集装箱岸桥卷筒制作及绳槽淬火技术探讨

周元安 周宇淼

摘 要：集装箱岸桥产生于20世纪50年代中叶，经过几十年来的发展，从无到有，正朝着大型化、高效化、自动化方向发展。作为全球岸桥垄断性生产企业的上海振华重工（全球岸桥市场占有率82%），在卷筒制作上也是世界上独一无二的。卷筒作为集装箱岸桥前大梁俯仰和集装箱移位的关键零部件，可靠耐用显得及其重要，对卷筒绳槽淬火是实现这一目标的通用做法。单层有槽焊接卷筒目前普遍应用在集装箱岸桥上。本文主要探讨单层有槽焊接卷筒制作工艺过程及绳槽淬火的新工艺技术。

关键词：集装箱；岸桥；卷筒；绳槽；感应器；变压器；中频淬火；冷却塔

中图分类号：U653 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）18-0070-03

1 卷筒概述

卷筒位于岸桥机器房内，主要功能是定心正反转将绕在其外圈上的钢丝绳进行收放，通过减速箱、电机（驱动卷筒转动）、高低速制动器、钢丝绳、滑轮等附件来实现前大梁的屈起、小车的牵引、吊具的升降等运动，从而实现前大梁的俯仰、小车架在前后大梁上的往返运动和集装箱装卸移位。可见卷筒是桥吊类的核心部件，见图1。

目前我们制作的卷筒种类有五大类：

（1）岸桥类：长俯仰卷筒、折线篱笆式长俯仰卷筒、对接左右俯仰卷筒、起升卷筒、门架起升卷筒、小车卷筒、托架小车卷筒等。（2）场桥类：轨道吊起升卷筒、双起升卷筒；轮胎吊起升卷筒。（3）卸船机类：起升开闭卷筒、长俯仰卷筒、对接左右俯仰卷筒、接料板卷筒、挡风门卷筒等。（4）龙门吊类：上、下小车主起升卷筒、下小车副起升卷筒。（5）浮吊类：锚绞机卷筒、主、副起升卷筒、变幅卷筒、主钩卷筒、副钩卷筒、稳货卷筒、索具卷筒、篱笆皮卷筒等。

2 卷筒单件规格

2.1 尺寸

直径 Φ800～1200 对应长度 3000～4000

直径 Ф1200～1600 对应长度 4000～7500

直径 Ф1600～2200 对应长度 4500～6500

直径 Φ 2500-3500 对应长度 3000-5000

2.2 重量

2.5～5T、5～10T、10～20T、20～45T

3 卷筒制作工艺流程

岸桥卷筒制作工艺流程及注意点：

（1）轴头料（锻件）采购、定置（按标书要求配附连体试样）、预加工、探伤、热处理、检验并向监理报验轴头、试样一定要在监理的见证下与轴头分离。（2）筒体板采购、母探、预处理、数控下料、抽边开焊接坡口（仅开内侧面的焊接坡口）、卷板机卷圆（注意及时清理筒体内的氧化皮及杂质、注意：开有焊接坡口的一侧为内圆侧）、装焊引熄弧板、焊内外直缝（含焊缝反面清根）、割磨引熄弧板、卷板机复圆（注意及时清理筒体内的氧化皮及杂质）、检测筒体内径及圆度（一般控制在0～-3mm）、筒体取长短、筒体对接（必须同轴）、焊内外环缝（含焊缝反面清根）、焊缝UT探伤、T型焊缝处RT探伤、加工筒体外圆托架档及轴头端内台阶、加工筒体两端J形坡口（筒体总长需按工艺卡片要求制作）制成筒体组件、检验筒体组件。（3）筋板数控下料（注意过焊孔R的开设）、修磨、筒体组件装内筋板并焊接（注意间断焊和连续焊的图紙和标书要求）。（4）法兰板下料、校平、预加工。（5）轴头和法兰板（电加热）热套（热套是我们的独创工艺，解决了轴在工作中疲劳易断的问题）制成轴头组件、校正装焊工艺加强筋板、加工轴头组件、检验轴头组件。（6）轴头组件和筒体组件装配、筒体组件和法兰板装配、报验（根据监理公司的不同要求，有的密闭箱体在封箱前要先振动消除内应力并对焊缝做MT检测且让监理见证）、烧焊轴头组件内环缝。（7）装轴头组件侧防变形工装板、烧焊筒体组件两端外环缝、拆除防变形工装板、打磨校正轴头法兰板、焊缝UT探伤、烧焊轴头和法兰连接焊缝。（8）对制成的卷筒结构件作整体振动消除内应力（根据卷筒的质量惯性特点选用不同功率和转速的激振器，按机械行业标准JB/T5926-91，遵循特定的工艺规范，通过在卷筒两端安装激振器和拾振器，并将卷筒置于胶连接的胎架上，通过手动扫频获取适合的共振频率，对卷筒构件进行振动消除内应力最终确保取得稳定的共振频率和曲线）（此项技术也是我们上海振华重工在全球独一无二的具有核心竞争力的新技术）。（9）对整体振动过的卷筒结构件焊缝MT探伤（有缺陷必须清除）。（10）冲砂、内部做油漆（需符合图纸和标书要求）。（11）（用四爪卡盘配合轴头护套）车卷筒体外圆测壁厚槽（必须确保加工后筒体板厚均匀）、车卷筒体外圆、精车卷筒体托架档、车卷筒一端轴头（实际使用中发现：卷筒轴头与轴承的配合选用H/k的过盛配合比较好）和另一端法兰孔（实际使用中发现：法兰联轴节孔因加工联轴节固定螺纹孔而使法兰和联轴节孔产生较大的变形，导致调试和工作中产生特殊异响。因而在加工法兰联轴节孔时需预留5mm余量，法兰端面预留1mm余量、法兰外圆预留1mm余量）、车卷筒绳槽、向监理报验。（12）卷筒绳槽淬火、清理水渍、变形修复、向监理报验。（13）配打卷筒制动盘与卷筒的连接螺栓孔、配打测速轴法兰与卷筒轴的连接螺栓孔、配打卷筒联轴节与卷筒的连接螺栓孔、配钻左右俯仰卷筒对接螺栓孔、钻压绳板连接螺栓孔。（14）精加工卷筒联轴节法兰外圆、端面和孔。（15）对接左右俯仰卷筒。（16）做卷筒静平衡、向监理报验。

整个卷筒制作过程约60个工序，目前，我们已实现了卷筒制作工序流水线作业。

4 卷筒制作中的绳槽淬火工艺技术

集装箱移位上下船是通过岸桥上的吊具抓取、钢丝绳一头连着吊具另一头则通过滑轮连着卷筒，马达通过联轴节驱动卷筒、制动器定位卷筒来实现集装箱最终移位。钢丝绳和卷筒绳槽间的接触摩擦直接决定了卷筒的寿命，通过对卷筒绳槽淬火增加硬度就成了关键之中的关键了。正因为此，现实生产制作中，监理和用户都将卷筒绳槽淬火工序设为停损报验点。

卷筒筒体板一般用Q345B或A709-50-2材料制作，绳槽淬火前硬度一般为HB140-260；绳槽淬火后硬度一般要求为表面HB300-380、淬硬层深度小于3mm；钢丝绳表面硬度一般为HB22-260；可见钢丝绳和卷筒绳槽淬火后的绳槽两者的硬度相差还是比较大的。

现实生产中，国内卷筒绳槽淬火一般是用表面火焰淬火完成的，效果极差，作为全球岸桥垄断性生产企业的上海振华重工（全球岸桥市场占有率82%），自加压力，提升客户满意度和品牌竞争力，自我探索出了全球独一无二的卷筒绳槽感应表面淬火的新工艺技术。

感应表面淬火是一种表面加热淬火方式，主要利用电磁感应、集肤效应和热传导三项基本原理。当交变电流通过导体形成交变磁场而产生感应电动势使导体表面产生高温，通过邻近效应使工件表面得到加热。经过我们长期的验证：中频（1-10KHZ）电源频率刚好可以满足卷筒绳槽表面淬火要求。

我们通过配置机床专用变压器、自制淬火感应器、改造大型卧式车床、选购水冷却塔和中频淬火设备实现了对卷筒绳槽的表面淬火。这里有二点比较关键：

4.1 自制淬火感应器

（1）电火花线切割机床切割出硅钢片；（2）导流紫铜方圆管；（3）变压器连接板；（4）冷却装置；（5）喷水装置；（6）定配加工感应器接触面R（含纵向和横向R）。

4.2 改造大型卧式车床

（1）长轨道（应在8-10米）；（2）高中心高（中心高1米以上）；（3）有加大螺距功能；（4）在机床上设置全行程冷却水收放循环系统，并与冷却塔相连；（5）直流变频驱动电机。

实际操作中，我们是先按照要进行绳槽淬火的卷筒规格参数及淬火硬度要求、来选定相适应的淬火机床，配制相适应的淬火感应器，制作选定并安装淬火卷筒工装，将制作加工好的卷筒吊装上淬火机床，按卷筒绳槽螺距调整淬火机床的交换齿轮，试运转机床，校调卷筒外圆跳动达0.2mm内。

接下来再检查卷筒绳槽螺距与机床拖板运行是否一致，查看冷却水的出水量，符合要求后，安装卷筒绳槽淬火感应器到机床拖板上的变压器上，调整卷筒绳槽淬火感应器与卷筒绳槽底径间的距离1.5mm左右，盖好防瀑布，布置好二根备用出水管并定位。

启动机床及中频淬火设备，按卷筒规格参数及淬火硬度要求设置好卷筒转速，试运行，检查运行状态并检测卷筒绳槽硬度，按偏差情况调整电流、电压和电源频率；再试运行，重复上述內容，直到达到卷筒绳槽硬度要求，开始对卷筒绳槽进行连续淬火，每隔二槽要测量一下硬度，正常淬火时是不允许停车的。

现实生产中，尚有两个问题需要进一步的研究解决：（1）卷筒绳槽感应表面淬火与电流、电压和电源频率还未发现有一一对应的关系；不同的卷筒，同样的硬度要求，采用同一电流、电压和电源频率参数，产生的结果不同；（2）单层有槽焊接卷筒焊缝处的硬度无法达到与母材处硬度一致的要求。

随着我国工业化进程的加快和工业制造“2025”的推进，不少行业呈爆炸式发展。卷筒已广泛应用在采矿、采油、旅游、运输、工业生产、工程建设、航天、航海、军工等众多领域；卷筒种类繁杂，功能各异。仅以此文以享同行，让我们为卷筒提质量、上精品、创名牌共同奋斗吧！

参考文献

[1]中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会编，热处理手册[M].机械工业出版社，2001.