輪胎式龍門起重機頂升油缸防墜落裝置研發及應用

王興峰

頂升油缸有助于減輕輪胎式龍門起重機（以下簡稱“輪胎吊”）輪胎磨損，從而降低輪胎消耗成本;但在設備使用過程中，頂升油缸內泄故障導致的活塞桿墜落事故時有發生，對碼頭作業安全和成本控制造成不利影響。針對上述問題，天津港太平洋國際集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱“太平洋國際碼頭”）曾先后采取以下解決方案：一是修改輪胎吊電氣控制系統程序，當頂升油缸發生內泄故障時自動啟動頂升油泵;二是為頂升油缸加裝彈簧，當頂升油缸發生內泄故障時為其提供向上的拉力，從而防止活塞桿墜落。從實際應用效果來看：方案一僅適用于頂升油缸發生輕微內泄故障的情況，在頂升油缸發生嚴重內泄故障的情況下，活塞桿墜落事故仍然無法避免;方案二無法確定頂升油缸發生內泄故障后的下墜力，導致難以選擇彈簧型號。鑒于上述方案應用效果不佳，太平洋國際碼頭再次對輪胎吊頂升油缸實施改造，為頂升油缸加裝防墜落裝置，從而有效防止頂升油缸內泄故障導致的活塞桿墜落事故。

1 輪胎吊頂升油缸防墜落裝置技術方案

輪胎吊頂升油缸防墜落裝置技術方案如下：在頂升油缸缸體底部端口增設套筒座，在套筒座底部兩側分別安裝壓簧套筒，在活塞桿伸出端頂部設置防墜擋環，通過調節壓簧套筒內的鋼珠與防墜擋環間的水平距離和豎直距離，有效防止頂升油缸內泄故障導致的活塞桿墜落事故，確保輪胎吊作業安全。該方案采用分體式設計（套筒座、壓簧套筒和防墜擋環均為獨立零部件），無須改變頂升油缸原有結構，具有簡單、穩定、便于安裝和維修等優點。

套筒座為套裝在頂升油缸缸體底部端口的環形座。該環形座縱截面呈L形，由2個半圓環座通過燕尾形卡舌與卡槽咬合連接構成，并通過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）、鋼珠（由壓簧抵壓可沿筒口伸縮移動）和壓力調節螺帽構成，并以筒口朝向缸體中心沿缸體徑向通過支撐套安裝在套筒座底部兩側。壓簧套筒的筒體外側帶有外螺紋，支撐套帶有與筒體外螺紋相匹配的內螺紋。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，根據設定的深度確定鎖定位置，并通過鎖緊螺母將筒體鎖定在支撐套上;最后，擰動壓力調節螺帽調節壓簧的伸縮度，以獲得所需的壓力。

防墜擋環是由2個半圓形擋環對合連接構成的圓環體，環繞于活塞桿伸出端頂部。該圓環體環周外表面有連續設置的外凸下傾上斜面、中部豎直面和內凹下傾下斜面，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曰釗聳┘佑牖釗嗽碩較螄嚳吹鬧嵯蛄ΑN朔樂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擋圈與活塞桿端部連接形成臺階面。防墜擋環內側設有與防縮進擋圈臺階面相匹配的環周肩臺面，可以卡裝在防縮進擋圈臺階面上，并通過螺栓固連為一體。

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

在研發過程中，針對防墜落裝置容易與頂升油缸脫離以及與底盤螺栓相互干涉的問題，項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;（2）將螺母布局由同一水平面改為上下錯位，從而擴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

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

當輪胎吊轉向時，頂升油缸進入工作狀態：活塞桿在液壓系統的作用下伸出頂升油缸缸體外，頂升油缸缸體上升，鋼珠位于防墜擋環上方（見圖2），轉向機構帶動輪胎離地，支撐底座著地，為輪胎轉向操作作準備。

轉向機構的驅動系統完成輪胎轉向操作后，液壓系統減壓，活塞桿向頂升油缸缸體內回縮，支撐底座離地，輪胎著地。當防墜擋環到達頂升油缸缸體端部時，活塞桿停止上升，頂升油缸恢復至初始狀態。

3 輪胎吊頂升油缸防墜落裝置應用效果

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鎖死油缸，防止活塞桿墜落，又能在活塞桿伸出時脫開頂珠，使油缸頂起輪胎吊。該裝置不僅適用于輪胎吊，還可應用于其他領域的液壓系統，具有廣闊的應用前景。

從經濟效益來看：太平洋國際碼頭現有48臺出勤輪胎吊，每臺輪胎吊配備4個頂升油缸，每個頂升油缸加裝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，預計改造項目投資為48萬元;輪胎吊頂升油缸加裝防墜落裝置后，每年相關的維修費用將減少96萬元，頂升油缸更換和安裝費用將減少20萬元，加之輪胎吊作業效率提高，經濟效益十分可觀。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-03-21）