橋式抓斗卸船機防風裝置改造

趙俊峰

(福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司，福建 寧德　355006)

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橋式抓斗卸船機防風裝置改造

趙俊峰

(福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司，福建 寧德355006)

福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司卸船機原設計能保證卸船機在風速20 m/s以下時正常工作，但使用現(xiàn)場出現(xiàn)過31 m/s的風速，原設計的防風裝置存在安全隱患，無法滿足現(xiàn)場可能出現(xiàn)的極端天氣，需要對卸船機原有的防風裝置進行改造。闡述了輪壓防風設備和夾軌、頂軌防風設備的工作原理，并對比了其優(yōu)缺點，根據(jù)卸船機自身情況，在原有夾軌器的基礎上加裝了夾輪器，改造后，卸船機的安全性及可靠性大幅提高。

卸船機；輪壓防風裝置；夾軌器；頂軌器；夾輪器；改造

1　卸船機防風裝置概述

卸船機防風裝置是保證卸船機在大風環(huán)境下安全作業(yè)的重要裝置，特別是沿海地區(qū)，風大，臺風登陸頻繁，防風裝置尤為重要。福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司(以下簡稱寧德發(fā)電公司)使用的橋式抓斗卸船機設計使用2臺夾軌防爬裝置作為卸船機在工作時的防風裝置，能保證卸船機在風速20 m/s以下時正常工作。

寧德發(fā)電公司地處沿海寧德市三都澳白馬港，經(jīng)測定，能瞬間產(chǎn)生11級大風(煤船顯示瞬時風速達到31 m/s)，可持續(xù)3～4 min。針對該環(huán)境，寧德發(fā)電公司卸船機的防風裝置無法保證機組安全、可靠運行，決定對卸船機的防風裝置進行改造。

目前，防風裝置主要分為2大類：利用輪壓防風和利用夾軌、頂軌防風。

2　輪壓防風

2.1工作原理

利用輪壓防風，即利用起重機行走車輪與軌道之間的摩擦阻力來抵抗風力作用。這種防風方式的原理是：當起重機停車后，給車輪施加一個足夠的制動力矩，使被制動的車輪在風力作用下增大滾動摩擦阻力，從而產(chǎn)生與風力相反的滾動或滑動摩擦阻力，起到防風作用。采用這種防風方式時，產(chǎn)生的抗風阻力主要取決于3個因素——起重機輪壓、制動點數(shù)量及制動點的制動力矩，其中制動點的制動力矩最大為車輪打滑力矩(超過打滑力矩的部分為無效力矩)，在制動力矩達到車輪打滑力矩時，車輪不能產(chǎn)生滾動位移，只能產(chǎn)生滑動位移，這時產(chǎn)生的抗風阻力為最大。對于室外作業(yè)的大中型起重裝卸機械，由于它們的輪壓較大、支承點(車輪)多，采用這種防風方式，比采用傳統(tǒng)的頂軌器、夾軌器、壓軌器等方式具有更強的防風能力和非常穩(wěn)定的防風效果，可以達到更高的防風等級[1-2]。

2.2輪壓防風裝置及其特點

2.2.1輪壓防風的制動裝置

目前，輪壓防風的制動裝置主要有2種：一種是直接作用于車輪的輪邊制動器(亦稱夾輪器)，另一種是作用于驅(qū)動輪驅(qū)動軸(高速軸)上的制動器。輪邊制動器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

當機構(gòu)驅(qū)動電機斷電停止驅(qū)動時，經(jīng)過減速停車后，由液壓站集中驅(qū)動控制的一組輪邊制動器(通常為4～12臺)驅(qū)動油缸同時卸壓釋放，這時制動彈簧的彈簧力P通過制動臂傳遞到制動瓦并作用在車輪上，產(chǎn)生一個足夠的夾緊力F。當起重機在風力作用下產(chǎn)生運動(車輪滾動)趨勢時，夾緊力對車輪產(chǎn)生一個阻力矩阻止車輪產(chǎn)生滾動(當制動力矩達到或超過車輪打滑力矩時，車輪只可能產(chǎn)生滑動位移)，起到防風制動作用。當機構(gòu)要啟動(開車)時，輪邊制動器通過可編程邏輯控制器(PLC)或其他控制方式提前進行驅(qū)動釋放(開閘)，使制動器的制動襯墊脫離車輪制動覆面，消除制動力矩。制動器上一般都設有開閘限位開關，用于進行動作聯(lián)鎖保護和故障監(jiān)視顯示。如用戶需要，可在控制系統(tǒng)增設緊急制動按鈕，在遇到突發(fā)性大風或其他緊急情況時，司機可通過急停按鈕將電磁閥換向，進行快速緊急制動。輪邊制動器一般情況下都安裝在被動車輪上，1臺起重機可根據(jù)需要裝設多個輪邊制動器。

圖1　輪邊制動器結(jié)構(gòu)

圖2　輪邊制動器工作原理

2.2.2輪壓防風裝置的特點

(1)作用點多，并可實現(xiàn)全輪制動。因為輪壓防風裝置的制動是在車輪上實施的，對于被動車輪，可根據(jù)防風等級要求在部分或全部被動車輪上實施制動；對于驅(qū)動車輪，也可部分或全部實施制動。對于中大型港口裝卸設備來說，由于其自重很大，車輪較多，很容易實現(xiàn)高等級的防風能力。

(2)作用力穩(wěn)定，制動效果可靠。因為輪壓對整臺起重機來說分布是比較均勻的，而且1臺起重機的總輪壓也是比較確定的，車輪踏面與軌面之間的滑動摩擦因數(shù)相對也比較穩(wěn)定，所以產(chǎn)生的總抗風阻力相對穩(wěn)定。此外，利用輪壓產(chǎn)生制動力時，軌道的彎曲、饒度變形以及軌道溝異物均對其沒有影響。

(3)可實施動態(tài)緊急制動。這種制動都是通過摩擦材料進行摩擦力偶式制動，所以在遇到緊急情況時可實施緊急制動，只要制動產(chǎn)生的總阻力大于風力即可將起重機制動。

(4)經(jīng)濟性比頂軌器、夾軌器設備優(yōu)異。輪壓防風裝置不需要龐大的安裝支架，在獲得相同防風效果的情況下，較頂軌器、夾軌器的總造價要低25%～50%。

(5)在實施聯(lián)鎖保護時，控制點相對較多，相對于頂軌器和夾軌器而言是一個缺點，但對于配有PLC的設備，實現(xiàn)這種控制非常容易。

3　夾軌和頂軌防風裝置

3.1夾軌和頂軌防風原理

過去，各種室外作業(yè)的大中型起重裝卸機械采用的防風裝置(工作狀態(tài)下)大多為夾軌器或頂軌器。夾軌器是通過其自身對軌道的夾緊力產(chǎn)生與風力相反的摩擦阻力來抵抗風力作用，其工作原理如圖3所示。頂軌器是通過其自身對軌道的頂軌力產(chǎn)生與風力相反的摩擦阻力來抵抗風力作用，其工作原理如圖4所示。

圖3　夾軌器工作原理

圖4　頂軌器工作原理

3.2夾軌器的工作特點

(1)作用點少。一般每臺車只裝2臺夾軌器，這主要是因為夾軌器體積較大，受布置空間的限制，且單臺造價較高。因此夾軌器的防風能力受到相應限制。

(2)夾軌器安裝示意如圖5所示，由于夾鉗的夾持面較窄且有一定斜度，又是剛性接觸，車體的振蕩容易使鉗體滑動從而影響夾持效果，甚至使其失效。

圖5　夾軌器安裝示意

(3)以加拿大HILLMA公司生產(chǎn)的夾軌器(鉗體為有限浮動結(jié)構(gòu))為例，其對軌道的誤差要求如圖6所示，如軌道誤差超出此范圍，將對夾軌器的作用產(chǎn)生影響甚至造成失效?？梢钥闯觯瑠A軌器受軌道垂直和水平誤差的影響。

圖6　夾軌器對軌道的誤差要求

(4)只能進行靜態(tài)制動，在遇突發(fā)性大風時無法實施動態(tài)緊急制動。

(5)軌道溝中的異物和水可能影響到夾持效果，甚至使其失效。

3.3頂軌器的工作特點

(1)作用點少。一般每臺車只能裝2～4臺夾軌器，這主要是因為頂軌器體積較大，受到布置空間的限制，且單臺造價較高，因此頂軌器的防風能力受到相應的限制。

(2)受軌道垂直方向誤差和運行過程中的撓曲變形的影響。當頂軌器集中布置在中部大平衡梁下時影響會很大，布置在兩側(cè)中平衡梁下時影響會較小。

(3)接觸壓力對摩擦力的影響較大。頂軌器頂塊的摩擦面一般是齒形結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)高頻淬火處理，齒部硬度在56 HRC以上，比軌道表面硬很多。頂軌器頂塊與軌面之間的摩擦在正常情況下是一種模糊的分子摩擦(與通常的滑動摩擦有所不同)，當壓力達到一定程度時，齒尖會咬入軌面一定深度，這時產(chǎn)生的摩擦形式為分子摩擦形式，摩擦因數(shù)可達0.40～0.80(隨著齒尖咬入深度的增加而增加)；當壓力小到一定程度時，齒尖將不會咬入齒面，這時摩擦原理將發(fā)生變化，變成滑動摩擦，摩擦因數(shù)會減小到0.25以下。

(4)只能進行靜態(tài)制動，在遇突發(fā)性大風時無法實施動態(tài)緊急制動。

4　卸船機防風裝置的改造分析

以寧德發(fā)電公司1 600 t/h卸船機為例進行改造分析。橋式抓斗卸船機額定載荷為40 t，工作狀態(tài)下平均輪壓為400 kN，大車有32個車輪(其中驅(qū)動輪16個，被動輪16個)。

表1為采用不同防風裝置時的防風能力統(tǒng)計，風速在35 m/s時需要的止滑力為750 kN。

表1　不同防風裝置下的防風能力

綜合考慮，在原有夾軌器的基礎上，對寧德發(fā)電公司的橋式抓斗卸船機進行改造，加裝夾輪器，保證卸船機的安全、穩(wěn)定運行。

5　結(jié)束語

寧德發(fā)電公司卸船機防風裝置改造后，大大提高了設備的可靠性，使卸船機能夠應對更加極端的天氣。

[1]起重機設計規(guī)范：GB/T 3811—2008[S].

[2]港口門座起重機技術條件:GB/T 17495—1998[S].

(本文責編：弋洋)

2016-03-07；

2016-07-11

U 653.928.+1

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1674-1951(2016)07-0062-03

趙俊峰(1988—)，男，江蘇東臺人，助理工程師，從事火電廠生產(chǎn)維護檢修工作(E-mail:18605932337@163.com)。