吳立飛 陸瑋 張乾能 吳士杰

輪胎式龍門(mén)起重機(jī)（Rubber Tyre Gantry Crane，RTG）所使用的充氣輪胎內(nèi)部有一定氣壓，一旦輪胎被刺穿，氣壓就會(huì)集中外泄，極易導(dǎo)致人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等事故。實(shí)心輪胎無(wú)須充氣，不會(huì)因氣壓集中外泄而導(dǎo)致事故，安全系數(shù)較高;因此，在RTG上使用實(shí)心輪胎可以提高港口碼頭生產(chǎn)的安全性。

1 實(shí)心輪胎的分類

1.1 非黏結(jié)式實(shí)心輪胎

非黏結(jié)式實(shí)心輪胎指先將橡膠硫化再將其固定在輪輞上的實(shí)心輪胎。非黏結(jié)式實(shí)心輪胎有以下缺點(diǎn)。

（1）緩沖性能不佳 使用非黏結(jié)式實(shí)心輪胎的RTG往往會(huì)因輪胎緩沖性能不佳而產(chǎn)生機(jī)構(gòu)件早期開(kāi)裂和操作舒適性較差等問(wèn)題。

（2）散熱性能不良 在氣溫較高和RTG連續(xù)運(yùn)行的情況下，輪轂過(guò)熱往往導(dǎo)致胎體與輪輞結(jié)合部位脫膠，須停車散熱以防止胎體與輪輞之間打滑。

（3）經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性較差 在非黏結(jié)式實(shí)心輪胎使用壽命后期，胎體橡膠易撕裂和老化，從而產(chǎn)生大量廢膠，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。

（4）組裝難度較大 非黏結(jié)式實(shí)心輪胎需要由專業(yè)的輪胎生產(chǎn)廠家采用專門(mén)的設(shè)備和材料組裝，工藝較復(fù)雜。

（5）存在打滑隱患 初始公差或橡膠磨損導(dǎo)致非黏結(jié)式實(shí)心輪胎的輪輞與胎體間壓緊力不足，易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，造成輪胎制動(dòng)力下降。

1.2 黏結(jié)式實(shí)心輪胎

黏結(jié)式實(shí)心輪胎指先將橡膠固定在輪輞上再將其硫化的實(shí)心輪胎。黏結(jié)式實(shí)心輪胎采用黏結(jié)工藝，胎體全部由高強(qiáng)度橡膠組成，無(wú)須在內(nèi)部使用填充物或充氣，克服了充氣輪胎怕刺扎、怕切割以及易漏氣、易爆胎等缺點(diǎn)，安全性較高，并且使用壽命是充氣輪胎的2倍以上，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

2 黏結(jié)式實(shí)心輪胎在RTG上的應(yīng)用方案

2.1 黏結(jié)式實(shí)心輪胎結(jié)構(gòu)

為了克服普通實(shí)心輪胎的缺點(diǎn)，寧波港集團(tuán)北侖第三集裝箱有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北三集司”）針對(duì)自身場(chǎng)地、工況等情況，開(kāi)發(fā)出一種新型黏結(jié)式實(shí)心輪胎。

如圖1所示，該黏結(jié)式實(shí)心輪胎由輪輞、固定在輪輞上的胎體橡膠面、胎體橡膠面的側(cè)孔組成。當(dāng)輪胎受到壓力時(shí)，側(cè)孔可使胎體橡膠面自由移動(dòng)，其位移距離等于側(cè)孔直徑。這種設(shè)計(jì)與普通實(shí)心輪胎的減振層（減振層的橡膠硬度低且耐磨性差）相比，既能達(dá)到減振的目的，又能在保持胎體整體厚度不變的前提下大大增加耐磨層的厚度（即增加輪胎可使用的橡膠厚度）。側(cè)孔收縮和回彈產(chǎn)生氣流，使胎體摩擦產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)。

輪輞由輪轂連接板、輪輞腹板、擾流式加強(qiáng)筋、防滑防銹透擋板組成。輪輞通過(guò)輪轂連接板連接在輪轂上。輪輞腹板上均勻地分布10個(gè)散熱孔和10個(gè)擾流式加強(qiáng)筋，且擾流式加強(qiáng)筋與散熱孔間隔分布（見(jiàn)圖2）。當(dāng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，呈扇葉形布置的擾流式加強(qiáng)筋在局部形成風(fēng)壓，促使空氣流通，從而起到擾流散熱的作用。在實(shí)際使用過(guò)程中，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)和制動(dòng)產(chǎn)生的熱量通過(guò)輪轂傳遞給輪輞，借助擾流式加強(qiáng)筋的作用在局部形成風(fēng)壓差，并通過(guò)散熱孔排出熱量。

該型黏結(jié)式實(shí)心輪胎采用噴丸技術(shù)，能夠提高黏合劑表面的附著力，增加黏結(jié)面積，防止胎體橡膠脫層;并使用進(jìn)口膠黏劑，以提高黏結(jié)強(qiáng)度。輪輞與胎體橡膠面的連接面外側(cè)兩端設(shè)有防滑防銹透擋板。該防滑防銹透擋板呈臺(tái)階狀，并與輪輞焊接為一體，以防止輪胎橡膠面滑動(dòng)以及鐵銹進(jìn)入輪胎內(nèi)部，有效阻止胎體橡膠面因磨損或老化與輪輞分離、脫層。在輪輞邊緣還增加護(hù)圈，提高輪緣剛性，使RTG運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。

黏結(jié)式實(shí)心輪胎使用表面無(wú)花紋的光面胎。光面胎的抓地能力遠(yuǎn)強(qiáng)于花紋胎，從而使RTG在啟動(dòng)、制動(dòng)、經(jīng)過(guò)濕滑路面時(shí)更加平穩(wěn)。

2.2 黏結(jié)式實(shí)心輪胎過(guò)渡輪輞結(jié)構(gòu)和作用

RTG充氣輪胎使用的輪輞由鋼板通過(guò)切割、軋制、焊接等工藝制成，其強(qiáng)度和承載能力高于普通輪輞。由于普通輪胎輪輞焊縫較多，加之無(wú)法對(duì)其內(nèi)部焊縫進(jìn)行探傷檢查，存在一定的安全隱患。長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷的使用會(huì)使輪輞焊縫開(kāi)裂，導(dǎo)致輪胎發(fā)生漏氣、炸裂等事故。為消除安全隱患，將過(guò)渡輪輞的受力部位設(shè)計(jì)在強(qiáng)度更大的輪輞腹板上，從而合理避開(kāi)輪輞焊縫的薄弱位置，消除焊縫疲勞開(kāi)裂的安全隱患。過(guò)渡輪輞拆裝方便，能夠?yàn)槌錃廨喬ヅc實(shí)心輪胎間的切換工作節(jié)約大量成本。

過(guò)渡輪輞由防松頂緊螺栓、鎖圈護(hù)環(huán)、開(kāi)口頂緊楔圈、過(guò)渡輪輞體和開(kāi)口楔環(huán)等組成。安裝時(shí)需要用到RTG原充氣輪胎輪轂上的開(kāi)口彈性鎖圈，拆卸時(shí)需要用到頂退螺釘。

過(guò)渡輪輞各部分的功能為：防松頂緊螺栓通過(guò)開(kāi)口頂緊楔圈頂緊輪輞，并穿過(guò)螺帽孔的鋼絲防止松動(dòng);鎖圈護(hù)環(huán)一端被開(kāi)口頂緊楔圈頂住限位，中間螺栓孔用于裝配防松頂緊螺栓;開(kāi)口頂緊楔圈與錐面配合起頂緊作用;過(guò)渡輪輞體對(duì)內(nèi)連接輪轂和實(shí)心輪胎;開(kāi)口楔環(huán)起增加接觸面積、防止輪輞打滑的作用;安裝輪輞時(shí)，開(kāi)口彈性鎖圈限位輪輞各部件;拆卸輪輞時(shí)，頂退螺釘可擠出開(kāi)口頂緊楔圈。

3 黏結(jié)式實(shí)心輪胎在RTG上的應(yīng)用效果

3.1 黏結(jié)式實(shí)心輪胎在RTG上的使用情況

2015年10月，北三集司開(kāi)始在15號(hào)RTG上試用8個(gè)黏結(jié)式實(shí)心輪胎。經(jīng)過(guò)3年的試用，除了有輕微的橡膠老化現(xiàn)象外，輪胎無(wú)其他故障，使用效果較好。由表1可見(jiàn)，黏結(jié)式實(shí)心輪胎損耗成本低于普通輪胎。

為研究輪胎磨損情況，對(duì)整機(jī)安裝情況相同、作業(yè)量相近的3臺(tái)RTG開(kāi)展為期9個(gè)月的輪胎磨損情況跟蹤。由表2可知，與普通充氣輪胎相比，黏結(jié)式實(shí)心輪胎具有免充氣、故障率低、維修停機(jī)時(shí)間較少、人工成本較低、無(wú)輪輞開(kāi)裂危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 RTG鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)

2018年6月，北三集司委托專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，按照雙方協(xié)商確認(rèn)的檢測(cè)大綱和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)同批次、同時(shí)投入使用、輪胎型號(hào)不同的15號(hào)和16號(hào)RTG的主要金屬結(jié)構(gòu)件的技術(shù)狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和評(píng)估。RTG主要技術(shù)性能見(jiàn)表3。

3.2.1 磁粉檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)點(diǎn)均為RTG鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵焊縫（見(jiàn)圖3）。由表4可見(jiàn)：16號(hào)RTG使用普通充氣輪胎，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)焊縫輕微開(kāi)裂現(xiàn)象;15號(hào)RTG使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎，未發(fā)現(xiàn)焊縫開(kāi)裂現(xiàn)象。由此可得出結(jié)論：在RTG上使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎不會(huì)對(duì)RTG鋼結(jié)構(gòu)造成明顯損害。

3.2.2 主要承載構(gòu)件靜載應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果

由15號(hào)RTG動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)工況（試驗(yàn)載荷41.8 t）的檢測(cè)結(jié)果可知：最大動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)點(diǎn)是主梁C-C截面右側(cè)箱梁翼緣板上的C1檢測(cè)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力最大值為 56.3 MPa，穩(wěn)定值為 54.2 MPa，應(yīng)力對(duì)比值為1.04。

由16號(hào)RTG動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)工況（試驗(yàn)載荷）的檢測(cè)結(jié)果可知：最大動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)點(diǎn)是主梁C-C截面左側(cè)箱梁翼緣板上的C2檢測(cè)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力最大值為 39.5 MPa，穩(wěn)定值為 37.8 MPa，應(yīng)力對(duì)比值為1.04。

以上2處檢測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力穩(wěn)定值、最大值和對(duì)比值均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2臺(tái)RTG在相同檢測(cè)工況下，在相應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得的數(shù)值均滿足動(dòng)強(qiáng)度的要求。

3.2.3 主梁上拱度及軌道頂面高低差檢測(cè)結(jié)果

15號(hào) RTG西側(cè)箱梁最大上拱度為21 mm，位置在距北端13 m處;東側(cè)箱梁最大上拱度為12 mm，位置在距北端11～13 m處;小車軌道頂面最大高低差為14 mm，位置在距北端13 m處。

16號(hào)RTG西側(cè)箱梁最大上拱度為9 mm，位置在距北端11 m處;東側(cè)箱梁最大上拱度為11 mm，位置在距北端17 m處;小車軌道頂面最大高低差為37 mm，位置分別在距北端5 m和7 m處。

由上述檢測(cè)結(jié)果可知：15號(hào)RTG的主梁剛度大于16號(hào)RTG，即使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎的RTG主梁剛度更大。

3.2.4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)2臺(tái)同型號(hào)、同批次、作業(yè)量相近的RTG鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知：使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎不僅未對(duì)RTG的鋼結(jié)構(gòu)造成明顯影響，而且能夠減振和提高RTG整機(jī)剛度，使RTG大車和小車點(diǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)，從而提高司機(jī)操作的舒適性。

4 黏結(jié)式實(shí)心輪胎在RTG上的應(yīng)用效益

4.1 管理效益

使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎無(wú)須檢測(cè)氣壓和充氣，可以避免因輪胎漏氣、開(kāi)裂、磨損而頻繁更換輪胎，具有免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)約日常維護(hù)成本和人力成本以及提高設(shè)備使用率。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)近3年RTG使用情況的跟蹤調(diào)查結(jié)果顯示：黏結(jié)式實(shí)心輪胎使用效果良好，輪胎磨損量?jī)H為（約占耐磨層厚度的9.4%），輪胎使用壽命預(yù)期可達(dá)10年以上。按進(jìn)口充氣輪胎平均單價(jià)3萬(wàn)元、平均使用壽命4.5年計(jì)算，單臺(tái)RTG每年可節(jié)省輪胎消耗費(fèi)用約1.73萬(wàn)元。若北三集司134臺(tái)RTG全部使用黏結(jié)式實(shí)心輪胎，每年可節(jié)約輪胎消耗費(fèi)用約232萬(wàn)元。

4.3 安全效益

充氣輪胎內(nèi)部氣壓較高，氣壓集中外泄極易導(dǎo)致安全事故;而實(shí)心輪胎內(nèi)部沒(méi)有氣壓，即使發(fā)生輪輞擋圈變形的情況，擋圈也不會(huì)因受到氣壓沖擊而飛出，安全系數(shù)較高。專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)改造后RTG的整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果證明，黏結(jié)式實(shí)心輪胎適用于RTG現(xiàn)場(chǎng)工況。

（編輯：吳偉彬 收稿日期：2019-01-29）