李興軍

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

隨著自動(dòng)化碼頭技術(shù)的迅速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)，自動(dòng)化碼頭在新投資建設(shè)的碼頭當(dāng)中的占比越來(lái)越大。自動(dòng)化軌道式龍門(mén)起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱軌道吊)作為自動(dòng)化碼頭的主要設(shè)備之一，承載著將集裝箱輸入輸出集裝箱堆場(chǎng)的重任，該設(shè)備的穩(wěn)定性直接影響到堆場(chǎng)以至于整個(gè)自動(dòng)化碼頭的運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。而大車車輪作為自動(dòng)化軌道吊行走機(jī)構(gòu)的重要組成部分，一旦發(fā)生異常損壞，將會(huì)給碼頭的維修部門(mén)帶來(lái)巨大壓力，直接增加了碼頭維護(hù)保養(yǎng)成本并影響到碼頭運(yùn)營(yíng)效益。事實(shí)上，全球多個(gè)自動(dòng)化碼頭都曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)較大批量的大車車輪異常損壞問(wèn)題，給碼頭運(yùn)營(yíng)方和設(shè)備提供方都帶來(lái)了極大的困擾。通過(guò)對(duì)這些已經(jīng)發(fā)生過(guò)類似大車車輪異常磨損問(wèn)題的自動(dòng)化軌道吊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了部分共性問(wèn)題，并且形成一套較為完整的原因分析辦法以及相應(yīng)的整改措施。

2 自動(dòng)化軌道吊大車車輪的主要功能和技術(shù)要求

大車車輪是支撐整個(gè)自動(dòng)化軌道吊支腿壓力的重要部件，同時(shí)，作為自動(dòng)化軌道吊大車行走機(jī)構(gòu)中與碼頭堆場(chǎng)軌道的直接接觸部分，其引導(dǎo)整個(gè)軌道吊向著工作方向高速或者低速運(yùn)行，因此大車車輪需要有較好的強(qiáng)度和硬度。根據(jù)大車車輪的功能要求，當(dāng)前的主流加工工藝為：鍛造→粗加工→整體淬火、回火→精加工，主流材質(zhì)選用42CrMo,經(jīng)熱處理之后，大車車輪的踏面硬度一般要求在HRC50～56，硬化層有效深度大于15 mm，15 mm深度的硬度大于HRC35[1]。

3 大車車輪的主要損壞形式

(1)踏面開(kāi)裂剝落，該類損壞一般位于大車車輪經(jīng)常與碼頭軌道接觸的踏面位置，剝落的面積有大有小，無(wú)明顯的外形規(guī)則[2]。開(kāi)裂位置碰撞大車軌道，會(huì)導(dǎo)致大車車輪產(chǎn)生一定的跳動(dòng)，并引起整個(gè)自動(dòng)化軌道吊的震動(dòng)。

(2)設(shè)備正常使用過(guò)程中快速磨損，使用壽命明顯小于設(shè)計(jì)壽命和經(jīng)驗(yàn)壽命。通常而言，自動(dòng)化軌道吊大車車輪的設(shè)計(jì)壽命較長(zhǎng)，甚至于在整個(gè)自動(dòng)化軌道吊使用壽命周期內(nèi)都很少需要更換大車車輪，質(zhì)保壽命有時(shí)候長(zhǎng)達(dá)10年之久。但部分自動(dòng)化碼頭的數(shù)據(jù)顯示大量的大車車輪在5年左右的時(shí)間內(nèi)就存在磨損超出更換標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，并有可能帶來(lái)整個(gè)自動(dòng)化軌道吊設(shè)備的異常震動(dòng)。

這兩種軌道吊大車車輪的損壞形式也有可能同時(shí)存在，通常情況下，如果踏面出現(xiàn)裂紋，車輪的磨損將加速進(jìn)行。

4 車輪異常損壞的原因分析

從自身質(zhì)量問(wèn)題或者外界因素兩大方面入手，明確自動(dòng)化軌道吊的大車車輪異常損壞的原因。

4.1 車輪質(zhì)量分析

4.1.1 硬度檢測(cè)

硬度檢測(cè)主要以車輪圖紙的技術(shù)要求為基準(zhǔn)。取樣過(guò)程中需要留意：如果車輪的表面存在開(kāi)裂等缺陷，需要同時(shí)選取有表面缺陷處和同車輪無(wú)表面缺陷處的樣本。以韓國(guó)釜山某自動(dòng)化軌道吊大車車輪為例，該項(xiàng)目大車車輪的圖紙技術(shù)要求為：硬化層有效深度大于15 mm，15 mm深度的硬度大于HRC35。表1、2為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)，從中可以得出初步結(jié)論：該取樣車輪的硬度滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 切片淬硬層深度檢測(cè)

表2 車輪表面硬度檢測(cè)

4.1.2 材質(zhì)分析

對(duì)大車車輪的心部位置進(jìn)行光譜分析，用以測(cè)量車輪所用材質(zhì)的主要元素以及含量。該檢測(cè)的目的為確定出現(xiàn)異常損壞的大車車輪是否使用了正確的原材料。參考表3中某自動(dòng)化軌道吊的大車車輪材質(zhì)的化學(xué)成分檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)照42CrMo的相關(guān)技術(shù)要求(GB/T 3077-1999)，基本可以判定該車輪所用的材料符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

表3 車輪心部化學(xué)成分/(wt%)

也可以采用金相分析等檢測(cè)手段，觀察異常損壞的大車車輪的金相組織，用以判定車輪材質(zhì)是否存在冶金缺陷等問(wèn)題[3]。

4.1.3 車輪圓度檢測(cè)

采用百分表，當(dāng)自動(dòng)化軌道吊大車以非常緩慢的速度行駛時(shí)進(jìn)行大車車輪的圓跳動(dòng)測(cè)量。以歐洲某自動(dòng)化軌道吊大車車輪的測(cè)量情況為例，車輪踏面圓跳動(dòng)的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 車輪踏面圓跳動(dòng)

該圓度測(cè)量數(shù)據(jù)表明所測(cè)的車輪有較大的磨損并且存在車輪不圓的情況。導(dǎo)致該不規(guī)則磨損的原因包括很多因素，比如：①在設(shè)備運(yùn)行初期緊停的故障較多，在這種特殊工況下，設(shè)備緊急制動(dòng)的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致大車車輪打滑，從而產(chǎn)生局部磨損；②大車軌道的狀況較差，存在凹凸不平的現(xiàn)象，在設(shè)備運(yùn)行初期極易造成車輪不規(guī)則損壞；③每臺(tái)自動(dòng)化軌道吊的車輪數(shù)量較多，并且通常為不同的電機(jī)和制動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)，有可能因?yàn)閱?dòng)或者制動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間不一致導(dǎo)致部分車輪被先行啟動(dòng)和延后制動(dòng)的車輪進(jìn)行拖動(dòng)，這將加速車輪踏面的不規(guī)則損壞;④天氣因素引起的車輪打滑；⑤設(shè)備出廠時(shí)就存在圓度問(wèn)題。

4.2 車輪本身質(zhì)量問(wèn)題以外的原因分析

4.2.1 碼頭堆場(chǎng)大車軌道

作為與自動(dòng)化軌道吊大車車輪直接接觸的碼頭部件，大車軌道的質(zhì)量直接影響到車輪的使用環(huán)境。如果大車軌道出現(xiàn)問(wèn)題，在自動(dòng)化軌道吊的高速運(yùn)行過(guò)程中，將直接影響大車車輪的使用壽命。引起自動(dòng)化軌道吊大車車輪異常損壞的大車軌道質(zhì)量問(wèn)題的因素主要包括以下幾個(gè)方面：①大車軌道本身表面粗糙度不達(dá)標(biāo)，在設(shè)備運(yùn)行初期，極易造成大車車輪的異常磨損；②大車軌道的直線度以及兩條軌道的平行度；③大車軌道的跳動(dòng)。

4.2.2 軌道吊大車直線度

如果自動(dòng)化軌道吊的大車直線度本身存在問(wèn)題，也會(huì)對(duì)大車的車輪使用造成影響，特別是對(duì)大車車輪輪緣位置的破壞會(huì)比較嚴(yán)重[4-5]。通常情況下，自動(dòng)化軌道吊的大車都裝有水平輪，通過(guò)觀察非工作狀態(tài)時(shí)和工作狀態(tài)時(shí)水平輪的位置情況，在排除大車軌道在水平方向上的問(wèn)題之后，可以基本判斷軌道吊的大車直線度是否存在問(wèn)題[6]。

4.2.3 碼頭環(huán)境的因素

碼頭多處于海岸附近的開(kāi)闊區(qū)域，在極端天氣條件下，大車軌道上的異物會(huì)有所增加，如果不能及時(shí)得到清理，在大車車輪碾壓異物之后，也會(huì)導(dǎo)致車輪的局部損壞。同時(shí)，風(fēng)雨天氣會(huì)影響高速運(yùn)行的自動(dòng)化軌道吊的制動(dòng)效果，車輪打滑包括眾多車輪的運(yùn)行步伐不一致的情況，同樣會(huì)導(dǎo)致大車車輪的不規(guī)則磨損。而且高速摩擦的同時(shí)產(chǎn)生高熱，這種額外的高熱影響，也有可能改變車輪踏面的力學(xué)性能。

4.2.4 緊急制動(dòng)過(guò)于頻繁

在緊停狀態(tài)時(shí)整機(jī)因?yàn)閼T性在短時(shí)間內(nèi)持續(xù)往前移動(dòng)，大車車輪因?yàn)楸旧硪呀?jīng)制動(dòng)的原因被拖動(dòng)向前滑行，車輪踏面與大車軌道的劇烈摩擦帶來(lái)的局部發(fā)熱將會(huì)對(duì)大車車輪帶來(lái)較大損壞。特別是在設(shè)備使用初期，因?yàn)橄到y(tǒng)磨合等原因，緊停工況一般較多，容易導(dǎo)致車輪異常損壞。

5 車輪異常損壞的整改和預(yù)防措施

當(dāng)自動(dòng)化軌道吊的大車車輪發(fā)生異常損壞時(shí)，整改和預(yù)防措施主要有如下幾項(xiàng)。

(1)加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，定期對(duì)車輪進(jìn)行觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常磨損或者其他損壞，爭(zhēng)取在初期進(jìn)行處理。

(2)針對(duì)大車軌道引起的自動(dòng)化軌道吊大車車輪的異常損壞問(wèn)題，需要根據(jù)實(shí)際情況分別采取應(yīng)對(duì)措施。大車軌道不單單需要定期進(jìn)行清理，在大風(fēng)大雨等極端天氣之后，也要進(jìn)行檢查，避免小石子等異物存留在軌道面。針對(duì)不同類型的碼頭基建，需要定期對(duì)大車軌道進(jìn)行維護(hù)，必要時(shí)候需要重新加固基座重排軌道。

(3)減少不必要的緊停工況，可在電氣程序上面進(jìn)行優(yōu)化，需要電控商的配合。

(4)加強(qiáng)對(duì)大車制動(dòng)器的檢查和維護(hù)保養(yǎng)，減少因?yàn)橹苿?dòng)器的作用時(shí)間不一致導(dǎo)致的部分大車車輪滑動(dòng)。

(5)車輪對(duì)調(diào)。由于自動(dòng)化軌道吊整機(jī)上面的車輪數(shù)量較多，受到各類因素的影響，各個(gè)車輪的磨損情況不一致，在使用一段時(shí)間之后，可以將車輪對(duì)調(diào)使用，保持各個(gè)車輪的磨損情況盡可能接近，這樣可以延長(zhǎng)整機(jī)車輪的使用壽命。但是因?yàn)檐囕唽?duì)調(diào)的工作量大，對(duì)于人工價(jià)格昂貴的區(qū)域，需要綜合考慮。

(6)針對(duì)各類極端天氣，設(shè)置對(duì)應(yīng)的大車啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間。在極端天氣下，受到外界影響，大車車輪的摩擦系數(shù)大大減小，容易造成大車打滑，引起異常磨損，這種情況下，適當(dāng)延長(zhǎng)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間可以有效緩解打滑問(wèn)題，降低車輪異常損壞。

6 結(jié)語(yǔ)

高速運(yùn)行的自動(dòng)化軌道吊大車車輪發(fā)生異常損壞的原因有很多，有車輪本身原因，也有外界的因素導(dǎo)致，也有可能是兩者結(jié)合。在明確異常損壞原因之后，制定相應(yīng)的整改方案，同時(shí)要注重日常維護(hù)保養(yǎng)，才能切實(shí)降低大車車輪的異常損壞概率和相應(yīng)的損失，提升整個(gè)碼頭的運(yùn)營(yíng)效率和效益。