集裝箱吊具開閉鎖機構故障常見事故分析

魏俊林

摘 要 集裝箱吊具開閉鎖機構是集裝箱裝卸作業的主要機構，因吊具作業工況的復雜性，開閉鎖機構故障原因非常復雜，既存在開閉鎖限位的異常檢測，轉鎖卡滯這樣的故障，還會有箱外閉鎖這種危害性比較大的現象出現，分析這些現象的原因，找出應對之策，對保障碼頭安全裝卸是極其重要的。

關鍵詞 自動化作業;開閉鎖機構故障;箱外閉鎖;維護保養

中圖分類號： U169.63文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.017

1 相關背景

安全是碼頭裝卸作業中要最優先保證的，只有先保障了安全，才能有效率的提升。集裝箱吊具作為港機設備中工況最惡劣，使用最頻繁的部件，其安全性和可靠性的重要程度不言而喻。而吊具開閉鎖機構作為集裝箱吊具中最重要的安全件，其關鍵程度更是重中之重。

隨著碼頭裝卸作業的自動化程度越來越高，對吊具開閉鎖機構的安全性也提出了更高的要求。傳統人工作業，司機操作時還能通過以往累計的經驗觀察到一些異常情況，做出相應的判斷并采取對應的措施，從而避免一些安全事故的發生。

與傳統作業模式不同的是，自動化碼頭自動作業過程中，對于吊具開閉鎖狀態的判斷完全依賴與開閉鎖反饋信號，開閉鎖機構反饋信號若與實際情況不符，起重機是很難判斷出開閉鎖狀態的異常，只能依靠一些其他的檢測手段，比如對吊具晃動的檢測，重量傳感器數值的明顯偏差等，但這些檢測手段很難做到完全可靠，最重要的還是開閉鎖信號的準確反饋。

2 開閉鎖機構常見故障

2.1 開閉鎖信號異常導致的事故分析

在實際作業中，已經有很多因吊具開閉鎖機構出現問題而導致集裝箱摔落，下面我們分析一下導致摔箱的原因：

（1）轉銷開、閉鎖動作不到位，但由于電氣故障或開閉鎖安全聯鎖設置不完善使開、閉鎖信號通過垂纜反饋到主PLC，導致起升過程中脫箱。存在這樣一種情況，當一個轉銷開鎖限位開關處于故障短路狀態，但電控系統并不能反饋此故障信息，吊具做閉鎖動作時，吊具正常反饋閉鎖信號，做開鎖動作時，由于某些故障或箱眼變形，該轉銷并沒有順利開鎖，但此轉銷的開鎖信號一樣反饋回電控系統，則此時實際狀態為：吊具的三根轉銷處于開鎖狀態，一根轉銷處于閉鎖狀態，但開鎖總信號反饋給起重機主PLC并允許起升，這時候做起升動作若司機反應不及時的話極易造成摔箱事故。

這就是吊具電控系統設計的不完善，并沒有一個安全的開閉鎖信號邏輯保護。轉銷開鎖和閉鎖位置檢測的每一個單獨的限位開關都應該防止由于開關短路而引起的任何誤指示或誤動作，對于這種情況，通常需要程序中對開閉鎖邏輯做重點保護，開鎖限位與閉鎖限位互相限制，開鎖信號只有在開鎖限位感應到，閉鎖限位沒有感應到的時候才會發出，指示燈才會相應動作，閉鎖信號同理。這樣才能最大限度的保證吊箱的安全性。另外，對于限位開關短路的狀態的判斷，若吊具電控系統沒有采用PLC控制器，通過此種原理設計電氣線路，繼電器控制也是可以實現的。

（2）吊具的轉銷驅動形式采用單出桿方式（即一根連桿控制兩個轉銷動作），且兩端轉銷共用一套開閉鎖限位，這樣開閉鎖信號只能反饋此連桿是否動作，不能做到每一個轉鎖的精確狀態反應，可能會因轉鎖連桿斷、連桿端部與轉銷轉動機構脫開等原因造成開閉鎖反饋信號與實際狀態不一致，如吊具做開鎖動作時，連桿只驅動一側轉銷轉動，而另一側實際并無動作，但反饋的開鎖信號卻是代表了兩根轉銷的，因單個轉銷掛箱，開鎖信號的異常反饋，起升動作仍然滿足允許條件，進而導致摔箱。

綜上所述，吊具若配置完善可靠的安全聯鎖邏輯，同時由單獨限位檢測單獨轉銷，轉銷開閉鎖限位感應可靠的話，就能大大降低摔箱事故的發生概率。

2.2 箱外閉鎖導致的事故分析

我們繼續分析，還有另外一種需要嚴防死守的摔箱事故，那就是箱外閉鎖。箱外閉鎖時，吊具開閉鎖反饋信號是準確的，但卻是一個危險狀態，自動化作業中會更加危險，箱外閉鎖也會有這么幾種情況：

1）吊具程序的邏輯控制不完善，因個別著箱限位擊穿、損壞等造成著箱信號常通，但系統并沒有報錯，這樣在其它轉銷滿足著箱條件的時候，司機給出閉鎖命令，若此轉銷沒有完全著箱的話，極容易箱外閉鎖。

2）吊具并沒有配置著箱頂銷的機械互鎖結構，這種情況下會出現兩種可能性：

（1）在吊具并沒有完全著箱的情況下，由于著箱限位調整不當等原因造成著箱限位過早感應到，此時閉鎖可導致箱外閉鎖。

（2）吊具一側沒有著箱，但因通訊干擾或電氣線路故障造成閉鎖指令誤得電，在一定情況下可能造成一側轉銷箱外閉鎖現象。

3）吊具著箱頂銷位置設置不合理，頂銷設置在轉銷內側，導致作業中轉銷并沒有插入鎖眼，而是卡在鎖眼外側，但頂銷卻被集裝箱邊緣頂起，造成著箱信號誤動作，這時司機給出閉鎖命令，便會造成箱外閉鎖，此情況較多出現在機械結構活動量較大的中鎖機構。

介紹一下目前吊具著箱頂銷的位置布置方式：

（1）單頂銷機構：此類頂銷機構最為常見，但根據其頂銷位置布置的不同，也分為內側0度，內側45度，外側45度等不同的布置方式，目前外側45度布置方式采用的更多一些，安全性更好，能夠有效避免箱外閉鎖情況。

（2）半頂銷機構：每根頂銷采用2只限位感應，增加了頂銷的不完全著箱和完全著箱以及懸吊的工況感應狀態。從信號發饋上提升了對箱外閉鎖的感應反饋功能，可以徹底避免因箱外閉鎖導致的安全事故。半頂銷機構雖然可以極大的提高安全性，但是弊端也是顯而易見的，包括故障率高，難以調整等，是否采用此機構需要仔細考量。

（3）雙頂銷機構：一般為轉鎖內側布置2根頂銷，能夠保證吊具在正確位置著箱的情況下才輸出閉鎖信號，此機構同樣面臨故障率高，調整難度大的弊端，目前還較少配置此頂銷機構。

4）吊具轉銷鉤頭的平面至轉鎖箱的底平面距離過近，實際作業中，集裝箱箱眼變形是極為常見的，而且什么樣的形狀都會有，當轉鎖與鎖箱底面距離過近，轉鎖浮動量不足時，遇到某些變形的箱眼的時候轉銷轉動一點時會卡住，無法完成閉鎖動作，若此時打開旁路開關點動起升動作，極有可能轉鎖在上升脫離鎖眼的一瞬間完成閉鎖動作，造成箱外閉鎖。

5）司機操作吊具動作過快，吊具的著箱頂銷并不是被完全頂起的情況下才能反饋此頂銷的著箱信號的，為了適應實際作業中集裝箱箱眼的不同情況的變形，降低故障率，著箱限位的調整是極其重要的，一般集裝箱起重機安全操作規程中規定“吊具在集裝箱上就位后，著箱燈亮起，鋼絲繩微松后，才允許給出閉鎖命令”，這樣才能保證吊具在完全著箱的情況下閉鎖。然后“閉鎖指示燈顯示5秒再動起升手柄，開始用點動方式，當轉鎖與箱孔掛牢后，方能逐漸加速起升”。但實際作業中，會有某些司機師傅操作過于“熟練”，著箱燈剛剛亮起，起升動作還沒有完全停止，吊具還處于晃動中便直接給出閉鎖指令，這種情況極易出現箱外閉鎖。

由于吊具工況的特殊性，箱外閉鎖發生的原因非常復雜。司機的操作水平，船型的晃動程度，場地的平整程度以及頂銷、開閉鎖限位的調整等都會對吊具的著箱開閉鎖動作產生影響，很難分析的很全面，甚至很多工況根本就無法再現模擬。但要降低箱外閉鎖發生的概率，就要從平時的維保工作下手。

3 開閉鎖機構的維護

吊具平時的維護保養對避免開閉鎖信號反饋異常及箱外閉鎖事故同樣非常重要。在平時的使用過程中，下述幾點保養要求請特別注意：

（1）轉銷一定要在品牌質量有保證的廠家采購，在吊具檢查及保養時，要按照轉銷檢查要求進行檢查和更換，否則轉銷斷裂的可能性非常大。注意一般螺紋式轉銷的強制性報廢極限為2年或20萬箱，以先到為準。但不能只局限于這兩個指標，轉銷的日常檢查同樣重要。

（2）吊具的伸縮梁及底梁的耐磨塊、抗磨塊需定期檢測更換。耐磨塊的過渡磨損將導致吊具間隙增大，吊具著箱是晃動過大，增加箱外閉鎖風險。

（3）吊具頂銷伸出轉銷箱底的距離約為20mm，且要重點檢查頂銷彈簧，涂脂防銹，保證頂銷的上下動作的靈活性。

（4）吊具轉銷浮動量的檢測調整，為了增加吊具的適應性，吊具轉銷設計一般采用浮動式，但是浮動量有嚴格控制，一般轉銷鉤頭的平面至轉鎖箱的底平面距離為49mm，不可偏離這個數值太多，且轉銷襯套與壓力軸承需定期更換。在吊具使用過程中轉銷襯套與端梁底板會產生不斷的摩擦。使底板、轉銷襯套、壓力軸承不斷磨損，使轉銷浮動范圍不斷增大，增加箱外閉鎖風險。