港口門座起重機主繩斷裂解決方案

王海波 李 奔

曹妃甸港集團股份有限公司

1 引言

港口門座起重機(以下簡稱門機)是件雜貨、散貨碼頭裝卸船作業的核心設備。2017年～2019年期間，某碼頭多次出現門機主繩突然斷裂的情況，嚴重影響生產安全及經營效率。經過分析，針對性地提出一種改造方案，有效地解決主繩非壽命斷裂問題。

2 改造前門機鋼絲繩工作條件

改造前共有59臺門機運行，各門機均采用6×29Fi+IWRC-1770型鋼絲繩，鋼絲繩運行條件信息見表1。

表1 通用碼頭改造前鋼絲繩運行條件表

2017年～2019年，通用碼頭多次出現鋼絲繩在無明顯斷絲、直徑變化不大的情況下突然斷裂的情況，嚴重影響生產安全。部分門機主繩斷裂情況統計見表2。

表2 2017年4月～2019年5月門機主繩斷裂情況統計表

鋼絲繩工作時，除受到拉應力外，還在滑輪、卷筒上纏繞產生接觸和彎曲應力，這兩種應力呈周期性變化，易引起金屬疲勞[1]。

鋼絲繩在正常使用條件下很少出現整體斷裂，而通用碼頭MQ40-37型門機主繩作業量明顯低于正常水平。結合現場觀察，斷裂鋼絲繩內層鋼絲有多處明顯磨損，且斷裂情況多出在超負荷測力裝置附近。該型門機測力裝置采用反向彎曲結構，在通過該結構時變形集中，同時內部鋼絲互相磨損，斷絲嚴重且不易觀察。因此認定該反向彎曲結構是導致主繩多次突然斷裂的主因。

3 改造方案

結合實際情況提出如下3種可行方案。

3.1 減小鋼絲繩反向彎曲程度

通過減小超負荷裝置的變形率來減小鋼絲繩反向彎曲程度，將超負荷裝置整體向外移動150 mm(見圖1)。

圖1 整體外移150 mm方案示意圖

移動前受力分析見圖2，計算支持滑輪和開閉滑輪傳感器受力[2]。

圖2 原結構取力傳感計算圖

支持滑輪傳感器受力：

F遠=2×10×cos(158°/2)×558.84/450=47.4 kN

(1)

開閉滑輪傳感器受力：

F近=2×10×cos(160°/2)×416.96/450=32.3 kN

(2)

移動后受力分析見圖3，計算支持滑輪和開閉滑輪傳感器受力。

圖3 外移150 mm方案取力傳感計算圖

移動后支持滑輪傳感器受力：

F遠=2×10×cos(167°/2)×512.59/450=25.8 kN

(3)

移動后開閉滑輪傳感器受力：

F近=2×10×cos(168°/2)×395.6/450=18.4 kN

(4)

通過外移測力結構，可以減小變形率，減輕鋼絲繩在滑輪處彎折的幅度；與此同時，也可以減小滑輪對鋼絲繩的擠壓力，從而使磨損和單絲折斷的情況得到改善。

該方案可緩解鋼絲繩反向彎曲程度，鋼結構改動較少，成本較低。外移測力結構后，測力傳感器受力變小，需更換傳感器。

3.2 改為正向彎曲結構

重新制作超負荷測力裝置鋼結構，由反向彎曲改為正向彎曲，可繼續使用原結構的滑輪、安裝基準等(見圖4)。

圖4 反向彎曲與正向彎曲結構改造前后對比圖

該方案改造后可完全解決反向彎曲問題，但改造后超負荷裝置滑輪包角較小，易出現跳槽情況[3]；同時需制作新的鋼結構，改造成本較高。

3.3 改為新型無彎曲結構

最新型的門機已經將超負荷測力裝置改造為位于大拉桿根部的無彎曲形式，該形式可完全解決反向彎曲產生的影響，也不會有脫槽的風險，但須完全放棄原有測力裝置，并改造大拉桿結構，改造工程量巨大。

綜合考慮，決定使用方案2，即從根本上解決鋼絲繩磨損問題，又最大限度的節約改造成本。同時在取力滑輪上裝設防脫槽裝置，預計改造后門機主繩作業量將提高到與其他同型號門機相同級別，即110萬t左右。

4 實施效果

經查詢，每根主繩單價約為1萬元，單臺門機4根主繩成本約4萬元。單臺門機改造前后的主繩安全作業量分別為65萬t、110萬t，單噸作業量可節約鋼絲繩成本約0.025元。按照通用碼頭40 t門機年作業量1 000萬t計算，每年可節省鋼絲繩成本為25萬元。

5 結語

以上方案的實施，增加了門機鋼絲繩的使用壽命，既降低了門機作業的單噸鋼絲繩消耗成本，又降低了頻繁更換鋼絲繩的人工成本，可為類似門機的結構改造提供參考和借鑒。