陳旭峰

（廈門集裝箱碼頭集團有限公司，福建 廈門 361000）

當前我國港口經(jīng)濟迅速發(fā)展，碼頭的作業(yè)量持續(xù)增長，需要大量的裝運司機在碼頭作業(yè)。岸橋司機室配備的空調大部分是家用分體式空調，這種空調長時間服役后容易出現(xiàn)斷管、漏氨等故障，導致無法制冷。因此，需要設計一種用于岸橋司機室的空調室外機緩沖架，對解決現(xiàn)有問題具有重要意義。

1 岸橋司機室空調外機緩沖架設計的必要性

1.1 岸橋司機室空調外機存在的問題

某集裝箱碼頭公司所有岸橋司機室原配的都是家用分體式冷暖空調，經(jīng)過長時間服役經(jīng)常出現(xiàn)斷管、漏氨等故障，導致無法制冷。由于岸橋司機室是金屬結構，夏季在高溫日照情況下溫度超過50°C，此時空調如果出現(xiàn)故障司機基本上無法作業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計，該公司整年度22臺岸橋因漏氨現(xiàn)象引起的司機室空調故障多達30多次。頻繁出現(xiàn)的空調故障已經(jīng)嚴重影響岸橋司機的正常工作，導致本機停止作業(yè)，不僅給公司帶來直接經(jīng)濟損失，更影響到船舶正常進出港，對公司信譽造成不利影響，給工程維修人員帶來極大壓力。

1.2 空調外機故障原因分析

通過對近幾年來岸橋司機室空調外機維修情況分析，發(fā)現(xiàn)所有的空調漏氨現(xiàn)象都是壓縮機至分配閥銅管斷裂所引起。空調壓縮機的底座都是用彈性體安裝為了正常情況下輕微的振動可以通過彈性體緩沖減震，但空調在岸橋司機室的使用工況和普通家用有著極大差異，岸橋司機室是由于小車不停運行，小車輪與軌道都是鋼制，兩者沒有任何緩沖，因此軌道輕微的不平整都會引起司機室振蕩，特別是小車在通過軌道鉸點時產生沖擊和振動最劇烈，這些振動直接傳遞給空調壓縮機和分配閥，而分配閥具有一定重量且僅由銅管支撐，劇烈的振動使分配閥與壓縮機帶動銅管彈跳導致銅管破裂。主要原因分析如下。

小車重量（包含吊具）大約有40 t，在小車行走中軌道受到的垂直力F≥400 kN，且橋吊使用時間已超10 a，小車軌道已出現(xiàn)高低不平的狀況，小車行走在軌道上會出現(xiàn)振蕩，特別是在小車通過軌道鉸點時產生沖擊和振動最為劇烈，小車的振蕩是導致空調損壞最直接的原因。對小車軌道上某一點受力情況來說，根據(jù)動量守恒定律，其顛簸對此點作用的沖擊力所產生的沖量是不變的。通過沖量公式I=Ft=m1v1-m2v2，可知沖量是力對時間的積累效應，力作用時間越短則此力越大，反之力作用時間越長則此力越小。再根據(jù)牛頓第二定律F=ma（F為力，m為質量，a為加速度，其中m為定值），和加速度公式a=（v1-v2）/t1-t2，可知小車顛簸后重新回到軌道，由于慣性作用空調向下運動的速度不會立即為零，此時若延長速度到零的時間即可降低反作用力F′的作用。

對空調進行受力分析，可知燈受到4個力的作用，分別為向上的力F1，向下重力F2，向前的力F3，向后的力F4。圖1為空調受力分解示意圖?？照{所受到的力F1、F2作用時，沒有對這2個力進行緩沖，導致其作用時間短，在沖量一定的情況下，F(xiàn)1、F2較大，這是導致燈絲斷裂的主要原因；空調所受到的力F3、F4作用時，同樣沒有對這2個力進行緩沖，導致其作用時間較長振蕩厲害，這是導致銅管斷裂的主要原因。

圖1 空調受力分解示意圖

通過以上分析給了作者一個啟示，若將剛性連接改為彈性連接，則可以延長或縮短小車振蕩引起的慣性作用時間，從而減小慣性產生的影響。

2016年以來在嘗試用沒有分配閥、管路相對簡單的單冷機型空調替代冷暖機型，將數(shù)臺室外機移位安裝在振動較小的新位置上。使用半年來運行正常無故障，而室外機安裝在振動較大的新位置上的新空調還是陸續(xù)出現(xiàn)斷管漏氨現(xiàn)象，其斷點轉移到了冷凝器彎管處。

2 緩沖架設計

2.1 設計原理

根據(jù)以上研究分析后，最終得出小車燈改造方案，需要對小車燈支架結構、小車燈燈罩、小車燈罩與支架的連接方式進行改造。

2.1.1 設計思路

在小車振動無法避免的情況下，如何將震蕩源與空調壓縮機隔離，成為徹底解決故障的關鍵點。經(jīng)過長時間試驗，設計了一種懸浮式空調室外機安裝支座。該支座先用足夠強度的角鋼制作出彈性繩固定框，在框架底部有彈性繩掛點，然后用彈性繩沿著掛點組成彈性網(wǎng)，空調室外機就放置于彈性網(wǎng)上面。由于空調室外機壓縮機側重量較大會有傾斜現(xiàn)象，需要在壓縮機側增加一條彈性繩，作為室外機的水平調整。

2.1.2 對空調支架結構進行改造

彈性繩連接結構設計如圖2所示。

圖2 彈性繩連接結構設計圖

2.1.3 彈性繩選擇

本設計所選用的彈性繩必須要有足夠強度以支撐空調外機，來保證安全，同時彈性又不能過大不然起不到支撐作用。經(jīng)過查找后發(fā)現(xiàn)，公司的托令小車使用的彈性繩便可以滿足使用要求。作者對使用過的廢棄彈性繩，截取好的部分進行加工，在保證安全的前提下加以利用以節(jié)約成本。

2.2 作用方式

從圖3可以看到，此狀態(tài)下空調主機與安裝架只是通過彈性繩連接，形成近懸浮狀態(tài)。當小車運行帶動安裝架上下彈跳時，振蕩源只能通過橫拉的彈性繩進行傳遞。由于小車震蕩的特征是小幅快速，柔軟的彈性繩并不足以帶動空調主機隨之運動，因此室外機的上下振動大大消除?？紤]到小車運行加速及制動對室外機會產生前后左右晃動，造成室外機與安裝架撞擊，必須對室外機前后左右方向進行固定，同時又要有緩沖作用。因此，在安裝架上方設置了4個掛點用彈性繩組成限位框，它對室外機的前后左右方向進行限制的同時具有緩沖效果。

圖3 緩沖架設計圖

3 緩沖架應用效果

2016年9月，緩沖架完成樣品制造后，挑選空調故障最頻繁的Q15空調外機進行試用。Q15在6月份更換新空調后連續(xù)斷管修補3次，考慮其對生產影響太大，在8月初又替換1臺新的單冷空調，結果又連續(xù)2次斷管。為了更加準確的比對，緩沖架安裝在原來的室外機位置，用經(jīng)過兩次斷管的室外機進行試驗。改造安裝完畢后立即投入使用，現(xiàn)場跟蹤可以看到，在緩沖架的作用下，小車振動傳遞到室外機變得非常輕微柔和。經(jīng)過1個月的使用觀察后本機空調故障不再出現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 運行狀態(tài)下的結構Mises應力分布云圖（MPa）

圖4 空調室外機固定方式改進應用效果圖

緩沖架試用積累了一定經(jīng)驗后不斷地完善改造方案，陸續(xù)又將緩沖架安裝在Q14、Q19、Q20、Q21、Q22等岸橋司機室空調外機上，杜絕了空調的斷管現(xiàn)象。試驗結果表明，緩沖架設計對于岸橋司機室空調外機具有良好的減震保護作用。

4 結束語

空調室外機緩沖架的開發(fā)設計對減少碼頭設備的空調故障具有明顯效果，為企業(yè)節(jié)約了更多維修資金，降低了維修人員的工作量，對保障生產作業(yè)、提高經(jīng)濟效益具有重大意義。該緩沖架所需成本約為500元，成本較低且重量輕，上機安裝只需1 h即可完成，非常容易推廣普及到其他有同樣空調易損現(xiàn)象的設備上，同時采用緩沖架后空調主機工作振動完全不會傳遞到載體平臺上，因此對振動及噪音有高要求的場合有廣泛的應用前景。