岸邊集裝箱起重機自行式小車牽引式改造設計方案

鄭勇

（上海振華重工集團有限公司，上海 200125）

1 引言

某集裝箱碼頭有限公司804/805 橋式起重機小車為自動機，由于車輪跑偏和履帶啃咬，兩臺機器的履帶磨損嚴重。履帶經常斷裂，橫向輪經常異常或損壞，可能會產生高空墜落的風險；并且由于跑偏和軌道不規范，引起小車晃動幅度大，時常會出現駕駛室內電控線路障礙，影響生產。過去屢次將小車軌道重新編排及更正，但作用不大，短時間運行后故障就會反復出現。因此，提議用拖拽小車代替橋式起重機小車來解決小車運行問題，保證小車正常穩定的驅動，降低因機器問題而影響正常生產。

2 橋式起重機自行式小車牽引式改造價值分析

現階段，雙箱梁橋機一般有兩種小車驅動方式：一種是自由式，也就是小車驅動組織在小車頂部，利用馬達、聯軸器、變速箱、傳動軸、車輪軸來啟動車輪完成小車的行駛；另一種是牽引式，就是小車啟動組織在機器室內，利用發動機、聯軸器、變速箱、卷筒、鋼絲線來拖拽小車完成小車的行駛。當前，雖然改良后還需將小車拖拽繩定期進行替換，但從整體來看，橋式起重機小車啟動方式的改良也從根本上解決了小車跑偏啃軌的缺點。

3 橋式起重機機自行式小車牽引式改造可行性分析

橋式起重機自由式小車被拖拽式小車代替之前，應考慮改良方案能否行得通，主要包含以下方面：

1）機房和機房底盤有充足的位置可安裝小車啟動組織（包含電機、變速箱、制動器、卷筒）。

2）為縮減改良成本，繼續利用原始的小車驅動馬達、變速箱、制動器。

3）前梁的頭部和后梁的尾部有充足的空間來安排電車繞線輪支架（小車纏繞滑輪的下繩與輪軸高度相同，小車繞線輪上繩子不會干擾前后梁的連接梁）。

4）靠海側后梁或上梁有足夠的空間安排張力卷繞滑輪組。

5）小車編碼器需從車頂轉移到機房里。

6）在不改變小車馬達構造的前提下，提升小車行駛速度。

以上涉及的因素大多都符合改良條件，可進行施工改良。

4 橋式起重機自行式小車牽引式改造機械設計方案

4.1 卷筒及卷筒聯軸器設計

因為原小車變速箱出口軸是利用驅動軸直接與車輪軸進行連接的，故原傳動小車的最大速率V（m/s）計算采用式（1）：

式中，n為馬達額定轉速，rad/s；i為減速箱減速比；rwheel為車輪半徑，m。

改良后，小車變速箱出口軸直接和卷筒連接，所以，改良后小車的最大速率V(m/s)計算采用式（2）：

式中，rdrum為卷筒半徑，m。

保證改良后小車的最大速率大于或等于原傳動小車的最大速率，需滿足rdrum≥rwheel，考慮到車輪直徑為630 mm，因此，選取卷筒直徑為660 mm，即改造后經測試可行，則小車運行速度可提高約4.7%。卷簡直徑選擇后，則需要計算繩槽圈數。由于小車前后運行行程約為100 m，因此，工作繩槽數目計算公式為：

式中，n1為卷筒上工作繩槽數，個；s為小車運行總路程，m。經計算得，n1=48 個。

卷筒上繩槽圈數為工作繩槽圈數加上12 圈安全繩槽、1 圈間距圈，需準備61 圈繩槽。卷筒上繩槽直徑按小車牽引鋼絲繩直徑為20 mm 進行設計。卷筒聯軸器按照減速箱輸出力矩進行選型設計，采用齒式卷筒聯軸器（ZPMCDC03A 系列），最大工作扭矩為31 500 N·m（大于原傳動軸的最大工作扭矩25 000 N·m）。

4.2 小車高速聯軸器的設計

小車原有運行高速聯軸器選擇的是柔軟度高的聯軸器，剎車盤在減速箱高速軸輸入端的相對側，若高速聯軸器不進行改造，那么改良后因為小車剎車盤在2 個變速箱內（即在卷筒兩旁），剎車盤支架的作用范圍會影響小車拖拽鋼絲繩對滾筒的作用范圍。所以，在設計前把原有高速蛇簧聯軸器進行改良來縮短卷筒尺寸，更換了帶剎車盤的鼓形齒輪聯軸器（ZPM CPGCLZ6 類別），鼓形齒輪聯軸器的固定扭矩為7 100 N·m（比原蛇簧聯軸器高2 050 N·m）。

4.3 小車驅動布局及驅動平臺底盤設計

平臺上各個組件的布局是根據相應的順序明確的：

1）明確滾筒的具體方位，滾筒的長度不僅受繩圈的影響，而且受小車上2 根牽引鋼絲繩的距離及卷筒繩角的影響。

2）卷筒方位明確后，再按順序明確減速箱、剎車器、電機的方位，最后劃分設計各組件的單獨支架。

3）小車運行平臺底盤采取機房懸掛機箱的設計方式。各個組件場所明確后，再設計驅動平臺底部。

4.4 小車纏繞及張緊液壓站的設計

拖纜張緊系統安裝在橋式起重機大梁后，大梁后已沒有空余地方安排小車張緊體系，計劃將小車張緊體系安裝在中梁海側上橫梁位置，小車改良后拖拽鋼絲繩纏繞。

4.5 小車水平輪改造設計

804/805 橋式起重機最初的水平設計使用單滾珠軸承，承載徑向及軸向力的能力較小，易出現損壞，工程改良中將小車水平輪進行了重新設計，選擇錐形銀質軸承，同時加大水平輪的外徑，來提升水平輪內部軸承及水平輪的使用年限，并且重新設計了水平輪防掉落裝置，即便水平輪壞掉，也不可能出現高空墜物。

5 橋式起重機自行式小車牽引式改造電氣設計方案

5.1 張緊液壓站電氣設計

重點包含電機動力線路、電磁閥線路、高低壓控制管線、高低壓線設計、與張力功能相關的PLC 程序。

5.2 小車絕對值編碼器重新設計

小車的原始絕對值編碼器處于小車的傳動軸上，小車打滑時，會產生測量誤差，導致小車位置不準確，鞍梁防護等性能失效或誤操作。此次改良小車絕對值編碼器由小車上轉移到機器室內變速箱輸出軸上，由此不被車輪打滑所左右。改良前小車編碼器排出信號利用VM-2A-32 模板變更后直接和輸入模板連接，改良后小車編碼器輸出信號利用VM-2YE 模板變更為CP216 通信網點的一個站點。

6 自行式小車走輪更換工藝方案

自行式小車的滾輪和軸的安裝選擇的是熱套技術。通過當場監測和設計圖紙結合，確定小車滾輪和主梁腹板之間間隔192 mm，滾輪軸長是1 260 mm，如圖1 所示。小車滾輪和主梁腹板間的間隔遠遠小于滾輪軸長，替換空間不夠，不能直接取出小車滾輪，所以，有兩種方案進行選擇。

圖1 小車走輪裝配圖

1）第一方案：現場作業方認為，小車滾輪和軸成一體，因此，應將軸進行分段切割方可取出小車滾輪。

2）第二方案：分析了行走軸后輪軸套的匹配形式。（1）熱套全稱是加熱組件，采取壓力配合（過盈配合）銜接，熱套技術需確保套裝作業時的溫度超出工件溫度，所以，熱套技術非常適合在低溫條件下進行工作。（2）熱套銜接能傳輸軸心力、扭矩、軸心力和扭矩同步力的荷載，局部條件下也能承壓彎矩。根據上面分析，先將小車架抬高大概430 mm。滾輪軸的頭部下降到底部。所以，滾輪軸的X點撐在中空箱體的下端部，但滾輪軸的Y點撐在后面中空箱最上端部（見圖2）。

圖2 滾輪軸X 點和Y 點變化位置

當滾輪軸的最大半徑的一端被向朝外頂出后，可以通過外拉鋼絲繩將滾軸全部取出。

將兩種方案進行比較，第一方案小車滾輪軸分段用時較長，人工費用較高，同時滾輪軸也不能再利用，形成浪費。由此可見，第二套方案行之有效。

6.1 現場施工

6.1.1 頂升小車

針對尺寸偏大、配合過盈量小、配合力需求較低的連接器，采取液壓千斤頂進行壓力分配。

6.1.2 拆卸過程

中小型熱套連接器的施工在低溫環境中進行，可使用火進行預熱。火加熱具有相對容易掌控、熱量聚集、好管理的特征。溫度控制在600～800 ℃，加熱主要是為了使材料容易被塑造，金屬材料在靠近塑性狀態時，用很小的力就可以使其塑性變形。利用火加熱將驅動工件（變速器旁的聯軸節等）后端軸承座進行廢除，利用工具將輪軸推出車輪外部。在小車輪工件脫落過程中，采用的夾具需根據銜接組件的尺寸、形狀、定位、制作、安全等進行選取[1]。

6.1.3 復位

先把小車滾輪元件安裝并復原到原始位置，然后，聯軸器復位，并與減速器端組件一起復位。

6.1.4 車輪安全檢查

替換好的滾輪組件需達到以下4 方面條件：

1）輪輞上不應有裂紋、明顯變形和磨損。

2）輪轂和輻條不應有裂紋和明顯變形。

3）匹配輪徑差不得超過制造的允許誤差。

4）軸承不應有反常響聲、振動等，溫升值不得高于規定值，表面應光滑。

7 結語

利用橋式起重機自由小車改良成拖拽式小車后，結構驅動穩定，小車滾輪和軌道的碰擊相對降低，軌道、水平輪、滾輪的行駛情況也有很大程度的改變，從根本上解決了軌道壓板零件、水平輪等高空墜物的危險性，提升了設施的驅動安全系數，從而增加了小車軌道的行駛年限。