張 琪 艾明飛 葛長(zhǎng)清 吳作價(jià) 管 虎

1 青島前灣聯(lián)合集裝箱碼頭有限責(zé)任公司 2 青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展，集裝箱運(yùn)輸日趨增加，集裝箱運(yùn)輸船舶大型化，導(dǎo)致集裝箱岸邊起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱岸橋)的外伸距和高度不斷增加[1]。因設(shè)備制造誤差、使用不當(dāng)?shù)?，造成前大梁?duì)中超標(biāo)，對(duì)設(shè)備的自身安全和作業(yè)效率造成影響[2]。以青島某集裝箱公司1#岸橋試運(yùn)行時(shí)存在的問(wèn)題為例，設(shè)計(jì)在役集裝箱岸邊起重機(jī)前大梁對(duì)中及前拉桿平衡度調(diào)整的方案。

2 主要問(wèn)題分析

青島某集裝箱公司1#岸橋是典型的超巴拿馬型單起升岸橋，該設(shè)備2006年11月份投入使用，設(shè)計(jì)起重量65 t、外伸距65 m。截至2020年11月，累計(jì)作業(yè)超過(guò)94萬(wàn)MOV。經(jīng)調(diào)研岸橋司機(jī)及該設(shè)備管理人員，該設(shè)備主要存在3個(gè)問(wèn)題。一是大車減速箱損壞頻繁，自2011年以來(lái)，先后維修更換大車減速箱32個(gè)，較其他設(shè)備高出42%；2017年，公司對(duì)該設(shè)備16臺(tái)大車減速箱進(jìn)行更換改造，增加齒輪強(qiáng)度，大車減速箱頻繁損壞問(wèn)題得到遏制。二是岸橋水平輪故障頻繁，特別是托架水平輪頻繁出現(xiàn)軸承損壞。三是司機(jī)反饋該設(shè)備進(jìn)行大型船舶同貝作業(yè)時(shí)，岸橋?qū)?zhǔn)最海側(cè)一列位置，依次作業(yè)到陸側(cè)后，需要移動(dòng)大車重新對(duì)位，反之亦然，作業(yè)船舶越大，該問(wèn)題越嚴(yán)重。

收集分析同批次其他岸橋運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備平均作業(yè)效率為17.1 MOV/h,較其他設(shè)備(17.4 MOV/h、17.5 MOV/h、17.3 MOV/h)偏低；大車制動(dòng)頻繁，制動(dòng)次數(shù)較其他設(shè)備高出30%，岸橋作業(yè)時(shí)大車“點(diǎn)動(dòng)”頻繁。

3 設(shè)備結(jié)構(gòu)檢測(cè)

針對(duì)上述問(wèn)題，2019年委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

3.1 岸橋門框下橫梁水平度、對(duì)角線及角尺

門框下橫梁水平度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，門框下橫梁對(duì)角線和角尺測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。測(cè)量分析得出：門框下橫梁對(duì)角線相差76 mm，門框下橫梁角尺相差54 mm，根據(jù)JTS257-2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，兩項(xiàng)指標(biāo)不滿足相關(guān)要求(門框下橫梁對(duì)角線<10 mm，門框下橫梁角尺≤5 mm)。

表1 門框下橫梁水平度

表2 門框下橫梁對(duì)角線和角尺測(cè)量

3.2 門框立柱垂直度

對(duì)設(shè)備門框立柱垂直度測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)JTS257-2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，門框立柱垂直度要求≤20 mm，立柱均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 門框立柱垂直度測(cè)量結(jié)果

3.3 前大梁對(duì)中

對(duì)設(shè)備大梁對(duì)中進(jìn)行測(cè)量，前大梁中心線偏于海側(cè)下橫梁中心線中垂線左側(cè)238 mm,根據(jù)QW/GSZA-03-2012《岸邊集裝箱起重機(jī)安裝驗(yàn)收規(guī)范》,大梁對(duì)中要求≤50 mm,不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 拉桿應(yīng)力測(cè)量

對(duì)設(shè)備拉桿應(yīng)力測(cè)量進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。前大梁前排拉桿在前大梁自重作用下拉桿系統(tǒng)的不平衡度為0%(<10%)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；前大后排拉桿在前大梁自重作用下拉桿系統(tǒng)的不平衡度為20%(>10%)，不符合要求。

表4 前大梁拉桿應(yīng)力

4 模擬仿真與調(diào)整方案

岸橋?qū)蔷€及角尺、前大梁對(duì)中以及岸橋在自重作用下拉桿系統(tǒng)的不平衡度超標(biāo)，與司機(jī)反饋的大型船舶同貝作業(yè)需頻繁移動(dòng)大車、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)中大車制動(dòng)器動(dòng)作次數(shù)異常等情況吻合。

大型港口機(jī)械的結(jié)構(gòu)檢測(cè)，重點(diǎn)是影響設(shè)備安全的結(jié)構(gòu)疲勞與裂紋問(wèn)題，并對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，依托設(shè)計(jì)單位出具方案進(jìn)行整改[3-4]。但對(duì)于主要結(jié)構(gòu)尺寸超差問(wèn)題，發(fā)生概率較小且施工難度較大，一些超差問(wèn)題無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)解決，導(dǎo)致類似在役岸橋前大梁調(diào)整項(xiàng)目缺乏可以借鑒的成功案例。為此，依托港機(jī)設(shè)備制造企業(yè)，通過(guò)模擬計(jì)算設(shè)計(jì)整改方案，確保項(xiàng)目的安全性和可行性。

4.1 仿真模型測(cè)算

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，建立設(shè)備調(diào)整的整體模型。因?yàn)闊o(wú)法探究橋吊前大梁因?yàn)楹畏N因素變形，導(dǎo)致無(wú)法正向建模。所以根據(jù)現(xiàn)有變形量進(jìn)行逆向建模，推算出從最大變形量調(diào)整到前大梁對(duì)中符合要求的最小調(diào)整量。

基于岸橋主要結(jié)構(gòu)尺寸和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)，建立ANSYS仿真模型。模型初始形態(tài)，橋吊前大梁前端最大變形量為-240 mm，通過(guò)模擬調(diào)整門框斜撐桿的尺寸，將前大梁對(duì)中調(diào)整至符合標(biāo)準(zhǔn)要求，確定最終的位移量為69 mm。既僅調(diào)整門框斜撐桿，需將連接間隙增加69 mm，前大梁對(duì)中可以調(diào)整至理論零偏差，同時(shí)岸橋下橫梁角尺與對(duì)角線等數(shù)據(jù)一并改善。撐桿調(diào)整時(shí)理論作用力不低于50 t。

4.2 調(diào)整方案重點(diǎn)

在役大型港口機(jī)械維修工藝，充分考慮船舶、設(shè)備防風(fēng)與碼頭安全規(guī)定等因素，針對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)性調(diào)整項(xiàng)目，需對(duì)重點(diǎn)的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行充分論證，確保施工過(guò)程的設(shè)備結(jié)構(gòu)安全。包括結(jié)構(gòu)連接部件拆裝前連接部件的支撐、調(diào)整受力部位的加固以及調(diào)整過(guò)程中相關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力釋放等。

4.2.1 主要調(diào)整部件確認(rèn)

根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)岸橋左側(cè)門框卸撐桿下端的連接螺栓孔進(jìn)行圖紙檢查和現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。該位置實(shí)際間隙為30 mm，連接螺栓孔采用腰型孔形式，調(diào)整余量為±25 mm,無(wú)法滿足調(diào)整要求，需重新加工連接板。因高強(qiáng)度螺栓松開(kāi)后不能再次使用，需準(zhǔn)備一臺(tái)套新螺栓。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備原有的螺桿，因海邊鹽霧腐蝕，螺紋存在銹蝕情況，需更換新螺桿。

4.2.2 重點(diǎn)工藝確認(rèn)

大梁對(duì)中調(diào)整作業(yè)時(shí),將一側(cè)高強(qiáng)度螺栓全部卸除，門框斜撐桿處于可調(diào)整的自由狀態(tài)，因撐桿自重以及岸橋其他作用力，需對(duì)撐桿增加剛性約束。在撐桿下端上側(cè)焊接滑板，在下方焊接支撐板，同時(shí)兩側(cè)焊接定位板，確保調(diào)整過(guò)程中，撐桿只能沿著中心線方向活動(dòng)。另外，經(jīng)過(guò)模擬測(cè)算，在自重情況下，調(diào)整斜撐需要超過(guò)50 t的作用力，需借助千斤頂?shù)仁┘油饬M(jìn)行調(diào)整，根據(jù)千斤頂尺寸，現(xiàn)場(chǎng)焊接頂升支架。

5 現(xiàn)場(chǎng)施工要點(diǎn)

5.1 做好關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)跟蹤檢測(cè)

根據(jù)調(diào)整方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，主要工作內(nèi)容包括：焊接工藝支撐、對(duì)斜拉桿進(jìn)行調(diào)整和對(duì)中測(cè)量、更換兩塊連接板、更換高強(qiáng)度螺栓和調(diào)節(jié)螺栓、對(duì)連接板進(jìn)行加固。在調(diào)整過(guò)程中，使用徠卡全站儀，密切關(guān)注前大梁對(duì)中數(shù)據(jù)的變化，以及后大梁整體對(duì)中、立柱垂直度及門框下橫梁角尺偏差的變化量。

5.2 避免結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中

岸橋左側(cè)門框撐桿調(diào)整過(guò)程中，因尺寸變化導(dǎo)致海陸側(cè)臺(tái)車角尺發(fā)生相對(duì)變化。為了避免調(diào)整中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中，將岸橋陸側(cè)進(jìn)行制動(dòng)與錨定，海測(cè)部分制動(dòng)器全部打開(kāi)，臺(tái)車部分處于自由狀態(tài)。最終調(diào)整完畢，海測(cè)臺(tái)車整體向右側(cè)移動(dòng)29 mm，經(jīng)過(guò)2天試運(yùn)行后，門框下橫梁角尺偏差由原來(lái)的53 mm減少到16 mm。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)調(diào)整

在調(diào)整斜撐桿過(guò)程中，調(diào)整數(shù)據(jù)達(dá)到49 mm后，觀測(cè)結(jié)果顯示，岸橋后大梁對(duì)中為零，前大梁對(duì)中偏差仍有63 mm。經(jīng)檢查確認(rèn)，岸橋右側(cè)下鉸點(diǎn)因支座干涉，沒(méi)有完全與半圓底座配合。采用現(xiàn)場(chǎng)研磨工藝，將底座進(jìn)行修正，最大位置修正3 mm后，下鉸點(diǎn)鉸軸與底座基本吻合，前大梁對(duì)中檢測(cè)為38 mm,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。前大梁對(duì)中偏差由原來(lái)的238 mm調(diào)整到最終的38 mm,調(diào)整量為200 mm。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著大型集裝箱岸橋進(jìn)入設(shè)備管理的中后期，鋼結(jié)構(gòu)安全成為碼頭設(shè)備健康管理的重要工作。針對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的大梁對(duì)中、前大梁拉桿均衡度等問(wèn)題，運(yùn)用ANSYS仿真分析并確立調(diào)整方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的成功實(shí)踐驗(yàn)證了調(diào)整方案的可行性，為岸橋類似問(wèn)題的處置提供了參考方案。