熱溢流閥在岸橋掛艙系統中的應用

霍剛 魏岳川

摘 要：寧波舟山港股份有限公司北侖第二集裝箱碼頭分公司岸橋近二十年的使用故障累現，特別是掛艙系統的應用，隨著天氣由涼轉熱，掛艙系統假掛艙故障頻發，且每次檢查均是溫度升高導致油缸內部壓力升高無法及時泄壓導致，這嚴重影響岸橋在夏天高溫時候使用。雖故障解決難度不大卻需一段時間去處理，對作業效率影響較為明顯。通過對液壓系統分析和液壓元器件的篩選，我們在掛艙系統中加入熱溢流閥，微弱溢流解決因溫度升高引起壓力升高的問題，有效避免岸橋假掛艙故障的發生。

關鍵詞：掛艙系統;熱溢流閥;岸橋

隨著國家“一帶一路”戰略和長三角一體化的提出，寧波舟山港作為“長江經濟帶”的南翼“龍眼”，面朝繁忙的太平洋主航道，背靠中國大陸最具活力的長三角經濟圈，坐擁“服務世界”的全球視角，整個寧波舟山港港口產業集群競爭基礎及優勢已日趨明顯。在這樣的大環境下，對我們老碼頭來說已從快速增長期轉變為高質量的發展，努力提升集裝箱裝卸效率等服務指標成為研究的方向，同時也是港口保障自身市場競爭力的一個重要標志。

1背景

岸橋的發展經歷幾十年的發展，從第一代到第四代岸橋，從普通岸橋到雙起升雙小車岸橋，再到智慧型遠控岸橋、全自動岸橋，各類高科技的變化使得岸橋電控部分科技日新月異，但是岸橋機械使用和保護上技術均未得到實質性大幅度的提升，甚至在原地踏步，而其恰恰是岸橋作業的關鍵因素。

岸橋作業完全通過鋼絲繩來實現吊裝，在實際作業過程中許多位置是無法直接或第一時間判斷，容易導致岸橋在吊裝過程中出現過載鉤掛等情況，這樣需要掛艙系統來規避過載鉤掛等故障。在實際生產過程中，發現天氣超過35℃時，特別是夏天正午時分，掛艙系統總是報假掛艙故障，使得岸橋無法正常作業，需要維修人員上岸橋進行壓力釋放，方可恢復作業。每次發生故障雖然時間不長，但是故障次數較多，嚴重影響到岸橋的作業完好率，甚至對船時效率也存在較大的影響。隨著高質量發展要求的提出，對設備維護要求更加精細化，針對這種不僅嚴重影響岸橋作業效率同時存在一定安全隱患的故障，必須及時消除。從而縮短岸橋維修保養時間，減少人力和財力消耗，提升岸橋單機作業完好率，消除岸橋掛艙故障而產生的作業隱患，提高作業的可靠性和安全性。

2 掛艙系統工作原理

掛艙系統液壓圖如下，通過電機、油泵進行壓力輸出，4個掛艙油缸同時得到壓力，按照既定的方向和速度向外側推移，通過限位開關（T1，T2，T3，T4）來判斷掛艙油缸位置是否到位，到位后油泵停止工作。當任意一個油缸的壓力繼電器（H1，H2，H3，H4）達到預先設定的壓力（18MPa）時，壓力繼電器觸點將斷開，并發訊以立即切斷主起升，并報警，系統認為發生掛艙故障，需要修理人員復位后方可恢復作業。

掛艙系統功能是在發生掛艙緊停后將處于高速轉動的起升機構系統的動能通過本裝置的液壓系統將它轉化為熱能釋放掉。這樣就能防止破壞性事故的發生如鋼絲繩拉斷、岸橋結構變形甚至傾覆或倒塌。典型的掛艙工況發生在吊具上升時掛或碰在某個障礙物，如集裝箱船艙導架及貨艙艙蓋口等。當掛艙發生時，鋼絲繩的拉力將迅速增大，掛艙液壓油缸的壓力也相應地增大。當四個液壓缸中任何一個壓力達到壓力繼電器預設值時，相應壓力開關動作，控制系統將緊急停止起升電機，與此同時，溢流閥將打開，使液壓缸收縮。

3 問題提出

通過前一年故障統計分析，岸橋掛艙故障共計發生34次，其中真掛艙10次，假掛艙故障達到24次，特別是1-4#岸橋達到了15次。假掛艙故障引發的原因也較多，其中電氣故障引起3次，油缸內壓力升高報故障達到16次，其他原因5次。每次處理故障均是釋放壓力來解決，延誤作業時間平均約21分鐘。期間2#岸橋同一時間段連續發生3次，嚴重影響到作業效率，降低設備作業完好率，岸橋考核指標MMBF因該故障下降17.2%，嚴重影響到團隊績效成績和公司船時效率考核。該故障發生時，會使得岸橋突然停止動作，對岸橋整機有不小的沖擊，長期受到這種不正常作業的沖擊容易使得岸橋出現鋼結構疲勞開裂，對岸橋壽命也有一定的影響。外加故障頻發，導致司機作業情緒受到影響，出現煩躁心態，對作業的安全性存在一定的隱患。

4 問題分析

在故障統計時我們發現，假掛艙故障基本集中在7-10月期間發生，且每天12-14點也是高發的時間段。通過現場的查看，油缸內的壓力確實升高，該時間岸橋作業僅僅進行起升動作并未進行其他的動作運行。該時段均為高溫時節，那么我們認為在實際使用過程中，掛艙系統完全裸露沒有遮擋，特別是掛艙油缸完全暴露在太陽下，隨著氣溫的升高長期光照導致油缸內的壓力也隨之升高。通過測量，當環境溫度達到35℃以上暴曬2小時以上，油缸的溫度達到51.4℃，這樣使得油缸內的壓力自動升高到16.7MPa，離設定的故障點壓力僅差1.3MPa。當在油缸內部隨溫度升高壓力緩慢時進行吊裝作業時，油缸的活塞向無桿腔壓縮進一步使得油缸內部的壓力升高，這樣就容易導致岸橋報掛艙故障。

通過分析，我們認為消除油缸內因溫度升高而壓力升高的情況即可解決假掛艙頻發的問題，解決液壓系統在出廠時存在的設計缺陷。第一，我們通過系統圖紙（圖1）發現系統中未設置冷卻裝置，這樣導致在系統長期使用運行中升高溫度，僅能依靠環境的溫度去降低液壓系統的溫度，不利于液壓系統的散熱。第二，溢流閥、阻尼和插裝閥的壓力設定存在偏差，其中阻尼和插裝閥集成于閥塊中，無法自行調定，唯獨溢流閥可以調整壓力，適當降低溢流閥的溢流值可以解決假掛艙的問題，但是過早溢流對油缸的承載能力有一定的影響，且該溢流閥為大流量溢流閥（330 L/min），降壓速度較快。第三，壓力換向閥的選擇不當，若選擇可回流的比例閥和滑閥組合也可以適當起到回流的作用。第四，在系統回路中再設置一個熱溢流閥，去釋放回路中因溫度升高而產生的壓力。

對于上述的幾種方案，通過施工難度、經濟成本考慮，在系統中設置冷卻裝置和改造電磁閥的改動較多工作量較大，調整原溢流閥對系統的承載能力有較大的影響，容易出現油缸力不足的情況。鑒于此，我們認為在系統中新增一個熱溢流閥，對系統改造工作量小，性價比較高，又能有效解決因溫度升高引起油缸內壓力升高的問題。

5 熱溢流閥在掛艙系統中的應用

5.1熱溢流閥的工作原理

熱溢流閥機構如下圖2所示，其由1閥體、2彈簧、3閥芯、4密封件等構件組成。閥芯采用球形閥芯，可適用于小流量的溢流回路中，滿足我們掛艙油缸因壓力升高需要小流量泄壓的要求。當液壓油的壓力小于工作需要壓力時，閥芯被彈簧壓在液壓油的流入口（1）中。通過調節彈簧力設定壓力，允許壓力從油口（1）流到油口（2）中，同時截止油液反向流動。即當隨著溫度升高液壓油的壓力超過其工作允許壓力即大于熱溢流閥的設定壓力時，閥芯被液壓油頂起，少量油液將從油口（1） 流向油口（2），從而流回油箱。

我們通過熱溢流閥的性能圖可以看出，當我們設定的壓力為16.5MPa（165Bar），從中可以看出，閥口全開的溢流速度為1.9L/min，流量比較小，能起到緩慢降壓的過程，調壓偏差速率低，壓力振擺小，可以保證掛艙油缸內降壓平穩過渡，切實保護好掛艙油缸，不影響掛艙使用，完全符合解決掛艙油缸因環境溫度緩慢升高致使油缸壓力也緩慢升高的問題。

5.2熱溢流閥在掛艙系統中的應用

掛艙系統中液壓回路均以集成塊為主，在液壓站和閥塊上無法進行直接改造，必須進行整體閥塊加工安裝，對加工和安裝精度等要求較高。為此，我們認為在系統的外置油管管路中增置熱溢流閥性價比最高，既可以滿足使用且成本又低，同時考慮到熱溢流閥的流量較小，在測壓管路上進行安裝最方便。鑒于此，為方便熱溢流閥和測壓軟管的連接，專門設計一閥塊，方便現場的安裝改造（如下圖4所示）。

圖5為熱溢流閥增設在系統中的改造圖紙，在原壓力繼電器測壓軟管位置處設置三通和閥塊，閥塊上接熱溢流閥，這樣熱溢流閥與掛艙油缸的無桿腔聯通，與油缸內的壓力相同，溢流回流則與回流管進行串聯。壓力繼電器和三通相連可保持著原來的功能，對原系統不產生任何的影響，便于熱溢流閥出現問題可以快速恢復成原設置。當隨著環境溫度的升高光照加強油缸內的壓力也緩緩升高，油缸內部的壓力升高到16.5MPa時，熱溢流閥開始工作，將油缸內虛壓進行緩慢釋放。這樣既保證油缸內壓力始終保持在一個平穩的壓力，不會報掛艙故障，同時也不會因熱溢流閥溢流而造成油缸內部的壓力下降過快致使油缸力不足，無法進行正常的作業。圖6為現場改造圖。

6 改造完成后效果

本次改造完成1-4#岸橋的改造，在不改變原岸橋掛艙系統功能的同時，解決岸橋掛艙系統中的設計缺陷，有效消除掛艙系統在天氣炎熱的情況下頻繁報假掛艙故障的問題。改造完成后該4臺岸橋假掛艙故障由原平均每年15次下降到2次，說明熱溢流閥在掛艙系統中的應用切實可行。通過熱溢流閥在掛艙系統中的應用不僅提高設備的作業完好性和穩定性，同時降低設備作業的安全隱患，提升司機作業的舒適度，消除安全隱患。

7 總結

通過研究熱溢流閥在岸橋掛艙系統的應用，在不改變原岸橋掛艙系統功能的同時，消除液壓系統設計的缺陷，有效解決岸橋掛艙系統假掛艙故障頻發的問題，提升設備的穩定性和安全可靠性，減少日常維修人力物力投入，為公司帶來收益。通過自主研究和創新，降低岸橋在作業過程中的風險，保障了公司的設備完好率和安全性，同時對港口老舊設備的維護起到借鑒意義。

參考文獻：

[1] 蔣曉波.裝卸機械電氣設備與維修[M].大連海事大學出版社，2005.

[2] 濮良貴，紀名剛.機械設計（第9版）[M].高等教育出版社，2013.

[3] 章宏甲，黃誼.液壓傳動[M].機械工業出版社，2000.

[4] 岸橋維修使用手冊.2012.

[5] 岸橋液壓維護手冊.2001.