延长龙门吊防摇钢丝绳使用寿命的几点做法

1、延长龙门吊防摇钢丝绳使用寿命的几点做法宁波远东码头经营有限公司贺贤良摘要：本文从龙门吊液压式防摇系统入手，在结合实际数据测量和模拟试验的基础上，通过对防摇液压系统、防摇钢丝绳及各个传动部件的改进，确定了最佳改造方案，并经两年实践验证未发生一起断绳现象。关键字：液压 防摇 钢丝绳 经济 节能随着目前全球经济的快速发展，经济节能的措施已经贯穿于企业的方方面面，从环境保护到科学节能，从成本控制到结构整合，建设资源节约型、环境友好型社会已经成了必然选择。为此我们企业在响应国家号召的前提下，对港口装卸设备龙门吊防摇液压系统进行了技术改造，从很大程度上达到了经济型、节约型的节能目标。龙门吊防摇系统是龙门吊

2、的重要组成部分，目前该系统主要有以下几种设计形式：力矩电机防摇，变频电机防摇，双向防摇（8绳悬挂系统），电子随动防摇，液压防摇等。其中液压防摇系统是各个码头使用较多，相对性价比较高的一种。从目前宁波港各港区的使用情况来看，该系统中存在防摇钢丝绳的使用寿命普遍较短的问题，如果能在该问题上找到一种可靠、稳定、有效的节能经济的方案，将会对港口场桥直接经济成本带来较大的减少。一 防摇液压系统原理以下是龙门吊吊具负载时液压防摇原理简述：在小车架上装有两个减摇用钢丝绳卷筒，卷筒通过齿轮啮合与起升卷筒按1：2速比旋转。当吊具产生横向摇摆时，在摆动前进方向侧的2个液压缸受拉力作用伸出，同时压力升高，导致这2根

3、防摇绳的拉力增大，因而限制了摆动的幅度。另一侧的2个液压缸在系统油压力的作用下，活塞杆缩回，消除防摇绳的松懈。当吊具反向摇摆时，两组油缸的作用恰好相反，如此循环，吊具的摇摆幅度迅速减小直到停止。下图为液压防摇系统机构图（图一：防摇机构图）。 图（一）二 存在问题通过现场追踪和试验，在调查统计的基础上，进行了分析确认，总结如下：防 摇 钢 丝 绳 使 用 寿 命 短用 高安装设计备环境管理 表一：因果分析表箱区位置分散对钢丝绳表面产生腐蚀油品质量不过关 系统温度过低润滑点检不及时 环境温度影响较大 港口天气恶劣钢丝绳内扭力加大 钢丝绳拉力过大 液压冲击力释放过大油缸有旋转 系统压力太大 油缸内泄

4、露滑轮位置和材料压力设计不合理过滑轮磨损大三、 原因分析1 管理方面存在箱区位置分散、油品质量不过关和润滑点检不及时等问题：箱区位置分散：该问题是客户分类堆放需要，非本论文讨论范围，非主因。油品质量不过关：跟踪后发现油品使用二年后产生乳化现象，对比其他港口数据，油品使用时间在正常范围内，非主因。润滑点检不及时：严格执行钢丝绳润滑和点检制度，目前润滑周期为三个月，同时根据港区作业量，约每3周时间安排一次点检，非主因。2 环境方面存在钢丝绳表面产生腐蚀和环境温度影响系统温度变化：钢丝绳表面产生腐蚀：所有码头均处于盐份含量比较重的海港区域，表面轻微腐蚀现象不可避免，同时周边环境也没有煤、矿、油等因素

5、的影响，非主因。环境温度影响系统温度变化：0.3Mpa区间内，相对于重箱系统压力21Mpa，影响较小，非主因。3 安装方面存在钢丝绳过滑轮磨损大和防摇油缸震动大：钢丝绳过滑轮磨损大：防摇钢丝绳过吊具上架滑轮段磨损快，该处易于发生断丝断股现象，同时小车架上部分防摇滑轮的布置方式不合理，导致了防摇钢丝绳在小车行走方向的磨损加大，影响对箱准确性和安全性。（主因）防摇油缸震动大：防摇油缸伸出时为悬臂梁，作业过程中频繁发生晃动、撞击，导致油封破裂，长期如此，甚至可能发生油缸疲劳断裂，同时交变应力传递到防摇钢丝绳上，引起钢丝绳内扭力的加剧和长期疲劳。（主因）4 设计方面存在系统压力设计不合理和液压冲击力释

6、放不及时：压力设计不合理：根据现场测量，系统设定压力空吊时为8Mpa，负载时为21MPa,但是在实际测量时却发现重载时吊具惯量较大，导致钢丝绳张力超出设定压力，长期使用对钢丝绳带来很大的疲劳。（主因）冲击力释放过大：当在重载时瞬间的压力冲击带给有杆腔较大的容积压缩，油缸内压力发生急剧交替升降的波动，液体的动能换算成液体的弹性能，通过动量定律可近似求得冲击压力升高值约等于钢丝绳额外增加了近似于15%左右的拉力，拉力的交替变化势必导致钢丝绳寿命的简短。（主因）四、改进方案制定及实施 针对上述四个主因，在以经济型、节能型为目标的前提下，制定以下方案并实施：1. 针对钢丝绳磨损过大过快问题，我们通过对

7、报废钢丝绳的检查发现，在作业中，防摇油缸活塞杆的频繁伸缩，过吊具上架滑轮部分的防摇钢丝绳反复受到弯折、磨擦，最终引起疲劳断裂，因此采用钢丝绳调头、更换滑轮材质、改变滑轮布置方式和接绳的方案进行处理：A. 采用钢丝绳调头代替换新绳。钢丝绳绳头对调：钢丝绳磨损量达到直径的6%时，就将钢丝绳两头对调,磨损段的钢丝绳调到了钢丝绳卷筒上作为固定端（一般吊具降到地面时，机上钢丝绳卷筒端仍留有3-4圈的绳子，该段钢丝绳不会发生磨损，而原先缠绕在卷筒几乎全新的钢丝绳就调到了过吊具上架滑轮处） 与不调头相比,钢丝绳寿命延长了近一倍。 B. 选用尼龙材质的滑轮：减轻钢丝绳磨损，同时降低滑轮转动惯量，把拉动钢丝绳瞬

8、间的滑动摩擦变为滚动摩擦。C. 改变防摇绳系统在小车上的滑轮布置，使原先部分立体交叉的布置方式改为沿小车行走方向的水平交叉布置方式。如下图（图二：小车架防摇滑轮布置）： 图（二）D. 接绳：当防摇钢丝绳已经完成一次绳头对调后，通过采用3个M28的绳夹把一根同直径1M长的钢丝绳与吊架不过滑轮部分防摇钢丝绳固定在一起的方式（如图一所示），该处受交变应力作用，由于其受力面积的扩大，从很大程度上提高了该处钢丝绳的抗拉强度。2针对防摇油缸震动过大问题，通过现场多次观察和测量，发现防摇油缸在吊具到达地面和12米高度时，油缸的伸长量达到最大，此时油缸的活塞杆端部在重力、钢丝绳拉力及扭力的三重作用下，出现较大

9、的晃动和撞击，为此我们在不改变原先设计的基础上，在防摇油缸下加焊导轨槽，使油缸活塞杆始终保持在一条直线上，不仅对油缸起到了导向、支撑的作用，而且很好的解决了防摇钢丝绳带动油缸活塞杆旋转的问题，同时有效地避免了因为缸体晃动剧烈而导致油封破裂的现象。（如图一所示）3针对压力设计不合理问题，从工况来看，当系统压力值低于30bar 时，压力开关接通发出信号使二位四通阀的电磁铁得电，压力油经过单向阀进入防摇油缸的环形空间。同时，蓄能器内也充满了液压油。当压力达到系统设定的上限值 50bar时，压力开关动作，发出信号使电磁阀的磁铁断电,停止向防摇系统供给液压油。此时活塞杆伸出的液压油首先经阻尼孔流回蓄能器

10、，由于阻尼作用，导致缸内压力的升高。当油压升至重载溢流阀的设定压力（210bar）时,则会经该溢流阀溢回蓄能器，通过测量此时蓄能器的压力往往在220bar左右。如此大的压力回流对于蓄能器的冲击是非常大的，为此我们考虑降低重载溢流阀的回流压力，使之从210bar调整到120bar,并且让蓄能器安全阀提前动作，为此把蓄能器的最大油压从原来的70bar设定成50bar，同时把压力开关的高点从50bar调整到40bar，从而在本质上大大减少了钢丝绳受负载时的抗拉力。经过测试后的压力最终调整如下：表二：系统压力调整压力部位调整前调整后蓄能器充气压力Pa = 20 barPa = 20 bar压力开关开启

11、压力 Pon = 30 bar Pon = 30 bar压力开关关断压力 Poff = 50 bar Poff = 40 bar蓄能器安全阀压力P 3 = 70barP 3 = 50bar溢流阀空载低压 P 1 = 80 bar P 1 = 80 bar溢流阀重载高压 P 2 = 210 bar P 2 = 120 bar4针对冲击力释放过大问题，对于目前使用的同类的油液种类和管路材质来说，密度和速度c均为定值，通过公式Prmax=cv，唯一能减少Prmax（液压冲击时压力的升高值）的办法是加大回流管路的通流截面以降低v值。为此，我们在重载回油管路上增加了一个节流阀，通过对阀口通流面积大小的改

12、变达到减少蓄能器受到峰值冲击压力的回流影响，同时由于节流阀的阻尼作用，使得大部分的压力和流量快速的从溢流阀9.1流回油箱，在一定程度上降低了溢流时给蓄能器带来的液压冲击力，同时也大大缩短了防摇钢丝绳受峰值拉力的影响时间。最终溢流阀重载高压120bar时测试结果为，蓄能器冲击压力在8595bar范围内，防摇效果略微下降，总体情况非常理想。如图三所示： 图三：防摇系统液压原理图五、 经济体现改造前后龙门吊防摇钢丝绳使用寿命对比图（图四） 上述改造从2006年6月开始在公司所有诺尔龙门吊上实施，按照改造前的防摇钢丝绳使用寿命计算（图四所示），至少延长了近似于5倍的使用寿命，给每台龙门吊带来直接经济效益为： 人工费为每人小时30元，更换一根防摇钢丝绳需要3人耗时3小时，即30x3x3=270元，每台每两年共计节省5400元。材料费为钢丝绳价格1560元/根，每台每两年共计节省21200元。如以公司目前已配备的10台诺尔场桥为例，预计每年可节省成本10×（21200+5400）÷2=133000元。六、 结束语 发展循环经济、建设节约型社会是我们国家“十一五”规划的重点，今后集装箱码头必将朝着经济型、高效型、节能型、自动化型和宜人型方向发展，通过对龙门吊防摇钢丝绳的改造让笔者深感循环经济和节能工作的深远意义