谢京强

上海振华重工( 集团）股份有限公司 上海

摘 要：作为岸边集装箱起重机的重要零件之一，钢丝绳卷筒脱槽一直是困扰码头用户以及现场服务的难题，脱槽不仅影响钢丝绳的寿命以及起重机的安全，降低设备的使用效率，且增加了维护工人的劳动强度。文中通过对集装箱起重机起升机构的理论计算分析，得出钢丝绳脱槽的原因，并提出改进措施。

关键词：岸边集装箱起重机； 钢丝绳； 起升机构； 脱槽

中图分类号：U653.921 文献标识码： B 文章编号：1001-0785（2018）12-0154-03

0 引言

随着岸边集装箱起重机的大型化、高效化，码头用户对起重机设备的安全、可靠以及维护成本提出了越来越高的要求。钢丝绳卷筒脱槽作为起重机设备故障，当其发生时，需安排大量的人力物力重新排绳，不仅影响起重机的装卸效率，也降低了钢丝绳的使用寿命以及设备的安全性。为提高生产率，节约成本，需对起重机产品设备进行系统的分析，找出钢丝绳卷筒脱槽的原因，并根据理论分析，找出解决方案。

1 起升机构的构造

起升机构的作用是实现集装箱或吊具的升降运动，是集装箱起重机最主要的工作机构。起升机构位于集装箱起重机机房内（见图1），由2 台交流变频电机驱动，电机通过梅花型弹性联轴器（高速联轴器）与减速器输入轴相连。两个钢丝绳卷筒通过两个齿形卷筒联轴器（低速联轴器）与减速器输出轴相连。高速联轴器和卷筒联轴器将电机产生的驱动力矩经减速器放大后传递到卷筒上，通过钢丝绳缠绕系统提升或下降货物。

1. 轴承座 2. 低速制动器 3. 电机 4. 低速联轴器 5. 减速器 6. 高速联轴器 7. 高速制动器 8. 卷筒 9. 压绳板

图1 起升机构布置图

除了以上基本配置，起升机构还配置有可靠的安全保护装置，如限位装置，安装在卷筒轴承座上，以及钢丝绳防乱绳装置，安装在卷筒底部的防乱绳挡杆。

2 问题提出

通过实际操作发现，钢丝绳卷筒脱槽通常发生在空吊具、全速上升、紧停情况下。由于卷筒底部挡绳杆的作用，松弛的钢丝绳在卷筒底部随着绳槽滑移，并在卷筒端部靠近压绳板处松弛，此处是压绳板的运动区域，不属于卷筒底部挡绳杆保护区域。见图2。

在使用过程中，钢丝绳的受力状况很复杂，如在吊装时，钢丝绳至少承受拉应力、与卷筒的弯曲应力、与卷筒相对滑动引起的摩擦力、因加载和卸载产生的冲击力以及钢丝间的挤压力。复杂的工况，外部影响因素的不确定性，需基于系统本身，通过理论分析找出问题所在。

图2 钢丝绳脱槽

3 参数设置及理论计算

3.1 机构参数设置

随着双40 英尺岸桥、吊具等技术的发展，提升载荷越来越大，提高了集装箱起重机的生产效率，相应起升机构零部件的选型以及参数设置要求也越来越高，表1 为按实例给出大载荷吊具下起升机构主要零部件参数。

起升系统发生故障紧停时，高、低速制动器同时动作，响应时间为紧停时高、低速制动器开始动作的时间。有些码头对制动器的制动距离有严格要求，通常制动器的选型比常规的要大。

3.2 理论计算

从紧停开始到机构完全停止，所需时间以及卷筒上钢丝绳运行距离理论计算过程及结果见表2。

从表2 可以看出，紧停后，0 s 时（低速制动器开始动作前），角加速度仅受吊具系统钢丝绳拉力影响，0.1 s 时，低速制动器开始动作，角加速度由卷筒外钢丝绳的拉力以及低速制动力矩决定，0.2 s 时，卷筒上钢丝绳运行加速度为(4.76-5.89)/0.1=-11.3 m/s2< -g表明由于低速制动器的影响吊集装箱的起重机用的钢丝绳哪部分是平衡钢丝绳?，卷筒上缠绕的钢丝绳速度降低比卷筒外用于提升的钢丝绳速度降低得更快，此时钢丝绳开始松绳。0.3 s 后，随着高速制动器动作，角加速度由高、低速制动力矩决定，卷筒上钢丝绳加速度更大，松绳也越来越多。经0.451 s 起升机构停止动作，此时缠绕到卷筒上的钢丝绳长度为1.835 m。

对于卷筒外提升吊具系统的钢丝绳，从紧停开始到卷筒外钢丝绳及吊具系统完全停止，所需时间以及钢丝绳运行距离见表3。

从表3 可以看出，紧停后，0 ～ 0.1 s 时，低速制动器开始动作，卷筒外的钢丝绳随卷筒一起做缠绕动作，即起升电机驱动卷筒，对钢丝绳及吊具系统做提升动作，0.1 s 后，由于低速制动器作用，卷筒外提升吊具的钢丝绳速度的降低慢于缠绕在卷筒上的钢丝绳速度降低，导致开始在卷筒上慢慢形成松绳状态，此时卷筒外提升吊具系统的钢丝绳仅受重力加速度g 的影响，由此可推导出卷筒外钢丝绳的运行时间以及运行距离。卷筒外钢丝绳的运行时间为0.701 s，钢丝绳运行距离为2.367 m。

对表2 和表3 的数据进行分析，得出钢丝绳的松弛量为2.367 m-1.835 m=0.532 m。

以上结果表明制动器设定力矩的大小对松绳脱槽有很大影响吊集装箱的起重机用的钢丝绳哪部分是平衡钢丝绳?，设定的制动力矩越大，虽然能保证系统制动距离会降低，但冲击也越大，相应地脱槽也越明显。可做进一步试验来验证制动力矩对松绳的影响：如仅起升机构单侧高速制动器动作，提升空吊具紧停情况下，发现没有明显的钢丝绳脱槽情况发生。

4 结语

以上理论分析及试验，验证了起升系统上升紧停时，由于制动力矩过大、制动反应速度过快，起升钢丝绳会向机房内窜，导致钢丝绳在卷筒上脱槽。

基于以上分析，可增加带限位的防松绳装置，实时检测卷筒上钢丝绳的运行状态，一旦松绳，限位装置可及时提醒司机安全操作。不建议在卷筒底部安装挡杆防松绳装置，因为一旦发生松绳，由于挡杆的作用，松弛的钢丝绳会在卷筒上窜动，从出绳端窜动到压绳板位置，增加了后续的排绳及维护工作。另外在保证提升系统安全操作的情况下，降低制动器的设定力矩，从而降低系统紧停时的冲击，进一步降低系统故障的发生。

参考文献

[1] 符敦鉴. 岸边集装箱起重机[M]. 武汉：湖北科学技术出版社，2007.

[2] 杨宇华. 岸边集装箱起重机构造及维护手册[M]. 武汉：湖北科学技术出版社，2007.

[3] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2007.