輪胎式龍門(mén)起重機(jī)頂升油缸防墜落裝置研發(fā)及應(yīng)用

王興峰

頂升油缸有助于減輕輪胎式龍門(mén)起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“輪胎吊”）輪胎磨損，從而降低輪胎消耗成本;但在設(shè)備使用過(guò)程中，頂升油缸內(nèi)泄故障導(dǎo)致的活塞桿墜落事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)碼頭作業(yè)安全和成本控制造成不利影響。針對(duì)上述問(wèn)題，天津港太平洋國(guó)際集裝箱碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱“太平洋國(guó)際碼頭”）曾先后采取以下解決方案：一是修改輪胎吊電氣控制系統(tǒng)程序，當(dāng)頂升油缸發(fā)生內(nèi)泄故障時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)頂升油泵;二是為頂升油缸加裝彈簧，當(dāng)頂升油缸發(fā)生內(nèi)泄故障時(shí)為其提供向上的拉力，從而防止活塞桿墜落。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看：方案一僅適用于頂升油缸發(fā)生輕微內(nèi)泄故障的情況，在頂升油缸發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)泄故障的情況下，活塞桿墜落事故仍然無(wú)法避免;方案二無(wú)法確定頂升油缸發(fā)生內(nèi)泄故障后的下墜力，導(dǎo)致難以選擇彈簧型號(hào)。鑒于上述方案應(yīng)用效果不佳，太平洋國(guó)際碼頭再次對(duì)輪胎吊頂升油缸實(shí)施改造，為頂升油缸加裝防墜落裝置，從而有效防止頂升油缸內(nèi)泄故障導(dǎo)致的活塞桿墜落事故。

1 輪胎吊頂升油缸防墜落裝置技術(shù)方案

輪胎吊頂升油缸防墜落裝置技術(shù)方案如下：在頂升油缸缸體底部端口增設(shè)套筒座，在套筒座底部?jī)蓚?cè)分別安裝壓簧套筒，在活塞桿伸出端頂部設(shè)置防墜擋環(huán)，通過(guò)調(diào)節(jié)壓簧套筒內(nèi)的鋼珠與防墜擋環(huán)間的水平距離和豎直距離，有效防止頂升油缸內(nèi)泄故障導(dǎo)致的活塞桿墜落事故，確保輪胎吊作業(yè)安全。該方案采用分體式設(shè)計(jì)（套筒座、壓簧套筒和防墜擋環(huán)均為獨(dú)立零部件），無(wú)須改變頂升油缸原有結(jié)構(gòu)，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、便于安裝和維修等優(yōu)點(diǎn)。

套筒座為套裝在頂升油缸缸體底部端口的環(huán)形座。該環(huán)形座縱截面呈L形，由2個(gè)半圓環(huán)座通過(guò)燕尾形卡舌與卡槽咬合連接構(gòu)成，并通過(guò)螺栓固定在頂升油缸缸體上。

壓簧套筒由筒體、壓簧（裝置在筒體內(nèi)）、鋼珠（由壓簧抵壓可沿筒口伸縮移動(dòng)）和壓力調(diào)節(jié)螺帽構(gòu)成，并以筒口朝向缸體中心沿缸體徑向通過(guò)支撐套安裝在套筒座底部?jī)蓚?cè)。壓簧套筒的筒體外側(cè)帶有外螺紋，支撐套帶有與筒體外螺紋相匹配的內(nèi)螺紋。壓簧套筒的安裝方法如下：首先，將筒體旋入支撐套中，并令鋼珠探出筒體;然后，根據(jù)設(shè)定的深度確定鎖定位置，并通過(guò)鎖緊螺母將筒體鎖定在支撐套上;最后，擰動(dòng)壓力調(diào)節(jié)螺帽調(diào)節(jié)壓簧的伸縮度，以獲得所需的壓力。

防墜擋環(huán)是由2個(gè)半圓形擋環(huán)對(duì)合連接構(gòu)成的圓環(huán)體，環(huán)繞于活塞桿伸出端頂部。該圓環(huán)體環(huán)周外表面有連續(xù)設(shè)置的外凸下傾上斜面、中部豎直面和內(nèi)凹下傾下斜面，其中，上斜面與中部豎直面的夾角等于下斜面與中部豎直面的夾角，均為30皛 60啊Q夠商淄材詰母種樵諮夠傻淖饔孟掠敕雷溝不返納舷灤泵婀鉤尚泵婊梗瞇泵婊茍?jiān)会撀柀加与会撍源T較螄嚳吹鬧嵯蛄ΑN朔樂(lè)夠釗撕土釉諢釗松系鬧С諾鬃雜勺孤洌⑷繁;釗四芄輝諞貉瓜低車淖饔孟麓С諾鬃勻縞擔(dān)彌嵯蛄Τ吮匭氪笥謁性碩考òɑ釗?、窍u犯肆幼橢С諾鬃┑鬧亓客猓貢匭朐對(duì)緞∮諢釗畝ネ屏Α>撲悖彌嵯蛄τι瓚ㄎ？ 410～5 684 N。套裝于活塞桿端部的防縮進(jìn)擋圈與活塞桿端部連接形成臺(tái)階面。防墜擋環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)有與防縮進(jìn)擋圈臺(tái)階面相匹配的環(huán)周肩臺(tái)面，可以卡裝在防縮進(jìn)擋圈臺(tái)階面上，并通過(guò)螺栓固連為一體。

上述套筒座、壓簧套筒、防墜擋環(huán)、支撐套、鎖緊螺母和壓力調(diào)節(jié)螺帽均采用不銹鋼材料制成，并經(jīng)冷鍍鋅防腐處理。壓簧采用強(qiáng)力彈簧，線徑為，外徑為38 mm。

在研發(fā)過(guò)程中，針對(duì)防墜落裝置容易與頂升油缸脫離以及與底盤(pán)螺栓相互干涉的問(wèn)題，項(xiàng)目組采取以下解決方案：（1）采用螺母互鎖方式，防止螺栓松動(dòng);（2）將螺母布局由同一水平面改為上下錯(cuò)位，從而擴(kuò)大頂絲與頂升油缸的接觸面，改善緊固效果。

2 輪胎吊頂升油缸防墜落裝置工作原理

當(dāng)輪胎吊依靠輪胎直行時(shí)，頂升油缸處于初始狀態(tài)：活塞桿縮回頂升油缸缸體內(nèi)且支撐底座離地，鋼珠位于防墜擋環(huán)下斜面下方（見(jiàn)圖1），鋼珠弧面頂端與防墜擋環(huán)中部豎直面間的水平重疊距離為5～20 mm，鋼珠防墜支撐點(diǎn)與防墜擋環(huán)下斜面間的垂直距離為0～10 mm。一旦頂升油缸發(fā)生內(nèi)泄故障，防墜擋環(huán)可有效阻擋活塞桿下墜，確保輪胎吊正常作業(yè)。

當(dāng)輪胎吊轉(zhuǎn)向時(shí)，頂升油缸進(jìn)入工作狀態(tài)：活塞桿在液壓系統(tǒng)的作用下伸出頂升油缸缸體外，頂升油缸缸體上升，鋼珠位于防墜擋環(huán)上方（見(jiàn)圖2），轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輪胎離地，支撐底座著地，為輪胎轉(zhuǎn)向操作作準(zhǔn)備。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成輪胎轉(zhuǎn)向操作后，液壓系統(tǒng)減壓，活塞桿向頂升油缸缸體內(nèi)回縮，支撐底座離地，輪胎著地。當(dāng)防墜擋環(huán)到達(dá)頂升油缸缸體端部時(shí)，活塞桿停止上升，頂升油缸恢復(fù)至初始狀態(tài)。

3 輪胎吊頂升油缸防墜落裝置應(yīng)用效果

輪胎吊頂升油缸防墜落裝置采用彈簧頂珠固定方式，既能在活塞桿縮回時(shí)鎖死油缸，防止活塞桿墜落，又能在活塞桿伸出時(shí)脫開(kāi)頂珠，使油缸頂起輪胎吊。該裝置不僅適用于輪胎吊，還可應(yīng)用于其他領(lǐng)域的液壓系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看：太平洋國(guó)際碼頭現(xiàn)有48臺(tái)出勤輪胎吊，每臺(tái)輪胎吊配備4個(gè)頂升油缸，每個(gè)頂升油缸加裝1套防墜落裝置，每套防墜落裝置的制作和安裝成本約2 500元，預(yù)計(jì)改造項(xiàng)目投資為48萬(wàn)元;輪胎吊頂升油缸加裝防墜落裝置后，每年相關(guān)的維修費(fèi)用將減少96萬(wàn)元，頂升油缸更換和安裝費(fèi)用將減少20萬(wàn)元，加之輪胎吊作業(yè)效率提高，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-03-21）