陳瑞錦

（廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361004）

淺析輪胎吊大車平衡梁開裂成因及防控

陳瑞錦

（廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361004）

對輪胎式集裝箱門式起重機(jī)（RTG）（簡稱輪胎吊）大車平衡梁開裂事故的多種成因進(jìn)行簡要分析。針對輪胎吊跑道梁坡度引起的問題進(jìn)行描述，并提出采用日常檢查平衡梁機(jī)械擋塊、大車運(yùn)行變頻器參數(shù)調(diào)整、程序檢查排除、智能型大車制動器引入的可能性、大車平衡梁機(jī)械加固加強(qiáng)等措施預(yù)防管控平衡梁開裂故障。通過分析及管控措施，取得良好的裂紋防控效果。

輪胎式集裝箱門式起重機(jī)；大車；平衡梁；制動器

在港口裝卸生產(chǎn)中，輪胎式集裝箱門式起重機(jī)（簡稱輪胎吊）能夠靈活調(diào)整工作位置，改變工作地點(diǎn)，以擴(kuò)大作業(yè)范圍。輪胎吊裝卸效率及堆場覆蓋率要求較高，因此大車運(yùn)行時(shí)間相對岸橋較長。而大車平衡梁是聯(lián)接大車行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)及上部門架機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，該部件設(shè)計(jì)考慮了大車行走制動時(shí)緩沖吸收上部門架機(jī)構(gòu)巨大重量的慣性并能有效保證靈活地轉(zhuǎn)場。我公司輪胎吊設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)規(guī)范選定大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)利用等級為T7，載荷狀態(tài)為L3，工作級別是最高的M8。運(yùn)行至今大車運(yùn)行大都在4 000～6 000 h之間，按工作時(shí)間25 500 h標(biāo)準(zhǔn)還相去甚遠(yuǎn)。但大車平衡梁在回轉(zhuǎn)軸承上方已多次出現(xiàn)裂紋或回轉(zhuǎn)軸承聯(lián)接螺栓斷裂的故障。下面結(jié)合個(gè)人工作體會，淺談一下對輪胎吊大車平衡梁機(jī)構(gòu)開裂故障的初步分析并提出相應(yīng)的優(yōu)化防控措施。

1 大車平衡梁機(jī)構(gòu)示意及運(yùn)行分析

我公司輪胎吊大車全部為海陸兩側(cè)對角布置2個(gè)電機(jī)驅(qū)動的形式，其大車平衡梁機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。輪胎吊出現(xiàn)裂紋故障部位如圖中所示，大車行走正常情況下，在水平的跑道梁上行走，發(fā)生急停故障時(shí)，由于大車平衡梁的作用，平衡梁上方重量在加減速過程中的慣性大部分可以通過平衡梁鉸接銷軸機(jī)構(gòu)予以緩沖消除。

大車行走方向上如果有較大坡度或遇到臺階，或者由輪胎氣壓及磨損問題綜合起來導(dǎo)致形成如圖2所示狀態(tài)。

在輪胎吊大車平衡梁上方設(shè)置有2塊焊接的機(jī)械擋塊。根據(jù)我公司輪胎吊技術(shù)規(guī)格書，輪胎吊在大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)方面要求制造商“應(yīng)能保證起重機(jī)在滿載，風(fēng)速為25 m/s和爬越1%坡度的情況下安全行駛?！币虼?，在機(jī)械擋塊上方平衡梁擺動幅度要小于1%。這點(diǎn)也可以從圖紙相關(guān)尺寸中予以測算驗(yàn)證。在圖2所示情況下一側(cè)的大車鉸接銷軸的緩沖作用會失效，此時(shí)發(fā)生急停故障，對該側(cè)的平衡梁、回轉(zhuǎn)軸承連接螺栓、輪叉等位置就會造成較大沖擊從而逐漸形成裂紋。

綜上所述，要有效預(yù)防平衡梁開裂問題，必須有效控制平衡梁上方整體機(jī)構(gòu)相對于平衡梁的擺動幅度。

圖1 大車行走機(jī)構(gòu)故障部位示意圖Fig.1 Fault location of gantry travel

圖2 大車走坡急停撞擊擋塊示意圖Fig.2 The emergency stop off slope impact block

2 預(yù)防控制措施

1）輪胎吊跑道梁異常狀態(tài)盡可能消除，如較大臺階、較大坡度等。同時(shí)日常注意檢查設(shè)備平衡梁上方機(jī)械擋塊的受撞擊情況。

2）驅(qū)動輪胎吊的電機(jī)盡量做到電機(jī)速度的閉環(huán)控制。輪胎吊大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行影響因素多是比較復(fù)雜的控制機(jī)構(gòu)。我公司輪胎吊大車電機(jī)為機(jī)械單端輸出軸，立式帶剎車；功率為60 kW，4極，交流400 V，1 787 r/min，可承受過載轉(zhuǎn)矩200%，1 min；S3工作制，可連續(xù)工作時(shí)間30 min。若采用開環(huán)速度，電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度是通過電壓、電流及電機(jī)模型計(jì)算出來的，其速度精度、速度響應(yīng)肯定比閉環(huán)要差和慢，運(yùn)行中會由于風(fēng)速、地形造成大車較強(qiáng)烈的扭擺。閉環(huán)速度控制使用了編碼器，速度、轉(zhuǎn)子位置可以通過編碼器直接測量，其速度精度和響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開環(huán)，實(shí)際運(yùn)行比較平穩(wěn)，制動器工作也較好。

3）適當(dāng)調(diào)整變頻器及大車參數(shù)。根據(jù)大車電機(jī)啟動時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性，電機(jī)在從靜止?fàn)顟B(tài)啟動時(shí)，其特性是在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，提供最大的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到啟動電機(jī)的目的。這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩將不隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。因此靜止啟動時(shí)，電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩對支腿推力是比較大的。由F= Ma可知，如果適當(dāng)?shù)卦黾哟筌囎冾l器的加速時(shí)間，可以達(dá)到減小較快速度變化帶來的支腿受力過大的目的。在停車時(shí)，減速時(shí)間過短，同樣會對大車行走機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的沖擊。但如果減速時(shí)間過長又會造成大車電機(jī)制動距離過長的問題，所以加大減速時(shí)間的同時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档痛筌囁俣?。特別提醒的是，應(yīng)根據(jù)大車電機(jī)實(shí)際運(yùn)行波形圖去確定其應(yīng)設(shè)置的加減速時(shí)間值，如圖3所示。

圖3 調(diào)整前后變頻器速度波形圖Fig.3 Before/after adjust INV speed waveforms

有些機(jī)構(gòu)共用參考值會導(dǎo)致變頻器參數(shù)與實(shí)際運(yùn)用效果存在差異。此外，適當(dāng)調(diào)整S-curve值［2］，也可以使得電機(jī)在啟動、制動的過程中速度變化較為平滑。變頻器參數(shù)調(diào)整如表1所示。

根據(jù)上述參數(shù)表，采用Drive Monitor 5.5軟件進(jìn)行電機(jī)輸出波形監(jiān)控，調(diào)整前后電機(jī)輸出波形如圖3所示。

4）日常注意檢查大車制動相關(guān)程序，如圖4所示。著力清理歷史故障中可能引起高速制動的故障，消除驅(qū)動器故障引起的急停。同時(shí)，考慮引進(jìn)制動力矩可變的智能制動器。

首先，通過對大車制動控制相關(guān)的零速域值及邏輯的檢查確認(rèn)，確保大車制動的平穩(wěn)有效。具體程序如下，逐臺檢查確認(rèn)與以下程序是否一致。

表1 變頻器6SE70參數(shù)調(diào)整表Tab.1 Para.of 6SE70 adjusted chart

圖4 大車制動器控制程序Fig.4 Gantry brake control PLC program

其次，江西華伍制動器［1］公司應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)和電子技術(shù)，通過調(diào)整電磁制動器的制動力和制動時(shí)間，將原來只有開啟和閉合2種功能的傳統(tǒng)制動器改造成為中間過程可控的智能型制動器。當(dāng)RTG制動時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)無沖擊的制動，通過摩擦生熱消耗動能，消除因過急制動產(chǎn)生的沖擊和過載荷。因此，引入該款制動器進(jìn)行改造優(yōu)化也是一個(gè)可行的方向。

5）調(diào)整大車糾偏給定值。我公司輪胎吊較多出現(xiàn)平衡梁裂紋的設(shè)備，陸側(cè)大車電機(jī)驅(qū)動大都采用了與起升共用變頻器的形式。大車糾偏主要靠調(diào)整海側(cè)單側(cè)的大車附加給定來調(diào)整，單調(diào)一側(cè)，意味著有加有減。糾偏值大小與大車速度成正比，同時(shí)突加給定會引起大車轉(zhuǎn)矩的突變，因此大車行駛中打糾偏會感到整機(jī)晃動。通過修改程序中相關(guān)數(shù)值可以較好地改善行駛中的頓挫，通過調(diào)整線性斜率可以達(dá)到優(yōu)化大車糾偏性能。原程序在低速時(shí)，糾偏量偏大，達(dá)到50%，造成速度和力矩波動較大。將糾偏量減少為20%～30%區(qū)間，通過比較修改前后效果，大車速度相對平穩(wěn)。

6）提升平衡梁鋼構(gòu)強(qiáng)度及升級加固防范措施。將原平衡梁鋼構(gòu)圓管壁厚由13 mm加厚到14 mm，對焊縫包角，并通過應(yīng)力釋放設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力釋放。把原來材料為Q235用屈服強(qiáng)度較高的Q345代替，Q345為低合金鋼，綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，強(qiáng)度高。內(nèi)部進(jìn)一步加強(qiáng)補(bǔ)焊鋼板予以增強(qiáng)，外部采用均勻分布的肋板電焊加固。

我公司輪胎吊數(shù)量將近80臺，近幾年有半數(shù)以上的相同類型設(shè)備出現(xiàn)了不同程度的平衡梁裂紋故障。通過采取上述防控措施，特別是加強(qiáng)了設(shè)備異常部位撞擊檢查，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、檢查修改程序，持續(xù)進(jìn)行修補(bǔ)加固及整體部件更換，進(jìn)行制動改造。該類型設(shè)備相應(yīng)部位故障情況得以逐年持續(xù)改善。定期的磁粉探傷、顯影劑探傷等手段檢測結(jié)果也驗(yàn)證了裂紋問題得到充分有效控制。

3 結(jié)論

由上可見，大車平衡梁開裂故障是一個(gè)由較多因素引起的綜合性故障，解決該故障也應(yīng)有系統(tǒng)性的解決方式，不能以單一手段簡單處理。除了事后補(bǔ)救的“亡羊補(bǔ)牢”型加固更換外，還要對大車行走歷史故障進(jìn)行全面篩查處理，并對變頻器輸出進(jìn)行跟蹤調(diào)整。同時(shí)，要加強(qiáng)日常大車機(jī)構(gòu)相關(guān)位置的檢查維護(hù)，特別是大車平衡梁上方機(jī)械擋塊油漆狀況、大車制動器磨損情況、回轉(zhuǎn)軸承螺栓狀態(tài)的檢查顯得十分重要。

［1］陳勝根，葉國華.智能型制動器在RTG上的應(yīng)用［J］.港口裝卸，2013（3）：8.

［2］西門子變頻器使用說明書V3.4［Z］.下冊.西門子電氣傳動有限公司，2010.

修改稿日期：2016-05-16

Analysis on the Causes and Prevention for the Balance Beam Cracking of the Tyre Container Gantry Crane

CHEN Ruijin
（Xiamen Container Terminal Group Co.，Ltd.，Xiamen 361004，F(xiàn)ujian，China）

Made a brief analysis on various causes for cart balance beam cracking accident of the rubber tyred container gantry crane（RTG）.Problems caused by RTG runway beam slope were described，and the prevention measures such as daily check balance beam mechanical block，the operation of the inverter parameter adjustment program，checkout，the possibility of introducing intelligent gantry brake，the mechanical balance beam strengthened controlled balance beam crack fault.Through the analysis and control measure，good control effect of crack is achieved.

rubber tyred gangtry（RTG）；gantry；balance beam；brake

TH17；TM3

B

10.19457/j.1001-2095.20161116

陳瑞錦（1976-），男，本科，工程師，Email：crjin@xctg.com.cn

2015-11-09