王照宇 宛宝

大连集装箱码头有限公司（以下简称“大连集装箱码头”）现有卡尔玛空箱堆高机吊具故障率较高，尤其是吊具伸缩系统损坏后，停机维修时间较长，导致集装箱无法准时运往指定地点，从而严重影响装船效率。鉴于此，大连集装箱码头技术人员实施卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统改造，为吊具伸缩系统加装限位装置，确保设备作业安全和高效。

1 卡尔玛空箱堆高机吊具故障原因分析

1.1 吊具故障现象

在卡尔玛空箱堆高机吊具做40英尺伸缩动作时，多次发生吊具左侧伸缩油缸活塞杆柱塞头防松螺帽脱落或活塞杆断裂故障，导致吊具左侧伸缩油

缸及箱筒脱落，同时造成伸缩导链内的吊具伸缩电缆和油管等零部件损坏。例如：2019年9月21日，大连集装箱码头卡尔玛空箱堆高机EF03在作业过程中发生吊具右侧伸缩油缸脱落故障，拆卸后检查发现，油缸内部伸缩拉杆的柱塞头断裂，导致油缸内的活塞无法固定，从而使得油缸内油路乱串，油缸无法正常工作;2020年1月15日，大连集装箱码头卡尔玛空箱堆高机EF05在场地内作业时，发生吊具左侧伸缩油缸拉杆断裂脱落故障。

从卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸整体机械构造来看：油缸两端固定采用硬连接形式，在日常检查和保养中能及时发现问题和解决问题;但油缸内部活塞头和固定螺母断裂、脱扣等情况无法在日常检查中发现，存在一定安全隐患（见图1）。

1.2 吊具伸缩油缸工作原理

卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸主要构件包括：（1）液压油缸筒，内壁光滑，主要接触伸缩拉杆，伸缩拉杆在其行程内伸缩;（2）伸缩拉杆，外壁光滑，主要在运动行程内伸缩，推动吊具伸缩满足作业20英尺和40英尺集装箱的要求;（3）活塞头，固定在伸缩拉杆底部，与液压油直接接触，液压油产生的液压力直接作用在活塞头，活塞头带动伸缩拉杆在特定行程内完成伸缩动作;（4）活塞套筒，安装在伸缩拉杆上，一端与活塞头配合，另一端作为行程限位与油缸套筒配合;（5）油缸套筒，与液压油缸筒配合，其上附有油封，以防止拉杆脱落，并起到行程限位的作用。

如图2所示，卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸的工作原理为：当液压油进入油缸孔1时，液压油作用于活塞套筒，液压力将伸缩拉杆推入液压油缸筒内，直到活塞头顶住液压油缸筒，完成一次行程;当液压油进入油缸孔2时，液压油作用于活塞头，活塞头固定在伸缩拉杆上，在液压力的作用下，伸缩拉杆被推出液压油缸筒，完成二次行程。

1.3 吊具故障原因

（1）设备震动频繁。在作业过程中，卡尔玛空箱堆高机吊具各机构起升、伸缩、横移等运行频率较高，从而使吊具产生频繁震动;此外，场地不平整等原因也会导致设备震动，对设备各关键铰接点及零部件的松紧度、强度均造成一定影响。若吊具伸缩油缸活塞杆防松螺母在震动的作用下松动脱落，吊具在执行40英尺伸缩动作时会出现油缸失控窜出的现象，导致伸缩箱筒脱落。

（2）轴向冲击过大。当卡尔玛空箱堆高机吊具执行40英尺外伸动作时，吊具两侧伸缩箱筒依靠伸缩油缸的牵制作用才能停止。如果驾驶员在操作吊具40英尺伸缩动作时速度较快，当伸缩箱筒即将达到最外端时，驾驶员未能及时收油门和减速，伸缩箱筒外伸惯性会对伸缩油缸和油缸活塞杆防松螺帽、油缸螺纹丝扣造成强烈的轴向冲击，从而导致油缸活塞杆防松螺帽损坏或脱落，进而导致油缸及伸缩箱筒脱落。

（3）设计存在缺陷。卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸及伸缩箱筒结构存在一定设计缺陷：伸缩油缸拉杆截面直径为45 mm，伸缩油缸活塞杆（频繁断裂部位）截面直径为20 mm，存在尺寸相对较小、强度不足的问题;另外，固定活塞螺母未加装防脱销，存在震动脱落隐患。当吊具执行40英尺伸缩动作时，吊具伸缩箱筒不受限位挡块或支架的限制，只能依靠伸缩油缸的牵制作用完成动作，如果伸缩油缸活塞杆防松螺帽或丝扣出现问题，则无法控制伸缩箱筒的外伸动作。

（4）材料应力不足。卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸故障主要表现为伸缩拉杆固定端丝扣断裂，导致固定螺母脱落，活塞头随之脱落，故无法封住液压油，从而造成液压油缸失效。伸缩拉杆固定端材料光滑且耐腐蚀，但材质应力不足，当受到较大冲击力时，缓冲效果不理想可能导致固定端丝扣断裂。由于活塞套筒与油缸套筒配合处无减震系统，工作时产生的作用力较大，作用力的最终作用点位于伸缩拉杆固定端，从而使得伸缩拉杆固定端面临较高断裂风险。

2 卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统改造方案

针对卡尔玛空箱堆高机吊具执行40英尺伸缩动作时油缸失控窜出、伸缩箱筒脱落等安全隐患，对吊具伸缩系统实施改造，具体改造方案如下。

（1）方案一 在吊具侧移筒根部加装摇臂开关，伸缩箱筒40英尺对应位置加装机械限位挡块。当发生故障时，伸缩箱筒上的机械限位挡块触发侧移筒上的限位开关，对应警报器（安装在驾驶室内）发出警报;ABC阀块工作，切断主阀至动作手柄的主伺服压力，同时将主伺服压力与液压油箱导通使其回流至油箱;切断12号液压油路，从而限制吊具动作，防止吊筒脱落。

（2）方案二 改造原理与方案一基本相同，唯一不同的是使用位置传感器取代限位开关。当吊具发生故障时，对应警报器发出警报;ABC阀块工作，切断主阀至动作手柄的主伺服压力，同时将主伺服压力与液压油箱导通使其回流至油箱;切断12号液压油路，从而限制吊具动作，防止吊筒脱落。

（3）方案三 从卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩油缸的结构和尺寸来看，油缸杆固定端直径较小，导致油缸杆抗应力能力较弱，断裂概率较大。为此，重新加工油缸杆，增加油缸杆固定端直径，从而提升油缸杆抗应力能力，降低断裂概率;在此基础上，加装方案一或方案二的限位系统，从而起到双重保护作用，确保设备作业安全。

3 卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统改造效果

卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统改造后，在设备作业过程中，当吊具执行40英尺伸缩动作时，若吊具伸缩油缸失控窜出，则会触发驾驶室内的警报器，提醒驾驶员停止操作，同时吊具伸缩机构供油系统断开，吊具动作停止。卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统改造消除吊具伸缩箱筒脱落隐患，对集装箱码头空箱堆高机规范运行和安全作业起到重要的保障作用。

4 結束语

卡尔玛空箱堆高机吊具伸缩系统整体改造方案方便、实用，在应用中达到预期效果，有效解决空箱堆高机作业过程中吊具伸缩箱筒意外脱落隐患，保障设备作业可靠性和安全性。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2021-03-19）