诺尔轮胎式集装箱龙门起重机吊具纠偏液压系统优化

吴士杰

诺尔轮胎式集装箱龙门起重机（以下简称“轮胎吊”）吊具纠偏系统在集装箱码头的应用较为广泛，不过，由于其液压系统设计过于保守，在实际使用过程中存在液压元件使用寿命偏短、纠偏故障频发、液压油容易乳化等问题。本文分析诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统存在的预设压力偏高、液压站密封效果不佳等问题，并提出吊具纠偏液压系统优化方案。

1 诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统故障分析

宁波北仑第三集装箱码头有限公司（以下简称“北三集司”）共有诺尔轮胎吊96台，其采用由液压油缸推动的吊具纠偏形式，在使用过程中经常因齿轮泵和齿轮泵出油管破裂、液压油污染乳化等而发生吊具纠偏液压系统故障。由表1可见，2019年北三集司诺尔轮胎吊吊具纠偏故障频次为24次/月，吊具纠偏故障占当年诺尔轮胎吊机械故障的比例为19.8%。轮胎吊吊具纠偏故障频发不仅导致设备维修成本增加，而且加大维修人员工作量和劳动强度，影响轮胎吊作业效率。为了解决诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统故障，创建安全型、创新型、效益型、顺畅型、环保型码头，有必要分析诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统故障表现及原因（见表2）。

2 诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统优化方案

2.1 调整溢流阀预设压力

诺尔轮胎吊吊具纠偏液压原理如图1所示。分析诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统，重新计算系统所需压力值。诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统参数如下：按吊具下质量偏载10%计算，活塞杆所受最大外部负载Fmax=45 843 N，以活塞杆受拉力为正，受压力为负;油缸规格为缸径80 mm，杆径40 mm，行程;无杆腔面积S1=2;有杆腔面积S2=3 768 mm2;软管最大工作压力为29.3 MPa;阀的额定工作压力为35.0 MPa;溢流阀的设定压力P0=18.0 MPa。根据上述参数计算溢流阀设定压力如下：有杆腔能克服最大外部负载Fmax的最小压力P2'=12.2 MPa，溢流阀设定压力P0'为12.8～14.6 MPa。根據计算结果，溢流阀设定压力P0设置为18.0 MPa不合理。若取P0'=12.8 MPa：当无杆腔进油时，P2max=29.2 MPa（小于29.3 MPa），软管正常工作;当有杆腔进油时，P1max=18.7 MPa（小于29.3 MPa），软管正常工作。

通过计算，在诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统正常运行的情况下，将溢流阀设定压力设置为，能够有效减轻对齿轮泵的冲击，降低齿轮泵壳体受冲击开裂和油管破裂的风险。另外，可将齿轮泵出油管改为柔性较好的液压软管，从而既能满足系统压力需求，又能避免硬油管因弯曲半径过小而疲劳破裂。

2.2 设定调节阀的流量标准

诺尔轮胎吊吊具纠偏动作慢、纠偏时间长的故障较为普遍，导致此类故障的主要原因是修理人员随意拧动调节阀旋钮，使液压系统流量发生变化：调节阀流量过小会降低油缸伸缩速度，影响作业效率;调节阀流量过大会增加齿轮负荷，容易因气蚀现象而产生异响和振动。鉴于此，有必要调整调节阀流量值，以控制油缸的流量。为了避免因操作不当而引发故障，设定调节阀的流量标准。 通过现场比对测试，最终确定将调节阀的调节量控制在总行程的60%，在满足作业需求的同时也符合齿轮泵流量负荷要求。

2.3 油箱侧面增开检修孔

检修孔位于油箱上平面存在以下问题：整个液压阀座、电控箱、电机都在油箱盖上面，导致油箱盖质量较大，维修人员打开油箱盖耗时耗力;维修人员检修时需要拆除部分液压油管和电气线路，导致工作量增加。鉴于此，可在油箱侧面增开检修孔，不仅便于维修人员打开油箱盖和清理油箱，而且不需要拆除液压油管和电气线路，从而有效提高设备维修效率。此外，油箱侧面增开检修孔有助于提升液压站的防水性能：改造前，油箱盖平面较大，安装固定需要的紧固螺栓较多，且橡胶密封垫较长，多次打开易使橡胶垫破损，从而导致雨水通过螺栓孔缝隙和橡胶破损处渗入油箱内，引起油品污染和乳化;改造后，设置在油箱侧面的检修孔面积较小且使用的螺栓较少，雨水不易在其表面聚集，并且圆形橡胶垫也不易损坏，从而极大地提升液压站的防水性能。

2.4 液压站加装防雨罩

液压站电机、电控箱和液压阀等长期暴露于阳光和雨水下，容易腐蚀和损坏;因此，有必要为液压站加装防雨罩，以有效保护液压站元器件。防雨罩采用双开门形式，便于维修。液压站防雨罩加装改造前后比较如图2所示。

2.5 建立液压站保养制度

在管理上推陈出新，建立吊具纠偏液压站保养制度：（1）定期检查液压站，每月进行一次保养点检;（2）定期（每月）检查液压油品是否污染或乳化;（3）定期（每两年）更换液压油和滤芯。

3 诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统优化效果

跟踪诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统优化效果，统计2019―2020年北三集司诺尔轮胎吊吊具纠偏故障（见表3）可见：自2020年4月诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统实施优化改造后，吊具纠偏故障相比2019年逐月减少;诺尔轮胎吊吊具纠偏故障累计次数从2019年的291次减少到2020年的196次，降幅达32.6%。

从经济效益来看：北三集司诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统优化改造前，单个齿轮泵的维修费用为5 000元，油管的维修费用为500元，液压油的更换费用为3 000元;北三集司诺尔轮胎吊吊具纠偏液压系统优化改造后，每年可节省吊具纠偏液压系统维修费用约17万元，随着公司作业箱量的大幅攀升，其创造的直接和间接效益将更大。从社会效益来看：轮胎吊吊具纠偏液压系统优化改造不仅有助于提高集装箱码头装卸效率，而且有利于提升码头品牌形象，社会效益十分显著。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2021-01-21）