岸边集装箱起重机缠绕系统张紧装置的探讨.docx

岸边集装箱起重机缠绕系统张紧装置的探讨 罗 四上海振华重工 ( 集团)甘茂椿 王 玥股份有限公司 上海200125摘 要: 阐述了张紧装置在岸边集装箱起重机中的应用，根据理论分析和实践经验，给出了有关张紧装置设计的技术要点和一些具有实际应用价值的建议，探讨了张紧装置的合理化设计对于岸桥事业发展的意义。关键词: 岸边集装箱起重机; 缠绕系统; 张紧装置; 悬垂量; 寿命中图分类号:文献标识码:文章编号:1001 0785 ( 2013) 09 0076 03u653. 921aabstract: the paper describes the application of tensioning device in quayside container crane， provides relatedtechnical points for the tensioning device and several suggestions with practical values through theoretical anylysis and prac- tical experience，and discusses the significance of reasonable design of tensioning device for development of quayside con- tainer cranes.keywords: quayside container crane; winding system;tensioning device; overhang amount; life service张紧装置是岸边集装 箱 起 重 机 ( 以 下 简 称 岸桥) 小车、托 架 小车钢丝绳缠绕系统中的重要组 成部件，其 设 计、调 试 是 否合理直接关系到小车 和起升机构的作业环境，影 响 整 机 作 业 效 率 和 钢 丝绳、滑轮及液压缸等元件的维护。张紧装置在岸桥上的应用1图 1 小车缠绕系统张紧装置是通过改变 液压缸力的大小来控制 动滑轮的 位 置，使 钢 丝 绳始终处于张紧状态， 从 而减少钢丝绳的悬荡 引起的弹跳和拍击。 此 外， 岸桥张紧装置还起着在大梁俯仰过程中补偿钢丝 绳长度变 化 的 作 用。按其用途可分为 牵 引 小 车 钢 丝绳张紧装置和托架小车钢丝绳张 紧 装 置。两 者 工作原理 相 似，本 文 以 小车缠绕为应用实例， 如 图 1 所示。按 其 布 置 位 置 的 不 同， 可 分 为 后 大 梁 尾部张紧 和海侧上横梁处的中间 张 紧 2 种。张 紧 装置设计的合理与否不仅影响自身元件的使用寿 命，还会对缠绕系统中的滑轮、卷 筒、钢 丝 绳 的 寿命产生 很 大 影 响，此外对人机作业 环 境 也 会 有 影响。用立式液 压 缸，液压缸驱动动滑轮 上 下 移 动 并 结合 2 组定滑轮来改变钢丝绳的 缠 绕 方 向。从 减 少 钢丝绳 悬 垂 量 来 说， 虽然中间张紧作用更直接， 但钢丝绳短距离内缠绕次数较多，会 严 重 影 响 钢 丝绳的使 用 寿 命。根据用户有关岸 桥 故 障 的 反 馈 信息统计，采用中间张紧形式的缠 绕 钢 丝 绳 断 丝 多集中在反复经过张紧滑轮的区域， 钢 丝 绳 仅 在 这一段内的断丝数超标就得整根 报 废。尾 部 张 紧 的钢丝绳失效表现主要是磨损，而 不 是 局 部 区 域 的集中断 丝，钢丝绳的使用寿命比 中 间 张 紧 的 要 长得多，故推荐使用后大梁尾部张紧装置形式。2. 2张紧力的设定小车钢丝 绳 缠 绕 系 统的卷筒驱动电机是以恒 2张紧装置的设计要点张紧装置类型的选用后大梁尾部张紧示意 见 图 2， 采 用 卧 式 液 压转矩输出动 力，根 据 f = 2t / d ( 式 中 f 为 钢 丝 绳拉力，t 为电机输出转 矩，d 为 卷 筒 直 径) 可 知， 小车缠绕 系 统 的 钢 丝绳拉力为定值。另 外， 由 于张紧装置 的 2 根液压缸相互连通， 牵 引 小 车 运 行的 2 根钢丝绳拉力也随时保持 均 衡， 从 而 实 现 小2. 1缸，液压缸 利用简单的杠杆原理带动 一 组 动 滑 轮作偏摆。而海侧上横梁处的中间张紧 ( 见图 3) 76 采2013 ( 9)起重运输机械起升滑轮组的倍率 m = 2， 滑 轮 阻 力 系 数 k= 1. 015。 岸桥大梁放平工况下r = ( ls + ll) ( k 1) / m = 1. 804 tm + 1 岸桥大梁仰起工况下 ( 不吊载，小 车 有 时需要运行)m + 1r = ls( k 1) / m = 0. 411 1 t5) 加、减速惯性力载荷系数 r = 1，小车额定速度 v = 210 m / min， 加、减速时间 t = 6 s，加速度 a = v / t = 0. 583 m / s2 ， 加、减速惯性力 fa = ( lf + r( ls + ll) ) a = 6. 1 t。1. 后大梁尾部联系横梁图 2 后大梁尾部张紧装置6)单根钢丝绳的载荷总和 岸桥大梁放平工况下加速 t = ( lf + lw + r + fa) /2 /0. 985 + t =6. 6 t稳态 ( 匀速运行或静止)t = ( lf + lw + r) /2 /0. 985 + t = 3. 5 t 岸桥大梁仰起工况下 ( 不吊载，小 车 有 时 需要运行)t = ( lf + lw + r) /2 /0. 985 + t = 2. 775 t7) 液压缸张紧力 张紧装置杠杆比 i = 600 /1 000 岸桥大梁放平工况下 稳态液压缸张紧力 p1 = 2t / i = 11. 61 t 加、减速时液压缸张紧力 p2 = 2t / i = 21. 98 t 岸桥大梁仰起工况下 ( 不吊载，小 车 有 时 需要运行)p3 = 2t / i = 9. 25 t图 3 海侧上横梁中间张紧装置车两侧车轮的同步运行。 为优化钢丝绳的受力，张紧力 需要根据不同的使用工况来设定其 大 小， 下面以小车缠绕张紧液压缸压力的计算为例。小车张紧液压缸压力计算1) 小车运行阻力小车自重 lt = 24 t，吊具和上架自重 ls = 18 t，载荷 ll = 61 t，滚 动 摩 擦 因 数 f = 5 kg / t，小 车2. 3滑轮和钢丝绳的正确选型1)滑轮选型动索会因为滑轮的影响产生弯曲疲劳、磨 损及变 形， 受 到 损 伤。滑 轮 的 直 径， 槽 的 形 状、尺 寸、材质以 及 钢 丝 绳 在滑轮上的卷绕方向等， 都 直接影响到钢丝绳的寿命。岸 桥 上 一 般 滑 轮 的 公 称直径至少应是钢丝绳直径的 25 倍 ( 平衡滑轮为16 倍) 。钢丝绳的弯曲疲劳受滑轮 直 径 的 影 响 较 大，在设备 设 计 空 间 许 可 范 围 内， 滑 轮 直 径 与 钢 丝绳直 径的比值越大对延长钢丝绳寿命 越 有 利。 另外，滑轮槽 的 形 状、尺 寸、材质和表面硬度等 与钢丝绳的寿命也有关系，设 计 时 需 严 格 按 照 相 关的规范要求来执行。运行阻力 lf = f ( lt + ls + ll)= 0. 515 t。2)风载迎风面积 a = 52 m2 ，风速 v = 20 m / s，风压 q= 25 kg / m2 ，风力系数 c = 1. 1，风载 lw = a q fcf 0. 5 = 0. 073 t。3) 钢丝绳张紧力钢丝绳单位长度的自重 载 荷 qm = 0. 002 54 t /m，钢丝绳自由悬垂部分的长度 l = 50 m，下挠度 f2= 0. 350 m，钢丝绳张紧力 t = qm l/8f = 2. 268 t。4)阻力起重运输机械由起升钢丝绳僵性和滑轮轴摩擦引起的 2)钢丝绳的选用2013 ( 9) 77 根据岸桥小车的使用工况，小 车、托 架 小 车缠绕钢丝绳一般选用线接触形式，这 种 类 型 的 钢 丝绳具有 承 载 能 力 大、耐 磨 性 好、使 用 寿 命 长 且 其生产成本较面接触 低 等 优 点。另 外， 根 据 计 算 所得的张紧力大小来选用钢丝绳的 直 径。一 般 岸 桥上小车运行的钢丝绳的安全系数不得小于 5。段摆动的距离，当小车正好在集装箱垂直上方时，吊具和载荷也正好停止摆动，这 种 对 箱 方 式 叫 一 次性紧跟 式 防 遥 原 理。对 箱 操 作 时 要 求 小 车 反 映 快，而钢丝 绳 有 过 大 的 悬 垂 量 时， 司 机 操 作 手 柄 将小车向前行驶或停止时，小 车 对 信 号 的 反 馈 均 有滞后，严 重 影 响 小 车 的 准 确 定 位， 影 响 抓 箱 或 放箱的作 业 效 率。如 前 所 述， 张紧装置对延长钢 丝绳寿命 的 效 果 明 显， 能大大减少换绳次数， 而 换绳工作又要耗费巨大的人力和 物 力， 并 且 占 用 桥机大量的停机时间。3合 理 设 计 张紧装置对岸桥整机性能的 意义1)有助于延长缠绕系统各元件的寿命，特别是钢丝绳根据不同的工况设置不同的张紧力。例 如 小 车起制动 时，张紧力的大小是按照小 车 惯 性 力 设 定的，当小车趋于匀速 运 动 时， 张紧液压缸自动 以较小的力张紧钢丝绳，通 过 降 低 钢 丝 绳 的 载 荷 来延长钢 丝 绳 的 寿 命。另 外， 充分利用液压系统 的一些特 点，可对张紧力提供压力感 测 或 限 压 保 护，防止钢 丝 绳 过 载，还 可采取利用蓄能器进行 适当的缓冲等措施以降低钢丝绳的 冲 击 力， 延 长 钢丝绳的寿命。2) 改善小车作业环境，提升人性化设计理念 现代设计注重人性化因素， 充分考虑人们使 用产品时的每一个细节， 将使用者的心理、生 理 感受放在 第 一 位，通 过 改 善 作 业 环 境， 使 得 操 作 人员能更好的投入工作。小 车 乃 至 整 个 岸 桥 的 晃 动很大程度上是由钢丝绳的冲击引 起 的。当 缠 绕 系统中张 紧 装 置 失 灵，钢丝绳悬荡很厉害时， 小 车驱动卷筒起初的工作只是收缩悬垂过大的钢丝 绳。由于小车卷筒采用 简单的恒转矩控制传动， 此时钢丝绳的最大冲力 f = t / = ma ( t 为卷筒转 矩， 为卷筒半径，m 为悬垂部分的钢丝绳自重， a 为钢丝绳收缩加速度) ，由于载荷 m 较小，钢丝 绳瞬间的加速度将较大，产生剧烈的上下弹跳，对 小车冲 击 很 大， 司 机 作 业时会产生严重的不适。 所以，张紧 装置对悬垂量的合理控制 能 从 源 头 上 改善小车的作业环境，增加操作人员的舒适度。4)合理设计张紧装置可为全自动化岸桥发展提供技术基础全自动化岸桥要求小车能够以一定的 速 度、 一定的载荷准确地对箱，即 小 车 具 备 相 对 于 参 照 点精 确、快速地智能化定位。要 实 现 这 个 定 位， 小车运行要做到可精确控制，而 牵 引 小 车 的 运 行 情况是由牵引钢丝绳来决定的。张 紧 装 置 通 过 液 压系统对 张 紧 力 进 行 自 动 调 节， 将 柔 性 的、变 化 的钢丝绳悬垂量进行量化控制，小 车 定 位 可 以 通 过理论上的精确计算来确定。结束语小车张紧装 置 看 似 简 单， 但却直接影响到整 个岸桥的使用性和可靠性，也 是 设 计 制 造 方 专 业 水准的重 要 体 现。本 文从张紧装置选型， 张 紧 力 的设定等方面阐述，对张紧装置的设计提供参考， 同时探讨了张紧装置的合理化设计对于岸桥事业 发展的潜在意义。4参考文献1 符 敦 鉴， 严 云 福， 陈 刚， 等 岸边集装箱起重机 m 湖北: 湖北长江出版社，2007.2 张 质 文， 虞 和 谦