卸船機托繩小車系統設計優化

張京

摘要：橋式抓斗卸船機主要應用于散貨船的卸船作業，由于其較高的轉運能力，目前已經成為國內外各大型散貨港口的主要卸船設備。橋式抓斗卸船機的生產能力主要取決于起抓斗運行效率，而托繩小車作為抓斗運行必備的機構，其主要部件的使用壽命、安全性對卸船機整體性能有著較大的影響。

關鍵詞：橋式抓斗卸船機 ?設計優化 ?安全問題 ?檢測系統 成本節約

1.概述

滄州黃驊港礦石碼頭一期工程2個泊位6臺橋式卸船機額定起升重量為65t，單機額定效率為2750t/h。該機型為機械四卷筒牽引式，主要由大車走行機構，起升開閉小車運行機構，臂架俯仰機構，卸料系統構成。

卸船機托繩小車系統是卸船機起升開閉小車運行機構中不可或缺的一部分，小車系統是通過四根牽引鋼絲繩以一定的方式纏繞，將三臺托繩小車和主小車相連，并且在主小車運行過程中，三臺托繩小車與主小車以固定比例的行程運行，從而保證主小車在軌道范圍內的各個位置均可保證各臺托繩小車和主小車之間間距合理，減小起升開閉主鋼絲繩的垂度，從而確保了主小車定位準確以及抓斗的正常開閉。托繩小車系統由于牽連的機構和部件較多，大部分零部件均屬于高速運轉的耗損類部件，所以其穩定可靠運行以及減小零部件耗損直接影響著卸船機的作業效率和設備安全。

2.主要存在問題

（1）卸船機托繩小車機構中滑輪磨損嚴重，更換頻次過高，小車機構中牽引鋼絲繩耗損過快。

（2）高速運轉過程中鋼絲繩如果損壞斷裂，小車失去控制，容易發生碰撞，并且斷繩司機察覺較為滯后，存在很大安全隱患。

3.優化方案

（1）滑輪、鋼絲繩磨損過快措施

由于小車系統在作業過程中，一直處于高速運轉，滑輪與牽引鋼絲繩之間在鋼絲繩張力的作用下轉動摩擦，滑輪和鋼絲繩均為耗損部件。

小車系統是由主小車、三個托繩小車和鋼絲繩及其張緊裝置等組成。前托繩小車的行程是主小車行程的一半，其作用是減小起升和開閉繩的垂度，確保主小車定位準確和抓斗正常打開。主小車由小車架、起升開閉滑輪組和車輪組組成。主小車運行速度為250m/min，總行程73m，主小車牽引各托繩小車在軌道上運行。張緊裝置使托繩小車正常運行，當臂架俯仰時可對托繩小車鋼絲繩變化量進行補償。托繩小車系統中的牽引鋼絲繩與滑輪異常磨損，對滑輪偏角、配重角度進行了檢查、更換，使用一段時間后仍不能很好的解決問題，而鋼絲繩和滑輪的磨損除和鋼絲繩、滑輪本身及安裝有關外，還與鋼絲繩與滑輪接觸的正壓力有關，鋼絲繩與滑輪之間受力的張緊裝置配重的重量尤為關鍵。

通過計算可知，滿足設備正常需求所需的配重重量為2.282t，原機設計的單塊配重尺寸為600*800*900，總重量為3.4t，取值過大，導致鋼絲繩與滑輪之間的合張力、摩擦力過大，進而加速了鋼絲繩與滑輪的磨損。故將配重塊改為2.282t，尺寸約為600*800*600。由于原設計圖紙上配重是由Q235BF整塊鋼錠制作，機上切割不易實現，故制作合適重量的配重箱，從配重臂位置切割開，左側配重臂打磨平板邊切割痕跡處切割去除原配重，保留原有配重壁，按照新設計的尺寸制作配重箱，重新焊接、探傷檢驗。

2、鋼絲繩斷裂安全措施

（1）四根牽引鋼絲安裝安全繩

為了防止牽引鋼絲繩突然斷裂，造成托繩小車運動狀態無法控制、小車之間間距變化造成的車體碰撞，根據托繩小車鋼絲繩纏繞和滑輪的布局，海測200m牽引鋼絲繩、220m牽引鋼絲繩以及370m張緊鋼絲繩選定在大臂頭部改向滑輪位置安裝安全繩，陸側200m牽引鋼絲繩選定在大梁尾部改向定滑輪位置安裝安全繩。由于該處臂架兩側改向滑輪之間的鋼絲繩在小車運行過程中保持不動，所以在兩側滑輪底座上安裝楔型繩套、穿安全繩，分別將各自安全繩與牽引繩用鋼絲繩夾在大臂中線位置連接固定。由于牽引繩在各小車的鋼絲繩纏繞以及滑輪布置均是以大臂中線為軸對稱布置，如果發生牽引鋼絲繩某處斷繩，該側鋼絲繩卸力松弛，對側鋼絲繩通過小車牽引繃直安全繩，達到固定小車的目的，避免了斷繩后車體兩側均失去約束，車體自由運動導致的碰撞情況。

（2）安裝斷繩檢測限位

小車牽引系統安裝安全繩后，斷繩后小車能夠保證隨車繼續運行，但若作業過程中斷繩未被及時發現，小車仍長時間高速運行，斷繩的小車車體單側受力運動，小車姿態無法保證，嚴重時車體傾斜可能導致反滾輪或防翻鉤卡滯在大梁內側，車體卡死，再次造成設備損傷，存在安全隱患。考慮到安全繩安裝時與牽引繩均存在一定夾角，且安全繩不是完全繃直，留有一定余量，當斷繩后安全繩繃直時繩子有一定行程，可利用這段安全繩的行程觸發限位實現故障停機，從而實現斷繩檢測停機的目的。選用膠套式接近傳感開關作為檢測限位，在臂架頭部和大梁尾部兩側滑輪底座上分別各安裝一個檢測限位，選用φ4的細鋼絲繩分別在各個牽引繩與安全繩中間繩夾加緊位置連接卡死，向兩側分別引出繩頭與對應側的膠套感應器的鋼絲連接并繃直卡死。當任何一根任意一側斷繩后，安全繩作用繃直，中間繩夾向未斷側移動，此時緊固在此位置的細繩拽動感應膠套，膠套與限位本體脫離，限位觸發，傳遞信號進入PLC做停機故障停機報警。

4.應用效果

托繩小車系統優化后運行平穩，配重可滿足設備正常運行，未出現意外狀況，斷繩檢測工作正常，未出現誤報現象。滑輪耗損數量從8個/年下降到2個/年，配重除滑輪輪槽磨損量從2mm/季度下降至0.5mm/季度，鋼絲繩損耗量從/條/年下降至2條/年。

設備故障明顯減少、備件耗損量降低、維修時長顯著縮短，安全性能和自動報警程度提高，創造了良好的作業環境和口碑，具體體現在以下方面：

1.小車系統維修需停機降大臂進行，故障率和備件更換頻率降低大大縮減降大臂維修時間，確保了船舶離泊、靠泊需起升大臂的安全要求，為船方和引航提供了穩定安全的靠泊條件;

2.設備故障檢查、停機時間顯著縮短，提高了港口的服務品質，贏得了廣大客戶的良好口碑;

3.牽引安全繩和斷繩檢測限位的投入使用，使得小車系統安全運行性能提高，規避了高危險性的惡性設備損壞，為行業內相似設備安全運行提供了思路。

參考文獻：

[1]起重機設計規范[S].

[2]GB/T26475-2011，橋式抓斗卸船機[S].