卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造

王照宇 宛寶

大連集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱“大連集裝箱碼頭”）現(xiàn)有卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具故障率較高，尤其是吊具伸縮系統(tǒng)損壞后，停機(jī)維修時(shí)間較長，導(dǎo)致集裝箱無法準(zhǔn)時(shí)運(yùn)往指定地點(diǎn)，從而嚴(yán)重影響裝船效率。鑒于此，大連集裝箱碼頭技術(shù)人員實(shí)施卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造，為吊具伸縮系統(tǒng)加裝限位裝置，確保設(shè)備作業(yè)安全和高效。

1 卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具故障原因分析

1.1 吊具故障現(xiàn)象

在卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具做40英尺伸縮動作時(shí)，多次發(fā)生吊具左側(cè)伸縮油缸活塞桿柱塞頭防松螺帽脫落或活塞桿斷裂故障，導(dǎo)致吊具左側(cè)伸縮油

缸及箱筒脫落，同時(shí)造成伸縮導(dǎo)鏈內(nèi)的吊具伸縮電纜和油管等零部件損壞。例如：2019年9月21日，大連集裝箱碼頭卡爾瑪空箱堆高機(jī)EF03在作業(yè)過程中發(fā)生吊具右側(cè)伸縮油缸脫落故障，拆卸后檢查發(fā)現(xiàn)，油缸內(nèi)部伸縮拉桿的柱塞頭斷裂，導(dǎo)致油缸內(nèi)的活塞無法固定，從而使得油缸內(nèi)油路亂串，油缸無法正常工作;2020年1月15日，大連集裝箱碼頭卡爾瑪空箱堆高機(jī)EF05在場地內(nèi)作業(yè)時(shí)，發(fā)生吊具左側(cè)伸縮油缸拉桿斷裂脫落故障。

從卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸整體機(jī)械構(gòu)造來看：油缸兩端固定采用硬連接形式，在日常檢查和保養(yǎng)中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題;但油缸內(nèi)部活塞頭和固定螺母斷裂、脫扣等情況無法在日常檢查中發(fā)現(xiàn)，存在一定安全隱患（見圖1）。

1.2 吊具伸縮油缸工作原理

卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸主要構(gòu)件包括：（1）液壓油缸筒，內(nèi)壁光滑，主要接觸伸縮拉桿，伸縮拉桿在其行程內(nèi)伸縮;（2）伸縮拉桿，外壁光滑，主要在運(yùn)動行程內(nèi)伸縮，推動吊具伸縮滿足作業(yè)20英尺和40英尺集裝箱的要求;（3）活塞頭，固定在伸縮拉桿底部，與液壓油直接接觸，液壓油產(chǎn)生的液壓力直接作用在活塞頭，活塞頭帶動伸縮拉桿在特定行程內(nèi)完成伸縮動作;（4）活塞套筒，安裝在伸縮拉桿上，一端與活塞頭配合，另一端作為行程限位與油缸套筒配合;（5）油缸套筒，與液壓油缸筒配合，其上附有油封，以防止拉桿脫落，并起到行程限位的作用。

如圖2所示，卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸的工作原理為：當(dāng)液壓油進(jìn)入油缸孔1時(shí)，液壓油作用于活塞套筒，液壓力將伸縮拉桿推入液壓油缸筒內(nèi)，直到活塞頭頂住液壓油缸筒，完成一次行程;當(dāng)液壓油進(jìn)入油缸孔2時(shí)，液壓油作用于活塞頭，活塞頭固定在伸縮拉桿上，在液壓力的作用下，伸縮拉桿被推出液壓油缸筒，完成二次行程。

1.3 吊具故障原因

（1）設(shè)備震動頻繁。在作業(yè)過程中，卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具各機(jī)構(gòu)起升、伸縮、橫移等運(yùn)行頻率較高，從而使吊具產(chǎn)生頻繁震動;此外，場地不平整等原因也會導(dǎo)致設(shè)備震動，對設(shè)備各關(guān)鍵鉸接點(diǎn)及零部件的松緊度、強(qiáng)度均造成一定影響。若吊具伸縮油缸活塞桿防松螺母在震動的作用下松動脫落，吊具在執(zhí)行40英尺伸縮動作時(shí)會出現(xiàn)油缸失控竄出的現(xiàn)象，導(dǎo)致伸縮箱筒脫落。

（2）軸向沖擊過大。當(dāng)卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具執(zhí)行40英尺外伸動作時(shí)，吊具兩側(cè)伸縮箱筒依靠伸縮油缸的牽制作用才能停止。如果駕駛員在操作吊具40英尺伸縮動作時(shí)速度較快，當(dāng)伸縮箱筒即將達(dá)到最外端時(shí)，駕駛員未能及時(shí)收油門和減速，伸縮箱筒外伸慣性會對伸縮油缸和油缸活塞桿防松螺帽、油缸螺紋絲扣造成強(qiáng)烈的軸向沖擊，從而導(dǎo)致油缸活塞桿防松螺帽損壞或脫落，進(jìn)而導(dǎo)致油缸及伸縮箱筒脫落。

（3）設(shè)計(jì)存在缺陷。卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸及伸縮箱筒結(jié)構(gòu)存在一定設(shè)計(jì)缺陷：伸縮油缸拉桿截面直徑為45 mm，伸縮油缸活塞桿（頻繁斷裂部位）截面直徑為20 mm，存在尺寸相對較小、強(qiáng)度不足的問題;另外，固定活塞螺母未加裝防脫銷，存在震動脫落隱患。當(dāng)?shù)蹙邎?zhí)行40英尺伸縮動作時(shí)，吊具伸縮箱筒不受限位擋塊或支架的限制，只能依靠伸縮油缸的牽制作用完成動作，如果伸縮油缸活塞桿防松螺帽或絲扣出現(xiàn)問題，則無法控制伸縮箱筒的外伸動作。

（4）材料應(yīng)力不足。卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸故障主要表現(xiàn)為伸縮拉桿固定端絲扣斷裂，導(dǎo)致固定螺母脫落，活塞頭隨之脫落，故無法封住液壓油，從而造成液壓油缸失效。伸縮拉桿固定端材料光滑且耐腐蝕，但材質(zhì)應(yīng)力不足，當(dāng)受到較大沖擊力時(shí)，緩沖效果不理想可能導(dǎo)致固定端絲扣斷裂。由于活塞套筒與油缸套筒配合處無減震系統(tǒng)，工作時(shí)產(chǎn)生的作用力較大，作用力的最終作用點(diǎn)位于伸縮拉桿固定端，從而使得伸縮拉桿固定端面臨較高斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

2 卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造方案

針對卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具執(zhí)行40英尺伸縮動作時(shí)油缸失控竄出、伸縮箱筒脫落等安全隱患，對吊具伸縮系統(tǒng)實(shí)施改造，具體改造方案如下。

（1）方案一 在吊具側(cè)移筒根部加裝搖臂開關(guān)，伸縮箱筒40英尺對應(yīng)位置加裝機(jī)械限位擋塊。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，伸縮箱筒上的機(jī)械限位擋塊觸發(fā)側(cè)移筒上的限位開關(guān)，對應(yīng)警報(bào)器（安裝在駕駛室內(nèi)）發(fā)出警報(bào);ABC閥塊工作，切斷主閥至動作手柄的主伺服壓力，同時(shí)將主伺服壓力與液壓油箱導(dǎo)通使其回流至油箱;切斷12號液壓油路，從而限制吊具動作，防止吊筒脫落。

（2）方案二 改造原理與方案一基本相同，唯一不同的是使用位置傳感器取代限位開關(guān)。當(dāng)?shù)蹙甙l(fā)生故障時(shí)，對應(yīng)警報(bào)器發(fā)出警報(bào);ABC閥塊工作，切斷主閥至動作手柄的主伺服壓力，同時(shí)將主伺服壓力與液壓油箱導(dǎo)通使其回流至油箱;切斷12號液壓油路，從而限制吊具動作，防止吊筒脫落。

（3）方案三 從卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮油缸的結(jié)構(gòu)和尺寸來看，油缸桿固定端直徑較小，導(dǎo)致油缸桿抗應(yīng)力能力較弱，斷裂概率較大。為此，重新加工油缸桿，增加油缸桿固定端直徑，從而提升油缸桿抗應(yīng)力能力，降低斷裂概率;在此基礎(chǔ)上，加裝方案一或方案二的限位系統(tǒng)，從而起到雙重保護(hù)作用，確保設(shè)備作業(yè)安全。

3 卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造效果

卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造后，在設(shè)備作業(yè)過程中，當(dāng)?shù)蹙邎?zhí)行40英尺伸縮動作時(shí)，若吊具伸縮油缸失控竄出，則會觸發(fā)駕駛室內(nèi)的警報(bào)器，提醒駕駛員停止操作，同時(shí)吊具伸縮機(jī)構(gòu)供油系統(tǒng)斷開，吊具動作停止。卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)改造消除吊具伸縮箱筒脫落隱患，對集裝箱碼頭空箱堆高機(jī)規(guī)范運(yùn)行和安全作業(yè)起到重要的保障作用。

4 結(jié)束語

卡爾瑪空箱堆高機(jī)吊具伸縮系統(tǒng)整體改造方案方便、實(shí)用，在應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期效果，有效解決空箱堆高機(jī)作業(yè)過程中吊具伸縮箱筒意外脫落隱患，保障設(shè)備作業(yè)可靠性和安全性。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-03-19）