1、延長龍門吊防搖鋼絲繩使用壽命的幾點做法寧波遠東碼頭經營有限公司賀賢良摘要：本文從龍門吊液壓式防搖系統入手，在結合實際數據測量和模擬試驗的基礎上，通過對防搖液壓系統、防搖鋼絲繩及各個傳動部件的改進，確定了最佳改造方案，并經兩年實踐驗證未發生一起斷繩現象。關鍵字：液壓 防搖 鋼絲繩 經濟 節能隨著目前全球經濟的快速發展，經濟節能的措施已經貫穿于企業的方方面面，從環境保護到科學節能，從成本控制到結構整合，建設資源節約型、環境友好型社會已經成了必然選擇。為此我們企業在響應國家號召的前提下，對港口裝卸設備龍門吊防搖液壓系統進行了技術改造，從很大程度上達到了經濟型、節約型的節能目標。龍門吊防搖系統是龍門吊

2、的重要組成部分，目前該系統主要有以下幾種設計形式：力矩電機防搖，變頻電機防搖，雙向防搖（8繩懸掛系統），電子隨動防搖，液壓防搖等。其中液壓防搖系統是各個碼頭使用較多，相對性價比較高的一種。從目前寧波港各港區的使用情況來看，該系統中存在防搖鋼絲繩的使用壽命普遍較短的問題，如果能在該問題上找到一種可靠、穩定、有效的節能經濟的方案，將會對港口場橋直接經濟成本帶來較大的減少。一 防搖液壓系統原理以下是龍門吊吊具負載時液壓防搖原理簡述：在小車架上裝有兩個減搖用鋼絲繩卷筒，卷筒通過齒輪嚙合與起升卷筒按1：2速比旋轉。當吊具產生橫向搖擺時，在擺動前進方向側的2個液壓缸受拉力作用伸出，同時壓力升高，導致這2根

3、防搖繩的拉力增大，因而限制了擺動的幅度。另一側的2個液壓缸在系統油壓力的作用下，活塞桿縮回，消除防搖繩的松懈。當吊具反向搖擺時，兩組油缸的作用恰好相反，如此循環，吊具的搖擺幅度迅速減小直到停止。下圖為液壓防搖系統機構圖（圖一：防搖機構圖）。 圖（一）二 存在問題通過現場追蹤和試驗，在調查統計的基礎上，進行了分析確認，總結如下：防 搖 鋼 絲 繩 使 用 壽 命 短用 高安裝設計備環境管理 表一：因果分析表箱區位置分散對鋼絲繩表面產生腐蝕油品質量不過關 系統溫度過低潤滑點檢不及時 環境溫度影響較大 港口天氣惡劣鋼絲繩內扭力加大 鋼絲繩拉力過大 液壓沖擊力釋放過大油缸有旋轉 系統壓力太大 油缸內泄

4、露滑輪位置和材料壓力設計不合理過滑輪磨損大三、 原因分析1 管理方面存在箱區位置分散、油品質量不過關和潤滑點檢不及時等問題：箱區位置分散：該問題是客戶分類堆放需要，非本論文討論范圍，非主因。油品質量不過關：跟蹤后發現油品使用二年后產生乳化現象，對比其他港口數據，油品使用時間在正常范圍內，非主因。潤滑點檢不及時：嚴格執行鋼絲繩潤滑和點檢制度，目前潤滑周期為三個月，同時根據港區作業量，約每3周時間安排一次點檢，非主因。2 環境方面存在鋼絲繩表面產生腐蝕和環境溫度影響系統溫度變化：鋼絲繩表面產生腐蝕：所有碼頭均處于鹽份含量比較重的海港區域，表面輕微腐蝕現象不可避免，同時周邊環境也沒有煤、礦、油等因素

5、的影響，非主因。環境溫度影響系統溫度變化：根據46#液壓油的油品分析，油溫降低，導致油液粘稠度增加，系統內部流動性變差，同時產生一定的阻尼力，大概在0.20.3Mpa區間內，相對于重箱系統壓力21Mpa，影響較小，非主因。3 安裝方面存在鋼絲繩過滑輪磨損大和防搖油缸震動大：鋼絲繩過滑輪磨損大：防搖鋼絲繩過吊具上架滑輪段磨損快，該處易于發生斷絲斷股現象，同時小車架上部分防搖滑輪的布置方式不合理，導致了防搖鋼絲繩在小車行走方向的磨損加大，影響對箱準確性和安全性。（主因）防搖油缸震動大：防搖油缸伸出時為懸臂梁，作業過程中頻繁發生晃動、撞擊，導致油封破裂，長期如此，甚至可能發生油缸疲勞斷裂，同時交變應

6、力傳遞到防搖鋼絲繩上，引起鋼絲繩內扭力的加劇和長期疲勞。（主因）4 設計方面存在系統壓力設計不合理和液壓沖擊力釋放不及時：壓力設計不合理：根據現場測量，系統設定壓力空吊時為8Mpa，負載時為21MPa,但是在實際測量時卻發現重載時吊具慣量較大，導致鋼絲繩張力超出設定壓力，長期使用對鋼絲繩帶來很大的疲勞。（主因）沖擊力釋放過大：當在重載時瞬間的壓力沖擊帶給有桿腔較大的容積壓縮，油缸內壓力發生急劇交替升降的波動，液體的動能換算成液體的彈性能，通過動量定律可近似求得沖擊壓力升高值約等于鋼絲繩額外增加了近似于15%左右的拉力，拉力的交替變化勢必導致鋼絲繩壽命的簡短。（主因）四、改進方案制定及實施 針對

7、上述四個主因，在以經濟型、節能型為目標的前提下，制定以下方案并實施：1. 針對鋼絲繩磨損過大過快問題，我們通過對報廢鋼絲繩的檢查發現，在作業中，防搖油缸活塞桿的頻繁伸縮，過吊具上架滑輪部分的防搖鋼絲繩反復受到彎折、磨擦，最終引起疲勞斷裂，因此采用鋼絲繩調頭、更換滑輪材質、改變滑輪布置方式和接繩的方案進行處理：A. 采用鋼絲繩調頭代替換新繩。鋼絲繩繩頭對調：鋼絲繩磨損量達到直徑的6%時，就將鋼絲繩兩頭對調,磨損段的鋼絲繩調到了鋼絲繩卷筒上作為固定端（一般吊具降到地面時，機上鋼絲繩卷筒端仍留有3-4圈的繩子，該段鋼絲繩不會發生磨損，而原先纏繞在卷筒幾乎全新的鋼絲繩就調到了過吊具上架滑輪處） 與不調

8、頭相比,鋼絲繩壽命延長了近一倍。 B. 選用尼龍材質的滑輪：減輕鋼絲繩磨損，同時降低滑輪轉動慣量，把拉動鋼絲繩瞬間的滑動摩擦變為滾動摩擦。C. 改變防搖繩系統在小車上的滑輪布置，使原先部分立體交叉的布置方式改為沿小車行走方向的水平交叉布置方式。如下圖（圖二：小車架防搖滑輪布置）： 圖（二）D. 接繩：當防搖鋼絲繩已經完成一次繩頭對調后，通過采用3個M28的繩夾把一根同直徑1M長的鋼絲繩與吊架不過滑輪部分防搖鋼絲繩固定在一起的方式（如圖一所示），該處受交變應力作用，由于其受力面積的擴大，從很大程度上提高了該處鋼絲繩的抗拉強度。2針對防搖油缸震動過大問題，通過現場多次觀察和測量，發現防搖油缸在吊具

9、到達地面和12米高度時，油缸的伸長量達到最大，此時油缸的活塞桿端部在重力、鋼絲繩拉力及扭力的三重作用下，出現較大的晃動和撞擊，為此我們在不改變原先設計的基礎上，在防搖油缸下加焊導軌槽，使油缸活塞桿始終保持在一條直線上，不僅對油缸起到了導向、支撐的作用，而且很好的解決了防搖鋼絲繩帶動油缸活塞桿旋轉的問題，同時有效地避免了因為缸體晃動劇烈而導致油封破裂的現象。（如圖一所示）3針對壓力設計不合理問題，從工況來看，當系統壓力值低于30bar 時，壓力開關接通發出信號使二位四通閥的電磁鐵得電，壓力油經過單向閥進入防搖油缸的環形空間。同時，蓄能器內也充滿了液壓油。當壓力達到系統設定的上限值 50bar時，

10、壓力開關動作，發出信號使電磁閥的磁鐵斷電,停止向防搖系統供給液壓油。此時活塞桿伸出的液壓油首先經阻尼孔流回蓄能器，由于阻尼作用，導致缸內壓力的升高。當油壓升至重載溢流閥的設定壓力（210bar）時,則會經該溢流閥溢回蓄能器，通過測量此時蓄能器的壓力往往在220bar左右。如此大的壓力回流對于蓄能器的沖擊是非常大的，為此我們考慮降低重載溢流閥的回流壓力，使之從210bar調整到120bar,并且讓蓄能器安全閥提前動作，為此把蓄能器的最大油壓從原來的70bar設定成50bar，同時把壓力開關的高點從50bar調整到40bar，從而在本質上大大減少了鋼絲繩受負載時的抗拉力。經過測試后的壓力最終調整如

11、下：表二：系統壓力調整壓力部位調整前調整后蓄能器充氣壓力Pa = 20 barPa = 20 bar壓力開關開啟壓力 Pon = 30 bar Pon = 30 bar壓力開關關斷壓力 Poff = 50 bar Poff = 40 bar蓄能器安全閥壓力P 3 = 70barP 3 = 50bar溢流閥空載低壓 P 1 = 80 bar P 1 = 80 bar溢流閥重載高壓 P 2 = 210 bar P 2 = 120 bar4針對沖擊力釋放過大問題，對于目前使用的同類的油液種類和管路材質來說，密度和速度c均為定值，通過公式Prmax=cv，唯一能減少Prmax（液壓沖擊時壓力的升高值）

12、的辦法是加大回流管路的通流截面以降低v值。為此，我們在重載回油管路上增加了一個節流閥，通過對閥口通流面積大小的改變達到減少蓄能器受到峰值沖擊壓力的回流影響，同時由于節流閥的阻尼作用，使得大部分的壓力和流量快速的從溢流閥9.1流回油箱，在一定程度上降低了溢流時給蓄能器帶來的液壓沖擊力，同時也大大縮短了防搖鋼絲繩受峰值拉力的影響時間。最終溢流閥重載高壓120bar時測試結果為，蓄能器沖擊壓力在8595bar范圍內，防搖效果略微下降，總體情況非常理想。如圖三所示： 圖三：防搖系統液壓原理圖五、 經濟體現改造前后龍門吊防搖鋼絲繩使用壽命對比圖（圖四） 上述改造從2006年6月開始在公司所有諾爾龍門吊上

13、實施，按照改造前的防搖鋼絲繩使用壽命計算（圖四所示），至少延長了近似于5倍的使用壽命，給每臺龍門吊帶來直接經濟效益為： 人工費為每人小時30元，更換一根防搖鋼絲繩需要3人耗時3小時，即30x3x3=270元，每臺每兩年共計節省5400元。材料費為鋼絲繩價格1560元/根，每臺每兩年共計節省21200元。如以公司目前已配備的10臺諾爾場橋為例，預計每年可節省成本10×（21200+5400）÷2=133000元。六、 結束語 發展循環經濟、建設節約型社會是我們國家“十一五”規劃的重點，今后集裝箱碼頭必將朝著經濟型、高效型、節能型、自動化型和宜人型方向發展，通過對龍門吊防搖鋼絲繩的改造讓筆者深感循環經濟和節能工作的深