岸邊集裝箱起重機前大梁對中及前拉桿平衡度調整方案

張 琪 艾明飛 葛長清 吳作價 管 虎

1 青島前灣聯合集裝箱碼頭有限責任公司 2 青島海西重機有限責任公司

1 引言

隨著經濟全球化發展，集裝箱運輸日趨增加，集裝箱運輸船舶大型化，導致集裝箱岸邊起重機(以下簡稱岸橋)的外伸距和高度不斷增加[1]。因設備制造誤差、使用不當等，造成前大梁對中超標，對設備的自身安全和作業效率造成影響[2]。以青島某集裝箱公司1#岸橋試運行時存在的問題為例，設計在役集裝箱岸邊起重機前大梁對中及前拉桿平衡度調整的方案。

2 主要問題分析

青島某集裝箱公司1#岸橋是典型的超巴拿馬型單起升岸橋，該設備2006年11月份投入使用，設計起重量65 t、外伸距65 m。截至2020年11月，累計作業超過94萬MOV。經調研岸橋司機及該設備管理人員，該設備主要存在3個問題。一是大車減速箱損壞頻繁，自2011年以來，先后維修更換大車減速箱32個，較其他設備高出42%；2017年，公司對該設備16臺大車減速箱進行更換改造，增加齒輪強度，大車減速箱頻繁損壞問題得到遏制。二是岸橋水平輪故障頻繁，特別是托架水平輪頻繁出現軸承損壞。三是司機反饋該設備進行大型船舶同貝作業時，岸橋對準最海側一列位置，依次作業到陸側后，需要移動大車重新對位，反之亦然，作業船舶越大，該問題越嚴重。

收集分析同批次其他岸橋運行數據發現，該設備平均作業效率為17.1 MOV/h,較其他設備(17.4 MOV/h、17.5 MOV/h、17.3 MOV/h)偏低；大車制動頻繁，制動次數較其他設備高出30%，岸橋作業時大車“點動”頻繁。

3 設備結構檢測

針對上述問題，2019年委托專業機構對該設備進行整體鋼結構檢測。

3.1 岸橋門框下橫梁水平度、對角線及角尺

門框下橫梁水平度檢測結果見表1，門框下橫梁對角線和角尺測量結果見表2。測量分析得出：門框下橫梁對角線相差76 mm，門框下橫梁角尺相差54 mm，根據JTS257-2008《水運工程質量檢驗標準》，兩項指標不滿足相關要求(門框下橫梁對角線<10 mm，門框下橫梁角尺≤5 mm)。

表1 門框下橫梁水平度

表2 門框下橫梁對角線和角尺測量

3.2 門框立柱垂直度

對設備門框立柱垂直度測量進行測量，測量結果見表3。根據JTS257-2008《水運工程質量檢驗標準》，門框立柱垂直度要求≤20 mm，立柱均滿足標準要求。

表3 門框立柱垂直度測量結果

3.3 前大梁對中

對設備大梁對中進行測量，前大梁中心線偏于海側下橫梁中心線中垂線左側238 mm,根據QW/GSZA-03-2012《岸邊集裝箱起重機安裝驗收規范》,大梁對中要求≤50 mm,不滿足標準要求。

3.4 拉桿應力測量

對設備拉桿應力測量進行測量,測量結果見表4。前大梁前排拉桿在前大梁自重作用下拉桿系統的不平衡度為0%(<10%)，符合標準要求；前大后排拉桿在前大梁自重作用下拉桿系統的不平衡度為20%(>10%)，不符合要求。

表4 前大梁拉桿應力

4 模擬仿真與調整方案

岸橋對角線及角尺、前大梁對中以及岸橋在自重作用下拉桿系統的不平衡度超標，與司機反饋的大型船舶同貝作業需頻繁移動大車、設備運行數據中大車制動器動作次數異常等情況吻合。

大型港口機械的結構檢測，重點是影響設備安全的結構疲勞與裂紋問題，并對檢測發現的問題，依托設計單位出具方案進行整改[3-4]。但對于主要結構尺寸超差問題，發生概率較小且施工難度較大，一些超差問題無法現場解決，導致類似在役岸橋前大梁調整項目缺乏可以借鑒的成功案例。為此，依托港機設備制造企業，通過模擬計算設計整改方案，確保項目的安全性和可行性。

4.1 仿真模型測算

根據檢測結果，建立設備調整的整體模型。因為無法探究橋吊前大梁因為何種因素變形，導致無法正向建模。所以根據現有變形量進行逆向建模，推算出從最大變形量調整到前大梁對中符合要求的最小調整量。

基于岸橋主要結構尺寸和現場檢測的實際數據，建立ANSYS仿真模型。模型初始形態，橋吊前大梁前端最大變形量為-240 mm，通過模擬調整門框斜撐桿的尺寸，將前大梁對中調整至符合標準要求，確定最終的位移量為69 mm。既僅調整門框斜撐桿，需將連接間隙增加69 mm，前大梁對中可以調整至理論零偏差，同時岸橋下橫梁角尺與對角線等數據一并改善。撐桿調整時理論作用力不低于50 t。

4.2 調整方案重點

在役大型港口機械維修工藝，充分考慮船舶、設備防風與碼頭安全規定等因素，針對設備結構性調整項目，需對重點的施工環節進行充分論證，確保施工過程的設備結構安全。包括結構連接部件拆裝前連接部件的支撐、調整受力部位的加固以及調整過程中相關結構的應力釋放等。

4.2.1 主要調整部件確認

根據模擬結果，對岸橋左側門框卸撐桿下端的連接螺栓孔進行圖紙檢查和現場確認。該位置實際間隙為30 mm，連接螺栓孔采用腰型孔形式，調整余量為±25 mm,無法滿足調整要求，需重新加工連接板。因高強度螺栓松開后不能再次使用，需準備一臺套新螺栓。另外，現場設備原有的螺桿，因海邊鹽霧腐蝕，螺紋存在銹蝕情況，需更換新螺桿。

4.2.2 重點工藝確認

大梁對中調整作業時,將一側高強度螺栓全部卸除，門框斜撐桿處于可調整的自由狀態，因撐桿自重以及岸橋其他作用力，需對撐桿增加剛性約束。在撐桿下端上側焊接滑板，在下方焊接支撐板，同時兩側焊接定位板，確保調整過程中，撐桿只能沿著中心線方向活動。另外，經過模擬測算，在自重情況下，調整斜撐需要超過50 t的作用力，需借助千斤頂等施加外力進行調整，根據千斤頂尺寸，現場焊接頂升支架。

5 現場施工要點

5.1 做好關聯結構跟蹤檢測

根據調整方案進行現場施工，主要工作內容包括：焊接工藝支撐、對斜拉桿進行調整和對中測量、更換兩塊連接板、更換高強度螺栓和調節螺栓、對連接板進行加固。在調整過程中，使用徠卡全站儀，密切關注前大梁對中數據的變化，以及后大梁整體對中、立柱垂直度及門框下橫梁角尺偏差的變化量。

5.2 避免結構應力集中

岸橋左側門框撐桿調整過程中，因尺寸變化導致海陸側臺車角尺發生相對變化。為了避免調整中的結構應力集中，將岸橋陸側進行制動與錨定，海測部分制動器全部打開，臺車部分處于自由狀態。最終調整完畢，海測臺車整體向右側移動29 mm，經過2天試運行后，門框下橫梁角尺偏差由原來的53 mm減少到16 mm。

5.3 現場突發調整

在調整斜撐桿過程中，調整數據達到49 mm后，觀測結果顯示，岸橋后大梁對中為零，前大梁對中偏差仍有63 mm。經檢查確認，岸橋右側下鉸點因支座干涉，沒有完全與半圓底座配合。采用現場研磨工藝，將底座進行修正，最大位置修正3 mm后，下鉸點鉸軸與底座基本吻合，前大梁對中檢測為38 mm,達到設計要求。前大梁對中偏差由原來的238 mm調整到最終的38 mm,調整量為200 mm。

6 結語

隨著大型集裝箱岸橋進入設備管理的中后期，鋼結構安全成為碼頭設備健康管理的重要工作。針對結構檢測發現的大梁對中、前大梁拉桿均衡度等問題，運用ANSYS仿真分析并確立調整方案，通過現場的成功實踐驗證了調整方案的可行性，為岸橋類似問題的處置提供了參考方案。