岸桥司机室空调外机缓冲架的创新设计

陈旭峰

（厦门集装箱码头集团有限公司，福建 厦门 361000）

当前我国港口经济迅速发展，码头的作业量持续增长，需要大量的装运司机在码头作业。岸桥司机室配备的空调大部分是家用分体式空调，这种空调长时间服役后容易出现断管、漏氨等故障，导致无法制冷。因此，需要设计一种用于岸桥司机室的空调室外机缓冲架，对解决现有问题具有重要意义。

1 岸桥司机室空调外机缓冲架设计的必要性

1.1 岸桥司机室空调外机存在的问题

某集装箱码头公司所有岸桥司机室原配的都是家用分体式冷暖空调，经过长时间服役经常出现断管、漏氨等故障，导致无法制冷。由于岸桥司机室是金属结构，夏季在高温日照情况下温度超过50°C，此时空调如果出现故障司机基本上无法作业。

据统计，该公司整年度22台岸桥因漏氨现象引起的司机室空调故障多达30多次。频繁出现的空调故障已经严重影响岸桥司机的正常工作，导致本机停止作业，不仅给公司带来直接经济损失，更影响到船舶正常进出港，对公司信誉造成不利影响，给工程维修人员带来极大压力。

1.2 空调外机故障原因分析

通过对近几年来岸桥司机室空调外机维修情况分析，发现所有的空调漏氨现象都是压缩机至分配阀铜管断裂所引起。空调压缩机的底座都是用弹性体安装为了正常情况下轻微的振动可以通过弹性体缓冲减震，但空调在岸桥司机室的使用工况和普通家用有着极大差异，岸桥司机室是由于小车不停运行，小车轮与轨道都是钢制，两者没有任何缓冲，因此轨道轻微的不平整都会引起司机室振荡，特别是小车在通过轨道铰点时产生冲击和振动最剧烈，这些振动直接传递给空调压缩机和分配阀，而分配阀具有一定重量且仅由铜管支撑，剧烈的振动使分配阀与压缩机带动铜管弹跳导致铜管破裂。主要原因分析如下。

小车重量（包含吊具）大约有40 t，在小车行走中轨道受到的垂直力F≥400 kN，且桥吊使用时间已超10 a，小车轨道已出现高低不平的状况，小车行走在轨道上会出现振荡，特别是在小车通过轨道铰点时产生冲击和振动最为剧烈，小车的振荡是导致空调损坏最直接的原因。对小车轨道上某一点受力情况来说，根据动量守恒定律，其颠簸对此点作用的冲击力所产生的冲量是不变的。通过冲量公式I=Ft=m1v1-m2v2，可知冲量是力对时间的积累效应，力作用时间越短则此力越大，反之力作用时间越长则此力越小。再根据牛顿第二定律F=ma（F为力，m为质量，a为加速度，其中m为定值），和加速度公式a=（v1-v2）/t1-t2，可知小车颠簸后重新回到轨道，由于惯性作用空调向下运动的速度不会立即为零，此时若延长速度到零的时间即可降低反作用力F′的作用。

对空调进行受力分析，可知灯受到4个力的作用，分别为向上的力F1，向下重力F2，向前的力F3，向后的力F4。图1为空调受力分解示意图。空调所受到的力F1、F2作用时，没有对这2个力进行缓冲，导致其作用时间短，在冲量一定的情况下，F1、F2较大，这是导致灯丝断裂的主要原因；空调所受到的力F3、F4作用时，同样没有对这2个力进行缓冲，导致其作用时间较长振荡厉害，这是导致铜管断裂的主要原因。

图1 空调受力分解示意图

通过以上分析给了作者一个启示，若将刚性连接改为弹性连接，则可以延长或缩短小车振荡引起的惯性作用时间，从而减小惯性产生的影响。

2016年以来在尝试用没有分配阀、管路相对简单的单冷机型空调替代冷暖机型，将数台室外机移位安装在振动较小的新位置上。使用半年来运行正常无故障，而室外机安装在振动较大的新位置上的新空调还是陆续出现断管漏氨现象，其断点转移到了冷凝器弯管处。

2 缓冲架设计

2.1 设计原理

根据以上研究分析后，最终得出小车灯改造方案，需要对小车灯支架结构、小车灯灯罩、小车灯罩与支架的连接方式进行改造。

2.1.1 设计思路

在小车振动无法避免的情况下，如何将震荡源与空调压缩机隔离，成为彻底解决故障的关键点。经过长时间试验，设计了一种悬浮式空调室外机安装支座。该支座先用足够强度的角钢制作出弹性绳固定框，在框架底部有弹性绳挂点，然后用弹性绳沿着挂点组成弹性网，空调室外机就放置于弹性网上面。由于空调室外机压缩机侧重量较大会有倾斜现象，需要在压缩机侧增加一条弹性绳，作为室外机的水平调整。

2.1.2 对空调支架结构进行改造

弹性绳连接结构设计如图2所示。

图2 弹性绳连接结构设计图

2.1.3 弹性绳选择

本设计所选用的弹性绳必须要有足够强度以支撑空调外机，来保证安全，同时弹性又不能过大不然起不到支撑作用。经过查找后发现，公司的托令小车使用的弹性绳便可以满足使用要求。作者对使用过的废弃弹性绳，截取好的部分进行加工，在保证安全的前提下加以利用以节约成本。

2.2 作用方式

从图3可以看到，此状态下空调主机与安装架只是通过弹性绳连接，形成近悬浮状态。当小车运行带动安装架上下弹跳时，振荡源只能通过横拉的弹性绳进行传递。由于小车震荡的特征是小幅快速，柔软的弹性绳并不足以带动空调主机随之运动，因此室外机的上下振动大大消除。考虑到小车运行加速及制动对室外机会产生前后左右晃动，造成室外机与安装架撞击，必须对室外机前后左右方向进行固定，同时又要有缓冲作用。因此，在安装架上方设置了4个挂点用弹性绳组成限位框，它对室外机的前后左右方向进行限制的同时具有缓冲效果。

图3 缓冲架设计图

3 缓冲架应用效果

2016年9月，缓冲架完成样品制造后，挑选空调故障最频繁的Q15空调外机进行试用。Q15在6月份更换新空调后连续断管修补3次，考虑其对生产影响太大，在8月初又替换1台新的单冷空调，结果又连续2次断管。为了更加准确的比对，缓冲架安装在原来的室外机位置，用经过两次断管的室外机进行试验。改造安装完毕后立即投入使用，现场跟踪可以看到，在缓冲架的作用下，小车振动传递到室外机变得非常轻微柔和。经过1个月的使用观察后本机空调故障不再出现，如图4所示。

图4 运行状态下的结构Mises应力分布云图（MPa）

图4 空调室外机固定方式改进应用效果图

缓冲架试用积累了一定经验后不断地完善改造方案，陆续又将缓冲架安装在Q14、Q19、Q20、Q21、Q22等岸桥司机室空调外机上，杜绝了空调的断管现象。试验结果表明，缓冲架设计对于岸桥司机室空调外机具有良好的减震保护作用。

4 结束语

空调室外机缓冲架的开发设计对减少码头设备的空调故障具有明显效果，为企业节约了更多维修资金，降低了维修人员的工作量，对保障生产作业、提高经济效益具有重大意义。该缓冲架所需成本约为500元，成本较低且重量轻，上机安装只需1 h即可完成，非常容易推广普及到其他有同样空调易损现象的设备上，同时采用缓冲架后空调主机工作振动完全不会传递到载体平台上，因此对振动及噪音有高要求的场合有广泛的应用前景。