卸船机托绳小车系统设计优化

张京

摘要：桥式抓斗卸船机主要应用于散货船的卸船作业，由于其较高的转运能力，目前已经成为国内外各大型散货港口的主要卸船设备。桥式抓斗卸船机的生产能力主要取决于起抓斗运行效率，而托绳小车作为抓斗运行必备的机构，其主要部件的使用寿命、安全性对卸船机整体性能有着较大的影响。

关键词：桥式抓斗卸船机  设计优化  安全问题  检测系统 成本节约

1.概述

沧州黄骅港矿石码头一期工程2个泊位6台桥式卸船机额定起升重量为65t，单机额定效率为2750t/h。该机型为机械四卷筒牵引式，主要由大车走行机构，起升开闭小车运行机构，臂架俯仰机构，卸料系统构成。

卸船机托绳小车系统是卸船机起升开闭小车运行机构中不可或缺的一部分，小车系统是通过四根牵引钢丝绳以一定的方式缠绕，将三台托绳小车和主小车相连，并且在主小车运行过程中，三台托绳小车与主小车以固定比例的行程运行，从而保证主小车在轨道范围内的各个位置均可保证各台托绳小车和主小车之间间距合理，减小起升开闭主钢丝绳的垂度，从而确保了主小车定位准确以及抓斗的正常开闭。托绳小车系统由于牵连的机构和部件较多，大部分零部件均属于高速运转的耗损类部件，所以其稳定可靠运行以及减小零部件耗损直接影响着卸船机的作业效率和设备安全。

2.主要存在问题

（1）卸船机托绳小车机构中滑轮磨损严重，更换频次过高，小车机构中牵引钢丝绳耗损过快。

（2）高速运转过程中钢丝绳如果损坏断裂，小车失去控制，容易发生碰撞，并且断绳司机察觉较为滞后，存在很大安全隐患。

3.优化方案

（1）滑轮、钢丝绳磨损过快措施

由于小车系统在作业过程中，一直处于高速运转，滑轮与牵引钢丝绳之间在钢丝绳张力的作用下转动摩擦，滑轮和钢丝绳均为耗损部件。

小车系统是由主小车、三个托绳小车和钢丝绳及其张紧装置等组成。前托绳小车的行程是主小车行程的一半，其作用是减小起升和开闭绳的垂度，确保主小车定位准确和抓斗正常打开。主小车由小车架、起升开闭滑轮组和车轮组组成。主小车运行速度为250m/min，总行程73m，主小车牵引各托绳小车在轨道上运行。张紧装置使托绳小车正常运行，当臂架俯仰时可对托绳小车钢丝绳变化量进行补偿。托绳小车系统中的牵引钢丝绳与滑轮异常磨损，对滑轮偏角、配重角度进行了检查、更换，使用一段时间后仍不能很好的解决问题，而钢丝绳和滑轮的磨损除和钢丝绳、滑轮本身及安装有关外，还与钢丝绳与滑轮接触的正压力有关，钢丝绳与滑轮之间受力的张紧装置配重的重量尤为关键。

通过计算可知，满足设备正常需求所需的配重重量为2.282t，原机设计的单块配重尺寸为600*800*900，总重量为3.4t，取值过大，导致钢丝绳与滑轮之间的合张力、摩擦力过大，进而加速了钢丝绳与滑轮的磨损。故将配重块改为2.282t，尺寸约为600*800*600。由于原设计图纸上配重是由Q235BF整块钢锭制作，机上切割不易实现，故制作合适重量的配重箱，从配重臂位置切割开，左侧配重臂打磨平板边切割痕迹处切割去除原配重，保留原有配重壁，按照新设计的尺寸制作配重箱，重新焊接、探伤检验。

2、鋼丝绳断裂安全措施

（1）四根牵引钢丝安装安全绳

为了防止牵引钢丝绳突然断裂，造成托绳小车运动状态无法控制、小车之间间距变化造成的车体碰撞，根据托绳小车钢丝绳缠绕和滑轮的布局，海测200m牵引钢丝绳、220m牵引钢丝绳以及370m张紧钢丝绳选定在大臂头部改向滑轮位置安装安全绳，陆侧200m牵引钢丝绳选定在大梁尾部改向定滑轮位置安装安全绳。由于该处臂架两侧改向滑轮之间的钢丝绳在小车运行过程中保持不动，所以在两侧滑轮底座上安装楔型绳套、穿安全绳，分别将各自安全绳与牵引绳用钢丝绳夹在大臂中线位置连接固定。由于牵引绳在各小车的钢丝绳缠绕以及滑轮布置均是以大臂中线为轴对称布置，如果发生牵引钢丝绳某处断绳，该侧钢丝绳卸力松弛，对侧钢丝绳通过小车牵引绷直安全绳，达到固定小车的目的，避免了断绳后车体两侧均失去约束，车体自由运动导致的碰撞情况。

（2）安装断绳检测限位

小车牵引系统安装安全绳后，断绳后小车能够保证随车继续运行，但若作业过程中断绳未被及时发现，小车仍长时间高速运行，断绳的小车车体单侧受力运动，小车姿态无法保证，严重时车体倾斜可能导致反滚轮或防翻钩卡滞在大梁内侧，车体卡死，再次造成设备损伤，存在安全隐患。考虑到安全绳安装时与牵引绳均存在一定夹角，且安全绳不是完全绷直，留有一定余量，当断绳后安全绳绷直时绳子有一定行程，可利用这段安全绳的行程触发限位实现故障停机，从而实现断绳检测停机的目的。选用胶套式接近传感开关作为检测限位，在臂架头部和大梁尾部两侧滑轮底座上分别各安装一个检测限位，选用φ4的细钢丝绳分别在各个牵引绳与安全绳中间绳夹加紧位置连接卡死，向两侧分别引出绳头与对应侧的胶套感应器的钢丝连接并绷直卡死。当任何一根任意一侧断绳后，安全绳作用绷直，中间绳夹向未断侧移动，此时紧固在此位置的细绳拽动感应胶套，胶套与限位本体脱离，限位触发，传递信号进入PLC做停机故障停机报警。

4.应用效果

托绳小车系统优化后运行平稳，配重可满足设备正常运行，未出现意外状况，断绳检测工作正常，未出现误报现象。滑轮耗损数量从8个/年下降到2个/年，配重除滑轮轮槽磨损量从2mm/季度下降至0.5mm/季度，钢丝绳损耗量从/条/年下降至2条/年。

设备故障明显减少、备件耗损量降低、维修时长显著缩短，安全性能和自动报警程度提高，创造了良好的作业环境和口碑，具体体现在以下方面：

1.小车系统维修需停机降大臂进行，故障率和备件更换频率降低大大缩减降大臂维修时间，确保了船舶离泊、靠泊需起升大臂的安全要求，为船方和引航提供了稳定安全的靠泊条件;

2.设备故障检查、停机时间显著缩短，提高了港口的服务品质，赢得了广大客户的良好口碑;

3.牵引安全绳和断绳检测限位的投入使用，使得小车系统安全运行性能提高，规避了高危险性的恶性设备损坏，为行业内相似设备安全运行提供了思路。

参考文献：

[1]起重机设计规范[S].

[2]GB/T26475-2011，桥式抓斗卸船机[S].