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提高桥式抓斗卸船机钢丝绳使用安全经济性的探讨 -翁春华

  

摘要:介绍桥式抓斗卸船机钢丝绳主缠绕系统的使用现状,提出了优化维护方法及局部改进对策,以提高卸船机钢丝绳使用的安全经济性。

 

关键词:桥式抓斗卸船机;钢丝绳主缠绕系统;优化维护;安全经济性

AbstractThe paper introduces the operational status of main wire rope reeving system for bridge grab shipunloader,and gives a solution to reasonable maintenance and partial improvement of the system,improving the wire rope operational security and economy.

 

Keywords:bridge grab shipunloader;main wire rope reeving system;reasonable maintenance;safety and economy


桥式抓斗卸船机广泛用于港口码头及燃煤火力发电厂,用来装卸散料货物。

  钢丝绳主缠绕系统是桥式抓斗卸船机的核心。它由俯仰钢丝绳、起升钢丝绳、开闭钢丝绳、小车牵引钢丝绳和各机构上的卷筒、滑轮组成。其中,起升钢丝绳通过牛腿与抓斗连接,开闭钢丝绳通过梨形/C形接头与抓斗连接,见图1。

  卸船机钢丝绳缠绕系统

  1.小车牵引钢丝绳 2.液压缓冲器 3.起升钢丝绳 4.钢丝绳 5.起升卷筒 6.开闭卷筒 7.小车牵引卷筒 8.张紧装置液压缸 9.液压小车滑轮 10.副小车 l l.补偿钢丝绳l2.主小车l3.抓斗

  

1 钢丝绳使用的安全经济性分析

  卸船机钢丝绳缠绕系统中的起升、开闭和牵引钢丝绳为频繁承受动静载荷的部位,这些钢丝绳在作业时,不但承受抓斗、物料和自重的静载荷,而且承受因加速度和冲击引起的动载荷。钢丝绳反复卷绕卷筒和滑轮,周期性承受较大的弯应力,承受因弯曲引起的附加载荷;另外,当钢丝绳受力伸长时钢丝彼此之间产生摩擦,绳与滑轮、卷筒槽底,绳与起吊件之问的摩擦等,使钢丝绳承受因摩擦引起的阻力载荷。钢丝绳在这些载荷的作用下产生很大的拉、弯应力,当拉伸、弯曲的次数超过一定数值后,会使钢丝绳出现“金属疲劳”的现象,钢丝出现磨损、断裂现象。因此,卸船机钢丝绳在生产实践中暴露出来的问题主要为磨损与断丝。

  影响钢丝绳使用寿命的因素有:

  (1)使用频率

  钢丝绳的使用频率以总运转小时数和平均日工作小时数来衡量。在总运转小时数一定的情况下,使用越频繁,即日平均工作小时数越高,钢丝绳就越容易疲劳,磨损和断丝就越快,使用寿命就越短。

  (2)载荷情况

  在各种载荷中,动、静载荷的级别和性质对钢丝绳的使用寿命影响尤为明显。当钢丝绳频繁承受较大的动、静载荷特别是较大的冲击载荷时,就可能增加钢丝绳的微量伸长率,载荷超过弹性极限时,钢丝绳断裂的隐患就增加。

  (3)润滑状况

  保证钢丝绳充足的润滑和正确合理使用钢丝绳的润滑油,对于延长钢丝绳的使用寿命至关重要。有资料表明,对钢丝绳进行系统润滑,可使钢丝绳寿命延长2~3倍。

  (4)钢丝绳选型

  钢丝绳的选型包括钢丝绳的种类选择和品牌选择,桥式抓斗卸船机所用钢丝绳的选择,要根据其实际的工作条件来确定。实践证明,钢丝绳的选型是否合理,将直接影响其使用的安全经济性。

  (5)设计制造因素

  在卸船机的主缠绕系统中,滑轮直径与钢丝绳直径比值,以及钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线中点连线产生偏角的影响是设计制造因素影响的主要方面。

  滑轮直径与钢丝绳直径的比值,低架小于25,高架小于30。滑轮直径过小容易造成钢丝绳过大的弯曲,加剧了钢丝绳的磨损和疲劳损坏,影响使用寿命。

  在起升作业时,钢丝绳从卷筒上绕进或绕出,并由卷筒一端移向另一端,使钢丝绳中心线与卷筒、滑轮轴线中点连线产生偏角α,若钢丝绳的最大拉力为F.则

  Fx=Fcosα

  Fy=Fsinα

  Fx是钢丝绳绕人卷筒的有效分力,设计时希望Fx,有较大的数值;Fy是有害分力,在滑轮上,它使钢丝绳与滑轮轮槽侧面产生摩擦力,Fy的数值过大,会使钢丝绳脱槽,在卷筒上,它使钢丝绳的圈与圈之间产生摩擦力,还可能导致钢丝绳不能依次排列,产生乱绳现象。由此可知.α的数值越小越好。所以,国家标准规定α≤l°30’,对光面卷筒放宽到α≤2°。


  2 提高钢丝绳安全经济性的探索

  2.1钢丝绳的科学选型

  2.1.1钢丝绳种类的选择

  钢丝绳在卷筒上卷绕时被弯曲,受到轻微的扭转。绳槽向右排列的卷筒将把扭转带入左旋钢丝绳。右旋钢丝绳将会被同样方向的绳槽反扭转(松开)。当绳离开卷筒时,所附加的扭转或反扭转不能全部从绳上释放,多次提升后,扭转量将

  会维持,并逐渐在绳上累积。因此,桥式抓斗卸船机一般采用交互捻钢丝绳,卷筒旋向应与钢丝绳的旋向相反。

  2.1.2钢丝绳品牌的选择

  国内外钢丝绳的品牌众多,选用钢丝绳要从安全性和经济性综合考虑,均衡选出性价比较高的质量稳定的品牌。目前,国内多家同行使用德国迪兹钢丝绳厂生产的带塑料芯DIEPAP825型钢丝绳,其性能和使用寿命得到较高的评价。

  2.2引进科学的检测手段

  目前.对于钢丝绳的检测,大部分仅停留于目视、手摸的人工检测手段,存在耗时、耗工、效率低下和检测不可靠、不准确的缺点,只能部分检测出钢丝绳的外部损伤,而对钢丝绳的内部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等状况则根本无法检测。

  因此,大部分采用定期强制更换钢丝绳的方法,很多情况下存在钢丝绳断丝数和磨损量远未达到报废标准就更换,造成很大的浪费。

  引进科学的检测手段是提高钢丝绳使用安全经济性的必要途径。TCK.W钢丝绳检测技术采用弱磁检测方法,在理论上通过研究损伤场强和各项磁场矢量变量和差关系,建立了其与钢丝绳损伤面积△S之间的数学模型,通过监测围绕钢丝绳出现主漏磁场Hz、局部漏磁场Hi(即内外断丝造成的局部漏磁场Hd、内外磨损造成的漏磁场Hm、内外锈蚀所产生的局部漏磁场Hx及断面变小、钢丝焊点等所产生的其他漏磁场Hq等)以确定钢丝绳内部和表面缺陷,并通过实验得到了证明。

  TCK.W仪器结构如图2所示,这是一种2体方案(磁化和检测做成2体),图3为其系统框图。

  1.磁化方向 2.钢丝绳 3.导向轮 4.铰链 5.220 V交流电源 6.手柄 7.导轮调整螺栓 8.直流线圈外壳 9.行程计数轮 l0.导向轮 11.掌上电脑 12.导轮调整螺栓 13.手柄 14.探头主体 15.航空插头 16.钢丝绳 17.磁化方向

  2.3提高创新创效能力

  由于桥式抓斗卸船机在清舱作业过程中,通常采用甩抓斗的方式来抓取船舱底层边缘的煤,抓斗上方20m段的起升钢丝绳不可避免会与船舱口摩擦,导致起升钢丝绳的磨损和断丝加剧,缩短钢丝绳的使用寿命。这时,起升钢丝绳其他部位的磨损与断丝还远未达到报废标准,如果此时进行更换,势必造成很大的浪费,因此在起升钢丝绳卷筒上增加钢丝绳的预留圈数,在抓斗上方20m段钢丝绳的磨损与断丝提前超标时,将其截断,把预留量释放出来补偿截断的钢丝绳。预留量越多,可截断补偿的次数也越多,经济效益就越显著。当然,截断补偿次数也不能无限增加,因为随着有效使用时间的推移,起升钢丝绳的其他部位的磨损与短丝情况也将逐渐靠近报废标准,所以,在进行截断补偿时应精密点检整根钢丝绳的磨损与断丝状况否在可用范围内。经验证明,补偿截断次数一般可以达到2~3次,达到3次时,钢丝绳的使用寿命延长了1倍。

  另外,在起升、开闭钢丝绳的卷筒压板固定端(预留段,起升钢丝绳约20 m,开闭钢丝绳约40 m),一般很少参与往复卷绕,不受频繁的弯应力的影响,没有出现磨损与断丝现象,因此,鉴于经济性考虑,在更换钢丝绳时,这些钢丝绳可以继续作为抓斗内钢丝绳使用。

  2.4保证充足的润滑

  钢丝绳如果没有足够的润滑油,或者用了错误的润滑油,将不可避免地导致过早疲劳损伤和钢丝绳的内部腐蚀。

  钢丝绳润滑油的选择必须遵循以下原则:

  (1)粘附性好;(2)渗透性好;(3)挥发性小;(4)极压抗磨性高;(5)抗腐蚀性能强;(6)抗外界的干扰作用强。

  常用钢绳润滑油脂有:美孚公司的Mobil arma798钢绳防锈保护润滑剂,壳牌公司的Classlube系列、Malleus钢绳润滑剂,CONOCO公司用于钢绳的CABLELUBE重负荷润滑剂,ORlON(欧立能)87号钢索润滑油,中国石化润滑油公司的长城牌钢绳减摩润滑脂等。

  目前,桥式抓斗卸船机比较合理的润滑方式是稀油润滑与油脂润滑相结合。

  2.5避免超载超速作业

  实践证明,卸船机司机的操作水平对钢丝绳的安全和寿命有直接的影响。司机超载超速越频繁,牵引式桥式抓斗卸船机的起升/开闭钢丝绳和牵引钢丝绳所受的瞬问冲击载荷将越大,对钢丝绳的伤害也越大。

  当卸船机的小车(水平方向运动)或抓斗(水平与垂直方向运动的合成)超载超速时,瞬间加速度过大,从而导致钢丝绳所受的冲击力很大,钢丝绳所受的载荷明显加剧,对钢丝绳造成伤害。

  承载抓斗的卸船机小车沿着轨道运动,其速度为Vo,抓斗的重心至钢丝绳与小车滑轮接触点的距离为r,抓斗及物料的质量为G(约40 t),起升/开闭钢丝绳的拉力为T,当抓斗匀速直线运动即处于平衡状态时,重力G与钢丝绳的拉力To的大小相等。当高速运动的抓斗突然急刹车时,抓斗因惯性将绕钢丝绳与小车滑轮接触点以r为半径向前快速摆动,由理论力学的知识可知,起升/开闭钢丝绳的拉力T=G(cosθ+v²/gr),以小车为分析对象时,小车受到通过钢丝绳作用其上的惯性离心力P,其大小与钢丝绳受到的拉力T相等,方向相反,由此可知,抓斗的行走速度越大,钢丝绳受到的拉力T也越大,惯性离心力P也越大,其水平向前方向的分力也越大,产生了一个破坏性的水平向前的“主动牵引力”。在此力的作用下,可能克服制动器的制动力,在瞬间产生向前俯冲的现象。所以,为安全起见,小车在刹车前应该提前减速,这样可以避免钢丝绳承受过大的冲击动载荷,改善钢丝绳的受力,是延长钢丝绳的使用寿命,提高安全经济性的主要环节之一。

  2.6完善精密点检制度

  钢丝绳在使用期间,一定要按规定进行定期检查,并认真记录检查结果。通过对钢丝绳随时监控,为安全、合理使用钢丝绳提供依据。

  在其使用过程中,应对全长各个部位进行检查。由于客观上对整条钢丝绳进行检查十分困难,对于那些经过实践证明容易损坏的部位必须进行频繁、仔细检查。

  2.6 . 1钢丝绳外部检查

  外部检查包括磨损检查和断丝检查,通过检查,可以大致了解钢丝绳的使用状况,大概预计钢丝绳的剩余使用寿命和更换时间。

  2.6.2钢丝绳内部检查

  内部检查要比外部检查困难得多,但由于内部损坏(主要由锈蚀和疲劳引起的断丝)隐蔽性更大,因此,为保证钢丝绳安全使用,必须在适当的部位进行内部检查。内部检查结合外部检查,用来综合评定钢丝绳的健康状况,再根据钢丝绳报废标准确认是否继续使用。

  2.6.3建立详实的台帐记录

  建立详实的台帐记录,可以跟踪钢丝绳的使用状况,为钢丝绳的安全经济性评价提供依据。通过对同一品牌钢丝绳在不同时间区域内的记录统计,进行纵向比较,同时还可以对不同品牌钢丝绳的安全经济性进行横向分析比较,经过性价比较为钢丝绳的选型提供依据。

  在每次定期检验中,应记载检验情况,包括钢丝绳的内外磨损、断丝(不同捻距范围内的断丝数)、润滑状况、变形状况、腐蚀状况等。同时,还应建立卸煤量的实时跟踪表和钢丝绳更换的时间点统计表,这样可以将钢丝绳的更换点用物流量的方式表达,实现把钢丝绳报废的国标标准与累计的经验数据相结合,对钢丝绳的安全状况做到可控在控,从而对经济性提供最佳参考,而且还可以对钢丝绳的更换时间进行预估,为钢丝绳采购量和时间提供参考。


  3 结论

  对港口卸船机钢丝绳使用安全经济性的分析和对提高钢丝绳安全经济性的途径的探索,有助于更好地协调钢丝绳断裂隐患的安全性和未到报废标准就定期强制更换的不经济性的矛盾,做到安全性与经济性统筹兼顾,对港口卸船机及其他起重行业的钢丝绳维护具有一定的借鉴作用。

  


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