集装箱吊具开闭锁机构故障常见事故分析

魏俊林

摘 要 集装箱吊具开闭锁机构是集装箱装卸作业的主要机构，因吊具作业工况的复杂性，开闭锁机构故障原因非常复杂，既存在开闭锁限位的异常检测，转锁卡滞这样的故障，还会有箱外闭锁这种危害性比较大的现象出现，分析这些现象的原因，找出应对之策，对保障码头安全装卸是极其重要的。

关键词 自动化作业;开闭锁机构故障;箱外闭锁;维护保养

中图分类号： U169.63文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.017

1 相关背景

安全是码头装卸作业中要最优先保证的，只有先保障了安全，才能有效率的提升。集装箱吊具作为港机设备中工况最恶劣，使用最频繁的部件，其安全性和可靠性的重要程度不言而喻。而吊具开闭锁机构作为集装箱吊具中最重要的安全件，其关键程度更是重中之重。

随着码头装卸作业的自动化程度越来越高，对吊具开闭锁机构的安全性也提出了更高的要求。傳统人工作业，司机操作时还能通过以往累计的经验观察到一些异常情况，做出相应的判断并采取对应的措施，从而避免一些安全事故的发生。

与传统作业模式不同的是，自动化码头自动作业过程中，对于吊具开闭锁状态的判断完全依赖与开闭锁反馈信号，开闭锁机构反馈信号若与实际情况不符，起重机是很难判断出开闭锁状态的异常，只能依靠一些其他的检测手段，比如对吊具晃动的检测，重量传感器数值的明显偏差等，但这些检测手段很难做到完全可靠，最重要的还是开闭锁信号的准确反馈。

2 开闭锁机构常见故障

2.1 开闭锁信号异常导致的事故分析

在实际作业中，已经有很多因吊具开闭锁机构出现问题而导致集装箱摔落，下面我们分析一下导致摔箱的原因：

（1）转销开、闭锁动作不到位，但由于电气故障或开闭锁安全联锁设置不完善使开、闭锁信号通过垂缆反馈到主PLC，导致起升过程中脱箱。存在这样一种情况，当一个转销开锁限位开关处于故障短路状态，但电控系统并不能反馈此故障信息，吊具做闭锁动作时，吊具正常反馈闭锁信号，做开锁动作时，由于某些故障或箱眼变形，该转销并没有顺利开锁，但此转销的开锁信号一样反馈回电控系统，则此时实际状态为：吊具的三根转销处于开锁状态，一根转销处于闭锁状态，但开锁总信号反馈给起重机主PLC并允许起升，这时候做起升动作若司机反应不及时的话极易造成摔箱事故。

这就是吊具电控系统设计的不完善，并没有一个安全的开闭锁信号逻辑保护。转销开锁和闭锁位置检测的每一个单独的限位开关都应该防止由于开关短路而引起的任何误指示或误动作，对于这种情况，通常需要程序中对开闭锁逻辑做重点保护，开锁限位与闭锁限位互相限制，开锁信号只有在开锁限位感应到，闭锁限位没有感应到的时候才会发出，指示灯才会相应动作，闭锁信号同理。这样才能最大限度的保证吊箱的安全性。另外，对于限位开关短路的状态的判断，若吊具电控系统没有采用PLC控制器，通过此种原理设计电气线路，继电器控制也是可以实现的。

（2）吊具的转销驱动形式采用单出杆方式（即一根连杆控制两个转销动作），且两端转销共用一套开闭锁限位，这样开闭锁信号只能反馈此连杆是否动作，不能做到每一个转锁的精确状态反应，可能会因转锁连杆断、连杆端部与转销转动机构脱开等原因造成开闭锁反馈信号与实际状态不一致，如吊具做开锁动作时，连杆只驱动一侧转销转动，而另一侧实际并无动作，但反馈的开锁信号却是代表了两根转销的，因单个转销挂箱，开锁信号的异常反馈，起升动作仍然满足允许条件，进而导致摔箱。

综上所述，吊具若配置完善可靠的安全联锁逻辑，同时由单独限位检测单独转销，转销开闭锁限位感应可靠的话，就能大大降低摔箱事故的发生概率。

2.2 箱外闭锁导致的事故分析

我们继续分析，还有另外一种需要严防死守的摔箱事故，那就是箱外闭锁。箱外闭锁时，吊具开闭锁反馈信号是准确的，但却是一个危险状态，自动化作业中会更加危险，箱外闭锁也会有这么几种情况：

1）吊具程序的逻辑控制不完善，因个别着箱限位击穿、损坏等造成着箱信号常通，但系统并没有报错，这样在其它转销满足着箱条件的时候，司机给出闭锁命令，若此转销没有完全着箱的话，极容易箱外闭锁。

2）吊具并没有配置着箱顶销的机械互锁结构，这种情况下会出现两种可能性：

（1）在吊具并没有完全着箱的情况下，由于着箱限位调整不当等原因造成着箱限位过早感应到，此时闭锁可导致箱外闭锁。

（2）吊具一侧没有着箱，但因通讯干扰或电气线路故障造成闭锁指令误得电，在一定情况下可能造成一侧转销箱外闭锁现象。

3）吊具着箱顶销位置设置不合理，顶销设置在转销内侧，导致作业中转销并没有插入锁眼，而是卡在锁眼外侧，但顶销却被集装箱边缘顶起，造成着箱信号误动作，这时司机给出闭锁命令，便会造成箱外闭锁，此情况较多出现在机械结构活动量较大的中锁机构。

介绍一下目前吊具着箱顶销的位置布置方式：

（1）单顶销机构：此类顶销机构最为常见，但根据其顶销位置布置的不同，也分为内侧0度，内侧45度，外侧45度等不同的布置方式，目前外侧45度布置方式采用的更多一些，安全性更好，能够有效避免箱外闭锁情况。

（2）半顶销机构：每根顶销采用2只限位感应，增加了顶销的不完全着箱和完全着箱以及悬吊的工况感应状态。从信号发馈上提升了对箱外闭锁的感应反馈功能，可以彻底避免因箱外闭锁导致的安全事故。半顶销机构虽然可以极大的提高安全性，但是弊端也是显而易见的，包括故障率高，难以调整等，是否采用此机构需要仔细考量。

（3）双顶销机构：一般为转锁内侧布置2根顶销，能够保证吊具在正确位置着箱的情况下才输出闭锁信号，此机构同样面临故障率高，调整难度大的弊端，目前还较少配置此顶销机构。

4）吊具转销钩头的平面至转锁箱的底平面距离过近，实际作业中，集装箱箱眼变形是极为常见的，而且什么样的形状都会有，当转锁与锁箱底面距离过近，转锁浮动量不足时，遇到某些变形的箱眼的时候转销转动一点时会卡住，无法完成闭锁动作，若此时打开旁路开关点动起升动作，极有可能转锁在上升脱离锁眼的一瞬间完成闭锁动作，造成箱外闭锁。

5）司机操作吊具动作过快，吊具的着箱顶销并不是被完全顶起的情况下才能反馈此顶销的着箱信号的，为了适应实际作业中集装箱箱眼的不同情况的变形，降低故障率，着箱限位的调整是极其重要的，一般集装箱起重机安全操作规程中规定“吊具在集装箱上就位后，着箱灯亮起，钢丝绳微松后，才允许给出闭锁命令”，这样才能保证吊具在完全着箱的情况下闭锁。然后“闭锁指示灯显示5秒再动起升手柄，开始用点动方式，当转锁与箱孔挂牢后，方能逐渐加速起升”。但实际作业中，會有某些司机师傅操作过于“熟练”，着箱灯刚刚亮起，起升动作还没有完全停止，吊具还处于晃动中便直接给出闭锁指令，这种情况极易出现箱外闭锁。

由于吊具工况的特殊性，箱外闭锁发生的原因非常复杂。司机的操作水平，船型的晃动程度，场地的平整程度以及顶销、开闭锁限位的调整等都会对吊具的着箱开闭锁动作产生影响，很难分析的很全面，甚至很多工况根本就无法再现模拟。但要降低箱外闭锁发生的概率，就要从平时的维保工作下手。

3 开闭锁机构的维护

吊具平时的维护保养对避免开闭锁信号反馈异常及箱外闭锁事故同样非常重要。在平时的使用过程中，下述几点保养要求请特别注意：

（1）转销一定要在品牌质量有保证的厂家采购，在吊具检查及保养时，要按照转销检查要求进行检查和更换，否则转销断裂的可能性非常大。注意一般螺纹式转销的强制性报废极限为2年或20万箱，以先到为准。但不能只局限于这两个指标，转销的日常检查同样重要。

（2）吊具的伸缩梁及底梁的耐磨块、抗磨块需定期检测更换。耐磨块的过渡磨损将导致吊具间隙增大，吊具着箱是晃动过大，增加箱外闭锁风险。

（3）吊具顶销伸出转销箱底的距离约为20mm，且要重点检查顶销弹簧，涂脂防锈，保证顶销的上下动作的灵活性。

（4）吊具转销浮动量的检测调整，为了增加吊具的适应性，吊具转销设计一般采用浮动式，但是浮动量有严格控制，一般转销钩头的平面至转锁箱的底平面距离为49mm，不可偏离这个数值太多，且转销衬套与压力轴承需定期更换。在吊具使用过程中转销衬套与端梁底板会产生不断的摩擦。使底板、转销衬套、压力轴承不断磨损，使转销浮动范围不断增大，增加箱外闭锁风险。