美国WBCT岸桥新型上部结构型岸边集装箱起重机的提升工艺《资讯》

2019-04-24 19:17:04来源：中国水运钱豪佳 胡冬春

岸桥的整机运输市场前景广阔，但有时也不免碰到限高的情况，如通过桥梁、高压电缆等障碍时，一般采用降低上部结构的高度来解决。随着市场的发展，岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而不断更新换代，科技含量越来越高;在轻量化的大环境下，起重高度越来越高，自身重量却维持较低的增长甚至负增长状态。为了适应市场需求，岸桥的设计不断优化，其结构形式也发生了很大的变化，为了减重以及降低上部结构高度，一种特殊的“π型”上部结构应运而生，因此研究一种针对此种新型岸桥的上部结构（π型）的提升工艺变得尤为重要。本文就以美国WBCT岸桥为例，阐述这套针对此种机型的新型提升工艺。

2钢丝绳穿越

卷扬机上的跑绳从上滑轮座缠绕到最后一片滑轮之后需要穿越上横梁，岸桥常规上部结构提升：把上滑轮座置于立柱顶部，顶推滚轮置于上横梁端部，钢丝绳可以轻松穿越上部结构（见图1），然而π型上部结构的提升却截然不同，由于π型结构的特殊性，按照常规滑轮紧密排布的方式，该绳无法穿越上横梁结构（见图2）。

针对这个问题，着重研究了以下几个解决方案：

（1）把上滑轮座加高，这里直接加高上滑轮座底部垫梁，使其跨过上横梁结构，从而使得钢丝绳达到穿越目的（见图3、4）。美国WBCT项目经过计算，需要加高近2m，才能满足要求。上滑轮座的重量即便在不加高的情况下也已经超过10t，该结构布置于立柱顶端，如果加高，对于现场拆装非常不利，且原本就因为限高，需要降低上部结构，加高上滑轮座，对于限高无疑是不利的。

（2）在上滑轮座的上平面，设置3组导向定滑轮，导向钢丝绳绕开上部结构，从而达到穿越的目的（见图5、6）。该方案把最靠近立柱的单片滑轮斜置45°，在上滑轮座的顶面设置单片水平滑轮，从而达到绕开上横梁的目的，但该方案缺点是加入3片导向滑轮之后，滑轮组的效率下降，同时也需要制作一部分额外结构安置导向滑轮。

（3）把上部穿越钢丝绳转移到下部，使得穿越钢丝绳从下滑轮座和上横梁之间穿越。该方案在下滑轮座上做文章，在下滑轮座的顶面做一个凸台，钢丝绳在最后一组滑轮片上反向缠绕，跑绳缠绕过最后一片下滑轮片之后穿越凸台，从而从底部穿越上横梁（见图7、8）。该方案从理论上讲也是可行的，但需要注意是，在提升过程中需要随时关注钢丝绳动态，一旦出现状况，可以及时采取措施。该方案缺点是：当钢丝绳从底部穿越，部分钢丝绳在遮蔽状态下工作会造成观察的盲点，留有安全隐患，显然也不是一个好的解决方案。

（4）通过偏移单片滑轮来达到目的。该方案偏移上滑轮组最靠近立柱侧的单片滑轮，使得跑绳偏移上横梁提升的活动区域（见图9），该方案在几乎维持原有滑轮效率的同时，有效解决了跑绳穿越的问题。

以上几种方式皆能满足偏置钢丝绳的条件，但从经济性出发，第四种方案更节省成本。

3允许偏角

钢丝绳相较于滑轮的允许偏角，在国标和德标里都有一定的要求。在GB/T 3811-2008里规定：为保证钢丝绳正常运行，钢丝绳绕进或绕出的最大偏角（即钢丝绳中心线和滑轮轴垂直平面之间的夹角）不应大于5°，而此标准在DIN标准里被限制在了4°，大于这个限定角度之后，脱槽的风险增加，同时加剧钢丝绳磨损。但是这些标准仅仅是定性的判断，如何定量的分析钢丝绳的受损程度？我们知道由于滑轮和钢丝绳的偏角的存在，导致钢丝绳不能顺利的“滚”入槽底，运行时的钢丝绳与滑轮槽侧壁之间必然存在着摩擦力，偏角越大，钢丝绳受到滑轮槽口的挤压就越严重，这样磨损就越严重，同时摩擦力的切向力促使绳股分离，从而使得其有散股的倾向。久而久之，在这些力的作用下，钢丝绳的损伤就不可避免了。因此，在考虑滑轮偏离距离的时候要充分考虑出绳偏角，本项目的最终偏角定格在3.3°。

4轴承选型

轴承作为此系统内的重要承重部件，滑轮选用的轴承也是需要重点考虑的问题。以往常规上部结构提升的项目中，滑轮的偏角往往被控制在3°甚至更小。但π型上部结构提升时，由于滑轮偏角增大，对于滑轮的轴承也是一大考验。通过受力分析，我们不难发现由于滑轮偏角的存在，滑轮内部的轴承不仅需要承受很大的径向力，而且还需要承担由于偏角而造成的轴向力。经查，原滑轮组所采用的轴承为N228E型圆柱滚子轴承，其外径为250mm，内径为140mm，厚度为42mm。

无论任何工况，带挡边的圆柱滚子轴承所能承受的轴向载荷首先取决于挡边强度。为防止挡边断裂，其承受的轴向载荷不能超过CAmax1，对于2系列轴承：CAmax1=0.0045D1.5=0.0045×2501.5=17.79KN=1.815t

其中CAmax1为防止挡边断裂所能承受的最大轴向载荷KN，D为轴承外径mm。

同时，轴承所能承受的轴向载荷还受限于轴承允许的最大动态轴向载荷CAmax2，AR（轴承表面热损失）=πB（D+d）

当AR≤50000mm2时，

当AR>50000mm2时，

其中f为载荷系数，连续载荷时取1.0，间歇载荷時取2.0，冲击载荷时取3.0;k1为润滑系数，油润滑时取1.5，脂润滑时取1.0;C0为基本额定静载荷，kN;n为转速（根据卷扬机钢丝绳最大速度7m/min推出n为3.71），r/min;d为轴承内径，mm;B为轴承宽度，mm;k2为润滑系数，油润滑时取1.5，脂润滑时取1.0;Fr为轴承实际径向载荷，kN，根据所选轴承规格，AR=πB（D+d）=3.14×42×（250+140）=51433.2>50000mm2

-0.1×274]=344t>>CAmax1=1.815t，因此CAmax1作為最大轴向载荷。

我们再来分析一下整个滑轮组的偏载所造成的轴向分力：

滑轮效率=0.8232

跑绳拉力=14.0t

滑轮轴向分力Fx=2×Frope×sin3.3°=1.61t

综上所述，该类型轴承所承受轴向为1.815t>1.61t。

因此，上述工况满足轴承设计要求。

5双组顶轮

岸桥提升一般上、下滑轮座安装需要有一定错位，目的是为了让门框立柱获得一个向外的分力，保证门框撑开同时在一定程度上抵消立柱的形变。除此之外还需依靠顶轮，确保立柱不会与上部结构在提升的过程中发生触碰。

非π型上部结构岸桥提升（见图10）的顶轮一般设置在立柱顶部，虽然上横梁和立柱法兰面有一定的斜率，但顶轮的行程一般可以控制在100-200mm之内，而π型上部结构岸桥的提升（见图11）由于有π型的2个支腿的关系，且往往此类桥吊由于减重，立柱法兰面也有很长的一段斜坡，在提升过程中顶轮很早就需要介入，行程往往也很长。

如果单独设置一组顶轮在立柱顶部，那么当提升到危险截面的时候，立柱上的顶轮还没开始作用，而如果把顶轮设置在上横梁箱体之内，那么，箱体内部的顶轮在后半段无法跨过立柱法兰面缺口（见图12）。

为了解决上述问题，WBCT项目设置了2组顶轮，分别安装在立柱顶部和上横梁结构内部，前半段利用上横梁结构内部的顶轮作用（介入早），后半段通过立柱顶部的顶轮作用（无需跨过法兰面），2组顶轮接力，分别在前、后半段完成各自的顶推作用，确保π型支腿结构不与立柱发生接触。

6结语

该项目首次成功实施于美国洛杉矶码头，在此之前从未采用此类技术。实践证明，对于新的π型上部结构的岸桥提升，单偏滑轮是相对简单、高效的一种解决方案。通过对滑轮偏角和滑轮轴承的受力情况的校核，证明该方案可以满足提升工况。考虑立柱变形的影响，合理设置顶轮用以抵消形变，是针对π型结构又一新的突破，该项目的成功实施为后续类似项目的实施奠定了理论基础。

参考文献：

[1]《岸边集装箱起重机》.湖北科学技术出版社，2007

[2]《起重机设计规范》GB/T 3811-2008

[3]《Lifting appliances;groove profiles for wire rope sheaves》DIN15061–1：1977

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