浅析轮胎吊大车平衡梁开裂成因及防控

陈瑞锦

（厦门集装箱码头集团有限公司，福建 厦门 361004）

浅析轮胎吊大车平衡梁开裂成因及防控

陈瑞锦

（厦门集装箱码头集团有限公司，福建 厦门 361004）

对轮胎式集装箱门式起重机（RTG）（简称轮胎吊）大车平衡梁开裂事故的多种成因进行简要分析。针对轮胎吊跑道梁坡度引起的问题进行描述，并提出采用日常检查平衡梁机械挡块、大车运行变频器参数调整、程序检查排除、智能型大车制动器引入的可能性、大车平衡梁机械加固加强等措施预防管控平衡梁开裂故障。通过分析及管控措施，取得良好的裂纹防控效果。

轮胎式集装箱门式起重机；大车；平衡梁；制动器

在港口装卸生产中，轮胎式集装箱门式起重机（简称轮胎吊）能够灵活调整工作位置，改变工作地点，以扩大作业范围。轮胎吊装卸效率及堆场覆盖率要求较高，因此大车运行时间相对岸桥较长。而大车平衡梁是联接大车行走驱动机构及上部门架机构的关键部件，该部件设计考虑了大车行走制动时缓冲吸收上部门架机构巨大重量的惯性并能有效保证灵活地转场。我公司轮胎吊设计时根据规范选定大车运行机构利用等级为T7，载荷状态为L3，工作级别是最高的M8。运行至今大车运行大都在4 000～6 000 h之间，按工作时间25 500 h标准还相去甚远。但大车平衡梁在回转轴承上方已多次出现裂纹或回转轴承联接螺栓断裂的故障。下面结合个人工作体会，浅谈一下对轮胎吊大车平衡梁机构开裂故障的初步分析并提出相应的优化防控措施。

1 大车平衡梁机构示意及运行分析

我公司轮胎吊大车全部为海陆两侧对角布置2个电机驱动的形式，其大车平衡梁机构示意图如图1所示。轮胎吊出现裂纹故障部位如图中所示，大车行走正常情况下，在水平的跑道梁上行走，发生急停故障时，由于大车平衡梁的作用，平衡梁上方重量在加减速过程中的惯性大部分可以通过平衡梁铰接销轴机构予以缓冲消除。

大车行走方向上如果有较大坡度或遇到台阶，或者由轮胎气压及磨损问题综合起来导致形成如图2所示状态。

在轮胎吊大车平衡梁上方设置有2块焊接的机械挡块。根据我公司轮胎吊技术规格书，轮胎吊在大车运行机构方面要求制造商“应能保证起重机在满载，风速为25 m/s和爬越1%坡度的情况下安全行驶。”因此，在机械挡块上方平衡梁摆动幅度要小于1%。这点也可以从图纸相关尺寸中予以测算验证。在图2所示情况下一侧的大车铰接销轴的缓冲作用会失效，此时发生急停故障，对该侧的平衡梁、回转轴承连接螺栓、轮叉等位置就会造成较大冲击从而逐渐形成裂纹。

综上所述，要有效预防平衡梁开裂问题，必须有效控制平衡梁上方整体机构相对于平衡梁的摆动幅度。

图1 大车行走机构故障部位示意图Fig.1 Fault location of gantry travel

图2 大车走坡急停撞击挡块示意图Fig.2 The emergency stop off slope impact block

2 预防控制措施

1）轮胎吊跑道梁异常状态尽可能消除，如较大台阶、较大坡度等。同时日常注意检查设备平衡梁上方机械挡块的受撞击情况。

2）驱动轮胎吊的电机尽量做到电机速度的闭环控制。轮胎吊大车机构运行影响因素多是比较复杂的控制机构。我公司轮胎吊大车电机为机械单端输出轴，立式带刹车；功率为60 kW，4极，交流400 V，1 787 r/min，可承受过载转矩200%，1 min；S3工作制，可连续工作时间30 min。若采用开环速度，电机的转子速度是通过电压、电流及电机模型计算出来的，其速度精度、速度响应肯定比闭环要差和慢，运行中会由于风速、地形造成大车较强烈的扭摆。闭环速度控制使用了编码器，速度、转子位置可以通过编码器直接测量，其速度精度和响应远远超过开环，实际运行比较平稳，制动器工作也较好。

3）适当调整变频器及大车参数。根据大车电机启动时的转矩特性，电机在从静止状态启动时，其特性是在恒转矩区，提供最大的转矩，从而达到启动电机的目的。这时电机转矩将不随电机转速的变化而变化。因此静止启动时，电机启动转矩对支腿推力是比较大的。由F= Ma可知，如果适当地增加大车变频器的加速时间，可以达到减小较快速度变化带来的支腿受力过大的目的。在停车时，减速时间过短，同样会对大车行走机械结构产生较大的冲击。但如果减速时间过长又会造成大车电机制动距离过长的问题，所以加大减速时间的同时应适当地降低大车速度。特别提醒的是，应根据大车电机实际运行波形图去确定其应设置的加减速时间值，如图3所示。

图3 调整前后变频器速度波形图Fig.3 Before/after adjust INV speed waveforms

有些机构共用参考值会导致变频器参数与实际运用效果存在差异。此外，适当调整S-curve值［2］，也可以使得电机在启动、制动的过程中速度变化较为平滑。变频器参数调整如表1所示。

根据上述参数表，采用Drive Monitor 5.5软件进行电机输出波形监控，调整前后电机输出波形如图3所示。

4）日常注意检查大车制动相关程序，如图4所示。着力清理历史故障中可能引起高速制动的故障，消除驱动器故障引起的急停。同时，考虑引进制动力矩可变的智能制动器。

首先，通过对大车制动控制相关的零速域值及逻辑的检查确认，确保大车制动的平稳有效。具体程序如下，逐台检查确认与以下程序是否一致。

表1 变频器6SE70参数调整表Tab.1 Para.of 6SE70 adjusted chart

图4 大车制动器控制程序Fig.4 Gantry brake control PLC program

其次，江西华伍制动器［1］公司应用现代控制技术和电子技术，通过调整电磁制动器的制动力和制动时间，将原来只有开启和闭合2种功能的传统制动器改造成为中间过程可控的智能型制动器。当RTG制动时，可实现平稳无冲击的制动，通过摩擦生热消耗动能，消除因过急制动产生的冲击和过载荷。因此，引入该款制动器进行改造优化也是一个可行的方向。

5）调整大车纠偏给定值。我公司轮胎吊较多出现平衡梁裂纹的设备，陆侧大车电机驱动大都采用了与起升共用变频器的形式。大车纠偏主要靠调整海侧单侧的大车附加给定来调整，单调一侧，意味着有加有减。纠偏值大小与大车速度成正比，同时突加给定会引起大车转矩的突变，因此大车行驶中打纠偏会感到整机晃动。通过修改程序中相关数值可以较好地改善行驶中的顿挫，通过调整线性斜率可以达到优化大车纠偏性能。原程序在低速时，纠偏量偏大，达到50%，造成速度和力矩波动较大。将纠偏量减少为20%～30%区间，通过比较修改前后效果，大车速度相对平稳。

6）提升平衡梁钢构强度及升级加固防范措施。将原平衡梁钢构圆管壁厚由13 mm加厚到14 mm，对焊缝包角，并通过应力释放设备进行应力释放。把原来材料为Q235用屈服强度较高的Q345代替，Q345为低合金钢，综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，强度高。内部进一步加强补焊钢板予以增强，外部采用均匀分布的肋板电焊加固。

我公司轮胎吊数量将近80台，近几年有半数以上的相同类型设备出现了不同程度的平衡梁裂纹故障。通过采取上述防控措施，特别是加强了设备异常部位撞击检查，调整运行参数、检查修改程序，持续进行修补加固及整体部件更换，进行制动改造。该类型设备相应部位故障情况得以逐年持续改善。定期的磁粉探伤、显影剂探伤等手段检测结果也验证了裂纹问题得到充分有效控制。

3 结论

由上可见，大车平衡梁开裂故障是一个由较多因素引起的综合性故障，解决该故障也应有系统性的解决方式，不能以单一手段简单处理。除了事后补救的“亡羊补牢”型加固更换外，还要对大车行走历史故障进行全面筛查处理，并对变频器输出进行跟踪调整。同时，要加强日常大车机构相关位置的检查维护，特别是大车平衡梁上方机械挡块油漆状况、大车制动器磨损情况、回转轴承螺栓状态的检查显得十分重要。

［1］陈胜根，叶国华.智能型制动器在RTG上的应用［J］.港口装卸，2013（3）：8.

［2］西门子变频器使用说明书V3.4［Z］.下册.西门子电气传动有限公司，2010.

修改稿日期：2016-05-16

Analysis on the Causes and Prevention for the Balance Beam Cracking of the Tyre Container Gantry Crane

CHEN Ruijin
（Xiamen Container Terminal Group Co.，Ltd.，Xiamen 361004，Fujian，China）

Made a brief analysis on various causes for cart balance beam cracking accident of the rubber tyred container gantry crane（RTG）.Problems caused by RTG runway beam slope were described，and the prevention measures such as daily check balance beam mechanical block，the operation of the inverter parameter adjustment program，checkout，the possibility of introducing intelligent gantry brake，the mechanical balance beam strengthened controlled balance beam crack fault.Through the analysis and control measure，good control effect of crack is achieved.

rubber tyred gangtry（RTG）；gantry；balance beam；brake

TH17；TM3

B

10.19457/j.1001-2095.20161116

陈瑞锦（1976-），男，本科，工程师，Email：crjin@xctg.com.cn

2015-11-09