空箱堆高机吊具伸缩梁改造

刘成明

作为码头等物流基地重要的集装箱作业设备，空箱堆高机适用于20英尺和40英尺空箱取放，具有不受作业场地限制、操作灵活方便等优点。在长期使用过程中，空箱堆高机吊具伸缩梁金属结构容易因磨损、疲劳、腐蚀而发生变形，导致其刚度和强度下降，从而给生产作业带来安全隐患。例如，空箱堆高机吊具伸缩梁20英尺和40英尺抗磨块支撑部位易因磨损而凹陷，进而发展成疲劳开裂，导致整条伸缩梁主体结构报废，严重时可能造成重大安全事故。为避免上述问题，根据空箱堆高机吊具伸缩梁易疲劳部位的受力特点及其与主体结构的配合使用要求，加大吊具伸缩梁易疲劳部位抗磨块的受力面积，增加伸缩梁主体结构的厚度，从而提高伸缩梁主体结构的抗弯和抗压强度，延长伸缩梁使用寿命，确保空箱堆高机作业安全。

1 空箱堆高机吊具伸缩梁在使用中存在的问题

空箱堆高机通过吊具以倾、靠、推的动作实现对20英尺和40英尺空箱的取放和近距离转移。在空箱堆高机移动过程中，车身与地面间产生的振动和大车速度不均匀，导致吊具伸缩梁不规律地前后摆动和上下振动。吊具伸缩梁在各种动作叠加过程中产生的力通过支撑抗磨块传导到吊具中筒，实现伸缩梁受力平衡，使空箱堆高机完成空箱取放作业；与此同时，在長时间冲击力的作用下，伸缩梁主体侧面与底面抗磨块支撑部位接触面的金属结构容易因磨损而疲劳开裂（见图1），从而影响设备作业安全。

2 空箱堆高机吊具伸缩梁改造措施

2.1 抗磨块改造

空箱堆高机在工作过程中承受多种叠加载荷，如静载荷、动载荷、交变载荷、冲击载荷、振动载荷等。在多种载荷的作用下，吊具伸缩梁与抗磨块之间产生挤压力，容易导致伸缩梁与抗磨块接触部位金属结构疲劳开裂（见图2），造成金属结构强度下降。在检查和维修中发现，安装在吊具与伸缩梁之间的抗磨块的面积较小，侧面滑块的宽度不足伸缩

梁宽度的2/5，底面滑块的宽度仅为伸缩梁宽度的3/5，导致伸缩梁与抗磨块的接触面积较小（见图3），从而使抗磨块受到的挤压应力较大。为解决上述问题，在无法改变挤压力的情况下，可通过增大伸缩梁与抗磨块的接触面积，减小接触面的挤压应力，提高接触面的受力强度，进而达到提高抗磨块抗磨性能的目的。

由图4可见，受箱筒钢结构主体固定位深度的限制，无法对抗磨块实施加长改造。如果增加抗磨块的长度，需要打磨主体固定位箱筒钢结构；但这样会造成主体箱筒结构强度降低，导致应力集中，从而破坏整个结构的稳定性。鉴于此，可以采取打磨抗磨块宽度定位块或移动抗磨块宽度定位块的办法，增加抗磨块宽度，从而加大伸缩梁与抗磨块的接触面积，为吊具伸缩梁改造提供条件。

为了增加抗磨块宽度，将分体式抗磨块改为连体式抗磨块，具体方法为：在连体式抗磨块中间设置2条定位槽以避开中间定位块的干涉，同时增加定位块的长度。改造前后抗磨定位块对比如图5所示，改造前后吊具伸缩梁底面抗磨块对比如图6所示。经过改造后的抗磨块无须改变定位槽和定位孔即可安装固定，并且不会影响主体箱筒固定位的受力结构。

选用高分子聚乙烯材料，对吊具伸缩梁侧面和底面抗磨块进行加工改造。改造前后吊具伸缩梁底面抗磨块安装对比见图7。改造后的吊具伸缩梁的抗磨面积增加，其中：底面抗磨面积由20 790 mm2增加到2，侧面抗磨面积由2增加到2。根据挤压应力 =F/A，底面挤压应力减小37%，侧面挤压应力减小67%，从而使吊具伸缩梁金属结构的整体抗磨强度得到有效提升。

2.2 吊具伸缩梁主体结构改造

吊具伸缩梁主体结构设计在静强度方面满足使用要求，但抗磨块受力部位的箱梁抗疲劳强度不足；此外，由于空箱堆高机的工作环境、使用频率、维护保养等存在差异性，局部抗磨块受力部位存在提前疲劳开裂的情况。广泛调研后发现，理论上满足使用要求的金属构件在实际使用过程中很难达到生产要求和预期使用寿命。在无法通过为受力部位贴筋板的方式提升局部结构强度的条件下，可以采取增加伸缩梁主体钢结构厚度的方法来提升整体结构强度和抗疲劳性能。

改造前，吊具伸缩梁主体钢结构厚度仅10 mm。在保证原外形尺寸不变的情况下，将伸缩梁钢结构的厚度由10 mm改为14 mm，使得梁内壁在水平方向和垂直方向各缩小4 mm，同时将梁内壁上下左右各个方向的抗磨块厚度减小2 mm，以便满足尺寸要求。为了确保伸缩梁结构稳固及箱梁焊接部位的稳定性，使用厚度为5 mm的钢板加固箱梁内部焊接部位，以提升焊接部位的承载强度。在安装过程中，加固部位与内抗磨块存在干涉的可能性；可以通过单边打磨抗磨块的方式消除干涉，确保伸缩梁右梁可以进入左梁筒内（见图8）。

使用Q345钢板，通过组合焊接完成伸缩梁主体结构的加厚施工。加厚的伸缩梁主体结构的整体高度和宽度不变，厚度增加，横截面积增大，抗弯截面系数变大。计算结果显示：在伸缩梁上下方向，在相同力矩的作用下，改造后抗弯截面系数为改造前的73.8%；在伸缩梁前后方向，在相同力矩的作用下，改造后抗弯截面系数为改造前的74.8%。可见，无论在水平方向还是垂直方向，改造后吊具伸缩梁所受应力变小，安全系数提高。改造完工的吊具伸缩梁如图9所示。

3 结束语

经过改造，空箱堆高机吊具伸缩梁与抗磨块支撑部位的接触面积增大，钢结构强度提高，抗磨块处吊具伸缩梁所受应力变小，具体应用效果为：吊具伸缩梁的平均使用寿命从1.6万h延长到3万h，延长近1倍；吊具伸缩梁的整体维修成本降低50%，经济效益可观。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2018-04-12）