自動化軌道式龍門起重機大車車輪異常損壞整改措施

李興軍

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

隨著自動化碼頭技術的迅速發展，在全球范圍內，自動化碼頭在新投資建設的碼頭當中的占比越來越大。自動化軌道式龍門起重機(以下簡稱軌道吊)作為自動化碼頭的主要設備之一，承載著將集裝箱輸入輸出集裝箱堆場的重任，該設備的穩定性直接影響到堆場以至于整個自動化碼頭的運營效率和經濟效益。而大車車輪作為自動化軌道吊行走機構的重要組成部分，一旦發生異常損壞，將會給碼頭的維修部門帶來巨大壓力，直接增加了碼頭維護保養成本并影響到碼頭運營效益。事實上，全球多個自動化碼頭都曾經出現過較大批量的大車車輪異常損壞問題，給碼頭運營方和設備提供方都帶來了極大的困擾。通過對這些已經發生過類似大車車輪異常磨損問題的自動化軌道吊進行分析，發現了部分共性問題，并且形成一套較為完整的原因分析辦法以及相應的整改措施。

2 自動化軌道吊大車車輪的主要功能和技術要求

大車車輪是支撐整個自動化軌道吊支腿壓力的重要部件，同時，作為自動化軌道吊大車行走機構中與碼頭堆場軌道的直接接觸部分，其引導整個軌道吊向著工作方向高速或者低速運行，因此大車車輪需要有較好的強度和硬度。根據大車車輪的功能要求，當前的主流加工工藝為：鍛造→粗加工→整體淬火、回火→精加工，主流材質選用42CrMo,經熱處理之后，大車車輪的踏面硬度一般要求在HRC50～56，硬化層有效深度大于15 mm，15 mm深度的硬度大于HRC35[1]。

3 大車車輪的主要損壞形式

(1)踏面開裂剝落，該類損壞一般位于大車車輪經常與碼頭軌道接觸的踏面位置，剝落的面積有大有小，無明顯的外形規則[2]。開裂位置碰撞大車軌道，會導致大車車輪產生一定的跳動，并引起整個自動化軌道吊的震動。

(2)設備正常使用過程中快速磨損，使用壽命明顯小于設計壽命和經驗壽命。通常而言，自動化軌道吊大車車輪的設計壽命較長，甚至于在整個自動化軌道吊使用壽命周期內都很少需要更換大車車輪，質保壽命有時候長達10年之久。但部分自動化碼頭的數據顯示大量的大車車輪在5年左右的時間內就存在磨損超出更換標準的現象，并有可能帶來整個自動化軌道吊設備的異常震動。

這兩種軌道吊大車車輪的損壞形式也有可能同時存在，通常情況下，如果踏面出現裂紋，車輪的磨損將加速進行。

4 車輪異常損壞的原因分析

從自身質量問題或者外界因素兩大方面入手，明確自動化軌道吊的大車車輪異常損壞的原因。

4.1 車輪質量分析

4.1.1 硬度檢測

硬度檢測主要以車輪圖紙的技術要求為基準。取樣過程中需要留意：如果車輪的表面存在開裂等缺陷，需要同時選取有表面缺陷處和同車輪無表面缺陷處的樣本。以韓國釜山某自動化軌道吊大車車輪為例，該項目大車車輪的圖紙技術要求為：硬化層有效深度大于15 mm，15 mm深度的硬度大于HRC35。表1、2為實驗室測量數據，從中可以得出初步結論：該取樣車輪的硬度滿足設計要求。

表1 切片淬硬層深度檢測

表2 車輪表面硬度檢測

4.1.2 材質分析

對大車車輪的心部位置進行光譜分析，用以測量車輪所用材質的主要元素以及含量。該檢測的目的為確定出現異常損壞的大車車輪是否使用了正確的原材料。參考表3中某自動化軌道吊的大車車輪材質的化學成分檢測數據，對照42CrMo的相關技術要求(GB/T 3077-1999)，基本可以判定該車輪所用的材料符合圖紙設計要求。

表3 車輪心部化學成分/(wt%)

也可以采用金相分析等檢測手段，觀察異常損壞的大車車輪的金相組織，用以判定車輪材質是否存在冶金缺陷等問題[3]。

4.1.3 車輪圓度檢測

采用百分表，當自動化軌道吊大車以非常緩慢的速度行駛時進行大車車輪的圓跳動測量。以歐洲某自動化軌道吊大車車輪的測量情況為例，車輪踏面圓跳動的測量數據見表4。

表4 車輪踏面圓跳動

該圓度測量數據表明所測的車輪有較大的磨損并且存在車輪不圓的情況。導致該不規則磨損的原因包括很多因素，比如：①在設備運行初期緊停的故障較多，在這種特殊工況下，設備緊急制動的同時會導致大車車輪打滑，從而產生局部磨損；②大車軌道的狀況較差，存在凹凸不平的現象，在設備運行初期極易造成車輪不規則損壞；③每臺自動化軌道吊的車輪數量較多，并且通常為不同的電機和制動器進行驅動和制動，有可能因為啟動或者制動的反應時間不一致導致部分車輪被先行啟動和延后制動的車輪進行拖動，這將加速車輪踏面的不規則損壞;④天氣因素引起的車輪打滑；⑤設備出廠時就存在圓度問題。

4.2 車輪本身質量問題以外的原因分析

4.2.1 碼頭堆場大車軌道

作為與自動化軌道吊大車車輪直接接觸的碼頭部件，大車軌道的質量直接影響到車輪的使用環境。如果大車軌道出現問題，在自動化軌道吊的高速運行過程中，將直接影響大車車輪的使用壽命。引起自動化軌道吊大車車輪異常損壞的大車軌道質量問題的因素主要包括以下幾個方面：①大車軌道本身表面粗糙度不達標，在設備運行初期，極易造成大車車輪的異常磨損；②大車軌道的直線度以及兩條軌道的平行度；③大車軌道的跳動。

4.2.2 軌道吊大車直線度

如果自動化軌道吊的大車直線度本身存在問題，也會對大車的車輪使用造成影響，特別是對大車車輪輪緣位置的破壞會比較嚴重[4-5]。通常情況下，自動化軌道吊的大車都裝有水平輪，通過觀察非工作狀態時和工作狀態時水平輪的位置情況，在排除大車軌道在水平方向上的問題之后，可以基本判斷軌道吊的大車直線度是否存在問題[6]。

4.2.3 碼頭環境的因素

碼頭多處于海岸附近的開闊區域，在極端天氣條件下，大車軌道上的異物會有所增加，如果不能及時得到清理，在大車車輪碾壓異物之后，也會導致車輪的局部損壞。同時，風雨天氣會影響高速運行的自動化軌道吊的制動效果，車輪打滑包括眾多車輪的運行步伐不一致的情況，同樣會導致大車車輪的不規則磨損。而且高速摩擦的同時產生高熱，這種額外的高熱影響，也有可能改變車輪踏面的力學性能。

4.2.4 緊急制動過于頻繁

在緊停狀態時整機因為慣性在短時間內持續往前移動，大車車輪因為本身已經制動的原因被拖動向前滑行，車輪踏面與大車軌道的劇烈摩擦帶來的局部發熱將會對大車車輪帶來較大損壞。特別是在設備使用初期，因為系統磨合等原因，緊停工況一般較多，容易導致車輪異常損壞。

5 車輪異常損壞的整改和預防措施

當自動化軌道吊的大車車輪發生異常損壞時，整改和預防措施主要有如下幾項。

(1)加強維護保養，定期對車輪進行觀測，一旦發現異常磨損或者其他損壞，爭取在初期進行處理。

(2)針對大車軌道引起的自動化軌道吊大車車輪的異常損壞問題，需要根據實際情況分別采取應對措施。大車軌道不單單需要定期進行清理，在大風大雨等極端天氣之后，也要進行檢查，避免小石子等異物存留在軌道面。針對不同類型的碼頭基建，需要定期對大車軌道進行維護，必要時候需要重新加固基座重排軌道。

(3)減少不必要的緊停工況，可在電氣程序上面進行優化，需要電控商的配合。

(4)加強對大車制動器的檢查和維護保養，減少因為制動器的作用時間不一致導致的部分大車車輪滑動。

(5)車輪對調。由于自動化軌道吊整機上面的車輪數量較多，受到各類因素的影響，各個車輪的磨損情況不一致，在使用一段時間之后，可以將車輪對調使用，保持各個車輪的磨損情況盡可能接近，這樣可以延長整機車輪的使用壽命。但是因為車輪對調的工作量大，對于人工價格昂貴的區域，需要綜合考慮。

(6)針對各類極端天氣，設置對應的大車啟動、制動時間。在極端天氣下，受到外界影響，大車車輪的摩擦系數大大減小，容易造成大車打滑，引起異常磨損，這種情況下，適當延長啟動和制動時間可以有效緩解打滑問題，降低車輪異常損壞。

6 結語

高速運行的自動化軌道吊大車車輪發生異常損壞的原因有很多，有車輪本身原因，也有外界的因素導致，也有可能是兩者結合。在明確異常損壞原因之后，制定相應的整改方案，同時要注重日常維護保養，才能切實降低大車車輪的異常損壞概率和相應的損失，提升整個碼頭的運營效率和效益。