǒng)

胡松虎 趙興平 張 斌 周筱川 楊在華

1 寧波舟山港集團股份有限公司 2 上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

浙江省某港口碼頭的10臺輪胎式門式起重機(以下簡稱RTG)(261#～270#)通過驗收后于2017年5月1日正式投產(chǎn)運行。使用幾個月后，操作部門反饋，該批次的防搖系統(tǒng)操控性相對較差，減搖效果不理想。在設(shè)備巡檢中也發(fā)現(xiàn)，該批次的RTG起升鋼絲繩出現(xiàn)異常斷絲現(xiàn)象。

2 問題分析

巡檢中發(fā)現(xiàn)2臺RTG機上起升鋼絲繩中的1#、4#繩有異常斷絲。檢查整機工況：起升鋼絲繩纏繞系統(tǒng)均按圖規(guī)范安裝無干涉；鋼絲繩出繩角偏角無超差；鋼絲繩潤滑狀態(tài)良好；追查運行記錄，未發(fā)現(xiàn)有鋼絲繩異常鉤掛等記錄。排除了因安裝、使用、維保不當?shù)纫蛩貙?dǎo)致異常斷絲的可能。

為確保RTG運行安全，決定將該批次的起升鋼絲繩全部予以更換，對換下來的舊繩斷絲部位進行取樣破拆分析。從取樣破拆結(jié)果看，鋼絲繩表層異常斷絲不太嚴重，但鋼絲繩中心鋼繩芯股的密集斷絲已到了非常嚴重的程度。

為尋求鋼絲繩斷絲的原因，首先聯(lián)系鋼絲繩供貨商，將取樣的鋼絲繩樣品送回廠家進行技術(shù)分析。在追溯了該批次鋼絲繩的工廠制造過程質(zhì)檢記錄后，確定該批次鋼絲繩不存在產(chǎn)品質(zhì)量上的問題。

從作業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，該批次RTG起升鋼絲繩的平均使用壽命明顯偏低，僅7.2萬TEU，與其他品牌同等規(guī)格RTG起升鋼絲繩作業(yè)箱量達15萬/17萬TEU(國產(chǎn)繩/進口繩)存在較大的差距。設(shè)備制造商向其他碼頭公司收集數(shù)據(jù)，得到的反饋信息是，其在用的同批次RTG起升鋼絲繩使用壽命基本上都在8～10萬TEU，普遍偏短。

3 起升纏繞系統(tǒng)設(shè)計

3.1 原纏繞方案分析

針對上述現(xiàn)象，對該批次RTG起升鋼絲繩纏繞系統(tǒng)進行分析(見圖1)。其中2#、3#鋼絲繩從卷筒出來后直接向下，1#、4#鋼絲繩則要繞經(jīng)2組改向滑輪后再向下。這2組改向滑輪近距離安裝且垂直布置，其所繞經(jīng)的鋼絲繩在短距離內(nèi)先后多承受了水平折彎和垂直彎折，鋼絲繩容易產(chǎn)生疲勞，影響強度和壽命。

圖1 原四繩纏繞機構(gòu)

為改善鋼絲繩的受力情況，對現(xiàn)有的四繩纏繞系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，研究重點如下：①盡可能減少鋼絲繩繞經(jīng)滑輪的數(shù)量，②盡可能避免短距離內(nèi)繞經(jīng)多個改向滑輪，③考慮改向滑輪僅允許鋼絲繩順繞，避免鋼絲繩反繞，更不能讓鋼絲繩產(chǎn)生橫向折彎。

3.2 等效合力角

通過對起升纏繞系統(tǒng)反復(fù)進行方案比對和優(yōu)化，提出了鋼絲繩繞經(jīng)吊具上架滑輪在實際受力時，存在等效合力角的概念：保證吊具上架上4只滑輪的等效合力角接近相等，吊具的受力在理論上仍可以保證處于平衡狀態(tài)。等效合力角四繩纏繞方案見圖2，左右兩組鋼絲繩在布局上打破了傳統(tǒng)對稱布置的形式。

圖2 等效合力角方案圖

3.3 纏繞方案優(yōu)化

1#、4#鋼絲繩自卷筒出繩后，斜拉至小車架的另一側(cè)，經(jīng)一只垂直滑輪向下，自外向內(nèi)繞經(jīng)吊具上架滑輪，斜向向上牽引至小車架上。2根鋼絲繩繩頭一個固定在小車架吊耳上，另一個經(jīng)平衡滑輪固定到傾轉(zhuǎn)搖臂一個鉸接點上。2#、3#鋼絲繩基本上保持原設(shè)計，自卷筒出繩后垂直向下，自中向外繞經(jīng)吊具上架滑輪，斜向向上牽引至小車架上。2根鋼絲繩繩頭一個固定在小車架吊耳上，另一個經(jīng)平衡滑輪固定到傾轉(zhuǎn)搖臂另一個鉸接點上(見圖3)。

圖3 優(yōu)化后的纏繞方案

4個鋼絲繩繩頭的2個固定點和2個傾轉(zhuǎn)搖臂鉸接點的垂直高度和水平距離，必須根據(jù)1#、4#繩、2#、3#繩的等效合力角幾乎相等時的位置來優(yōu)化調(diào)整，且盡可能水平位置等高。

3.4 小車架整體布局優(yōu)化

將防搖機構(gòu)纏繞系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90°布設(shè)，提高吊具防搖和防扭轉(zhuǎn)性能，并把防搖機構(gòu)從原先的小車架底部懸掛方式轉(zhuǎn)移到小車架平臺上來。

4 實施成效

應(yīng)用新纏繞系統(tǒng)的RTG投產(chǎn)后，防搖機構(gòu)的減搖效果良好，當?shù)蹙咔昂笃叫衅珨[偏離中心線500 mm時，無需司機通過主動操控小車進行隨動跟蹤操作，吊具經(jīng)過2.5個來回擺動，能將吊具偏擺控制在±50 mm之內(nèi)。

經(jīng)過近1年時間的運行，在設(shè)備巡查時發(fā)現(xiàn)1#、4#繩相對于2#、3#繩也較早地出現(xiàn)了局部斷絲現(xiàn)象。為確保作業(yè)安全，先后安排對該批次的8臺RTG起升鋼絲繩進行了更換。鋼絲繩換繩及作業(yè)箱量統(tǒng)計記錄見表1。

表1 優(yōu)化后RTG鋼絲繩作業(yè)箱量統(tǒng)計

由此可見，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后的RTG小車起升纏繞系統(tǒng)，鋼絲繩使用工況明顯得到了改善，1#、4#繩的平均使用壽命達到了13萬TEU，2#、3#繩的平均使用壽命也接近了17萬TEU。

5 結(jié)語

本次新型門式起重機纏繞系統(tǒng)的專項研究，改善了起升機構(gòu)四繩纏繞系統(tǒng)中鋼絲繩的受力情況，有效提升了鋼絲繩的使用壽命。此項聯(lián)合研究成果已獲得國家級實用新型專利，并作為起升纏繞系統(tǒng)的首選模式在行業(yè)內(nèi)得到應(yīng)用和推廣。