空箱堆高機吊具伸縮梁改造

劉成明

作為碼頭等物流基地重要的集裝箱作業設備，空箱堆高機適用于20英尺和40英尺空箱取放，具有不受作業場地限制、操作靈活方便等優點。在長期使用過程中，空箱堆高機吊具伸縮梁金屬結構容易因磨損、疲勞、腐蝕而發生變形，導致其剛度和強度下降，從而給生產作業帶來安全隱患。例如，空箱堆高機吊具伸縮梁20英尺和40英尺抗磨塊支撐部位易因磨損而凹陷，進而發展成疲勞開裂，導致整條伸縮梁主體結構報廢，嚴重時可能造成重大安全事故。為避免上述問題，根據空箱堆高機吊具伸縮梁易疲勞部位的受力特點及其與主體結構的配合使用要求，加大吊具伸縮梁易疲勞部位抗磨塊的受力面積，增加伸縮梁主體結構的厚度，從而提高伸縮梁主體結構的抗彎和抗壓強度，延長伸縮梁使用壽命，確保空箱堆高機作業安全。

1 空箱堆高機吊具伸縮梁在使用中存在的問題

空箱堆高機通過吊具以傾、靠、推的動作實現對20英尺和40英尺空箱的取放和近距離轉移。在空箱堆高機移動過程中，車身與地面間產生的振動和大車速度不均勻，導致吊具伸縮梁不規律地前后擺動和上下振動。吊具伸縮梁在各種動作疊加過程中產生的力通過支撐抗磨塊傳導到吊具中筒，實現伸縮梁受力平衡，使空箱堆高機完成空箱取放作業；與此同時，在長時間沖擊力的作用下，伸縮梁主體側面與底面抗磨塊支撐部位接觸面的金屬結構容易因磨損而疲勞開裂（見圖1），從而影響設備作業安全。

2 空箱堆高機吊具伸縮梁改造措施

2.1 抗磨塊改造

空箱堆高機在工作過程中承受多種疊加載荷，如靜載荷、動載荷、交變載荷、沖擊載荷、振動載荷等。在多種載荷的作用下，吊具伸縮梁與抗磨塊之間產生擠壓力，容易導致伸縮梁與抗磨塊接觸部位金屬結構疲勞開裂（見圖2），造成金屬結構強度下降。在檢查和維修中發現，安裝在吊具與伸縮梁之間的抗磨塊的面積較小，側面滑塊的寬度不足伸縮

梁寬度的2/5，底面滑塊的寬度僅為伸縮梁寬度的3/5，導致伸縮梁與抗磨塊的接觸面積較小（見圖3），從而使抗磨塊受到的擠壓應力較大。為解決上述問題，在無法改變擠壓力的情況下，可通過增大伸縮梁與抗磨塊的接觸面積，減小接觸面的擠壓應力，提高接觸面的受力強度，進而達到提高抗磨塊抗磨性能的目的。

由圖4可見，受箱筒鋼結構主體固定位深度的限制，無法對抗磨塊實施加長改造。如果增加抗磨塊的長度，需要打磨主體固定位箱筒鋼結構；但這樣會造成主體箱筒結構強度降低，導致應力集中，從而破壞整個結構的穩定性。鑒于此，可以采取打磨抗磨塊寬度定位塊或移動抗磨塊寬度定位塊的辦法，增加抗磨塊寬度，從而加大伸縮梁與抗磨塊的接觸面積，為吊具伸縮梁改造提供條件。

為了增加抗磨塊寬度，將分體式抗磨塊改為連體式抗磨塊，具體方法為：在連體式抗磨塊中間設置2條定位槽以避開中間定位塊的干涉，同時增加定位塊的長度。改造前后抗磨定位塊對比如圖5所示，改造前后吊具伸縮梁底面抗磨塊對比如圖6所示。經過改造后的抗磨塊無須改變定位槽和定位孔即可安裝固定，并且不會影響主體箱筒固定位的受力結構。

選用高分子聚乙烯材料，對吊具伸縮梁側面和底面抗磨塊進行加工改造。改造前后吊具伸縮梁底面抗磨塊安裝對比見圖7。改造后的吊具伸縮梁的抗磨面積增加，其中：底面抗磨面積由20 790 mm2增加到2，側面抗磨面積由2增加到2。根據擠壓應力 =F/A，底面擠壓應力減小37%，側面擠壓應力減小67%，從而使吊具伸縮梁金屬結構的整體抗磨強度得到有效提升。

2.2 吊具伸縮梁主體結構改造

吊具伸縮梁主體結構設計在靜強度方面滿足使用要求，但抗磨塊受力部位的箱梁抗疲勞強度不足；此外，由于空箱堆高機的工作環境、使用頻率、維護保養等存在差異性，局部抗磨塊受力部位存在提前疲勞開裂的情況。廣泛調研后發現，理論上滿足使用要求的金屬構件在實際使用過程中很難達到生產要求和預期使用壽命。在無法通過為受力部位貼筋板的方式提升局部結構強度的條件下，可以采取增加伸縮梁主體鋼結構厚度的方法來提升整體結構強度和抗疲勞性能。

改造前，吊具伸縮梁主體鋼結構厚度僅10 mm。在保證原外形尺寸不變的情況下，將伸縮梁鋼結構的厚度由10 mm改為14 mm，使得梁內壁在水平方向和垂直方向各縮小4 mm，同時將梁內壁上下左右各個方向的抗磨塊厚度減小2 mm，以便滿足尺寸要求。為了確保伸縮梁結構穩固及箱梁焊接部位的穩定性，使用厚度為5 mm的鋼板加固箱梁內部焊接部位，以提升焊接部位的承載強度。在安裝過程中，加固部位與內抗磨塊存在干涉的可能性；可以通過單邊打磨抗磨塊的方式消除干涉，確保伸縮梁右梁可以進入左梁筒內（見圖8）。

使用Q345鋼板，通過組合焊接完成伸縮梁主體結構的加厚施工。加厚的伸縮梁主體結構的整體高度和寬度不變，厚度增加，橫截面積增大，抗彎截面系數變大。計算結果顯示：在伸縮梁上下方向，在相同力矩的作用下，改造后抗彎截面系數為改造前的73.8%；在伸縮梁前后方向，在相同力矩的作用下，改造后抗彎截面系數為改造前的74.8%。可見，無論在水平方向還是垂直方向，改造后吊具伸縮梁所受應力變小，安全系數提高。改造完工的吊具伸縮梁如圖9所示。

3 結束語

經過改造，空箱堆高機吊具伸縮梁與抗磨塊支撐部位的接觸面積增大，鋼結構強度提高，抗磨塊處吊具伸縮梁所受應力變小，具體應用效果為：吊具伸縮梁的平均使用壽命從1.6萬h延長到3萬h，延長近1倍；吊具伸縮梁的整體維修成本降低50%，經濟效益可觀。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2018-04-12）