橋式抓斗卸船機(jī)防風(fēng)裝置缺陷分析及改造

徐海宏

摘 要：沿海地區(qū)風(fēng)力大，對(duì)于裝卸設(shè)備而言，其防風(fēng)問(wèn)題較為重要。如何提高設(shè)備安全性，提高其防風(fēng)性能，是裝卸設(shè)備使用中必須思考的問(wèn)題。結(jié)合實(shí)例，針對(duì)裝卸設(shè)備防風(fēng)不足的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的改造優(yōu)化措施，有效提高了設(shè)備的防風(fēng)效果，達(dá)到了預(yù)期效果，對(duì)裝卸設(shè)備的防風(fēng)問(wèn)題的解決有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：橋式抓斗卸船機(jī)；制動(dòng)力矩；摩擦阻力；防風(fēng)裝置

中圖分類號(hào)：U653.928+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.123

卸船機(jī)主要由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升開閉機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、小車行走機(jī)構(gòu)、給料及分料系統(tǒng)等組成，是在海邊露天作業(yè)的大型裝卸設(shè)備。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大，迎風(fēng)面積很大，如何有效防止卸船機(jī)在各種風(fēng)力的作用下免遭破壞和保證卸船機(jī)的作業(yè)安全是卸船機(jī)設(shè)計(jì)和使用中必須考慮的重大問(wèn)題，特別是在沿海地區(qū)，臺(tái)風(fēng)登陸頻繁，防風(fēng)裝置尤為重要。

1 卸船機(jī)防風(fēng)裝置概述

南部沿海某公司使用的橋式抓斗卸船機(jī)設(shè)計(jì)使用2臺(tái)夾軌防爬裝置作為卸船機(jī)在工作時(shí)的防風(fēng)裝置，能保證卸船機(jī)在風(fēng)速20 m/s以下時(shí)正常工作。

該公司地處沿海，經(jīng)測(cè)定，能瞬間產(chǎn)生11級(jí)大風(fēng)（煤船顯示瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到31 m/s），可持續(xù)3～4 min。針對(duì)該環(huán)境，該公司卸船機(jī)的防風(fēng)裝置無(wú)法保證機(jī)組安全、可靠運(yùn)行，決定對(duì)卸船機(jī)的防風(fēng)裝置進(jìn)行改造。目前，防風(fēng)裝置主要分為2大類：利用輪壓防風(fēng)和利用夾軌、頂軌防風(fēng)。

2 輪壓防風(fēng)

2.1 工作原理

利用輪壓防風(fēng)，即利用起重機(jī)行走車輪與軌道之間的摩擦阻力來(lái)抵抗風(fēng)力作用。這種防風(fēng)方式的原理為：當(dāng)起重機(jī)停車后，給車輪施加一個(gè)足夠的制動(dòng)力矩，使被制動(dòng)的車輪在風(fēng)力作用下增大滾動(dòng)摩擦阻力，從而產(chǎn)生與風(fēng)力相反的滾動(dòng)或滑動(dòng)摩擦阻力，起到防風(fēng)作用。采用這種防風(fēng)方式時(shí)，產(chǎn)生的抗風(fēng)阻力主要取決于3個(gè)因素——起重機(jī)輪壓、制動(dòng)點(diǎn)數(shù)量及制動(dòng)點(diǎn)的制動(dòng)力矩，其中，制動(dòng)點(diǎn)的制動(dòng)力矩最大為車輪打滑力矩（超過(guò)打滑力矩的部分為無(wú)效力矩），在制動(dòng)力矩達(dá)到車輪打滑力矩時(shí)，車輪不能產(chǎn)生滾動(dòng)位移，只能產(chǎn)生滑動(dòng)位移。此時(shí)，產(chǎn)生的抗風(fēng)阻力為最大。對(duì)于室外作業(yè)的大中型起重裝卸機(jī)械，由于其輪壓較大、支承點(diǎn)（車輪）多，采用這種防風(fēng)方式比采用傳統(tǒng)的頂軌器、夾軌器、壓軌器等方式有更強(qiáng)的防風(fēng)能力和非常穩(wěn)定的防風(fēng)效果，可以達(dá)到更高的防風(fēng)等級(jí)。

2.2 輪壓防風(fēng)裝置及其特點(diǎn)

2.2.1 輪壓防風(fēng)的制動(dòng)裝置

目前，輪壓防風(fēng)的制動(dòng)裝置主要有直接作用于車輪的輪邊制動(dòng)器（夾輪器）作用于驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)軸（高速軸）上的制動(dòng)器。

當(dāng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電停止驅(qū)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)減速停車后，由液壓站集中驅(qū)動(dòng)控制的一組輪邊制動(dòng)器（通常為4～12臺(tái)）驅(qū)動(dòng)油缸同時(shí)卸壓釋放。此時(shí)，制動(dòng)彈簧的彈簧力P通過(guò)制動(dòng)臂傳遞到制動(dòng)瓦并作用在車輪上，產(chǎn)生一個(gè)足夠的夾緊力F.當(dāng)起重機(jī)在風(fēng)力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（車輪滾動(dòng)）趨勢(shì)時(shí)，夾緊力對(duì)車輪產(chǎn)生一個(gè)阻力矩阻止車輪產(chǎn)生滾動(dòng)（當(dāng)制動(dòng)力矩達(dá)到或超過(guò)車輪打滑力矩時(shí)，車輪只可能產(chǎn)生滑動(dòng)位移），起到防風(fēng)制動(dòng)作用。

當(dāng)機(jī)構(gòu)要啟動(dòng)（開車）時(shí)，輪邊制動(dòng)器通過(guò)可編程邏輯控制器（PLC）或其他控制方式提前進(jìn)行驅(qū)動(dòng)釋放（開閘），使制動(dòng)器的制動(dòng)襯墊脫離車輪制動(dòng)覆面，消除制動(dòng)力矩。

制動(dòng)器上一般都設(shè)有開閘限位開關(guān)，用于進(jìn)行動(dòng)作聯(lián)鎖保護(hù)和故障監(jiān)視顯示。如果用戶需要，則可在控制系統(tǒng)增設(shè)緊急制動(dòng)按鈕，在遇到突發(fā)性大風(fēng)或其他緊急情況時(shí)，司機(jī)可通過(guò)急停按鈕將電磁閥換向，進(jìn)行快速緊急制動(dòng)。輪邊制動(dòng)器一般 情況下都安裝在被動(dòng)車輪上，1臺(tái)起重機(jī)可根據(jù)需要裝設(shè)多個(gè)輪邊制動(dòng)器。

2.2.2 輪壓防風(fēng)裝置的特點(diǎn)

2.2.2.1 作用點(diǎn)多，可實(shí)現(xiàn)全輪制動(dòng)

因?yàn)檩唹悍里L(fēng)裝置的制動(dòng)是在車輪上實(shí)施的，對(duì)于被動(dòng)車

輪，可根據(jù)防風(fēng)等級(jí)要求在部分或全部被動(dòng)車輪上實(shí)施制動(dòng)；對(duì)于驅(qū)動(dòng)車輪，也可部分或全部實(shí)施制動(dòng)。對(duì)于中大型港口裝卸設(shè)備而言，由于其自重很大、車輪較多，易實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的防風(fēng)能力。

2.2.2.2 作用力穩(wěn)定，制動(dòng)效果可靠

因?yàn)檩唹簩?duì)整臺(tái)起重機(jī)而言分布是比較均勻的，且1臺(tái)起重機(jī)的總輪壓也是比較確定的，車輪踏面與軌面之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，所以，產(chǎn)生的總抗風(fēng)阻力相對(duì)穩(wěn)定。此外，利用輪壓產(chǎn)生制動(dòng)力時(shí)，軌道的彎曲、饒度變形以及軌道溝異物均對(duì)其沒(méi)有影響。

2.2.2.3 可實(shí)施動(dòng)態(tài)緊急制動(dòng)

這種制動(dòng)都是通過(guò)摩擦材料進(jìn)行摩擦力偶式制動(dòng)的，所以，在遇到緊急情況時(shí)可實(shí)施緊急制動(dòng)，只要制動(dòng)產(chǎn)生的總阻力大于風(fēng)力即可將起重機(jī)制動(dòng)。

2.2.2.4 經(jīng)濟(jì)性比頂軌器、夾軌器設(shè)備好

輪壓防風(fēng)裝置不需要龐大的安裝支架，在獲得相同防風(fēng)效果的情況下，較頂軌器、夾軌器的總造價(jià)要低25%～50%.

在實(shí)施聯(lián)鎖保護(hù)時(shí)，控制點(diǎn)相對(duì)較多，這對(duì)于頂軌器和夾軌器而言是一個(gè)缺點(diǎn)，但對(duì)于配有PLC的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)這種控制非常容易。

3 夾軌和頂軌防風(fēng)裝置

3.1 夾軌和頂軌防風(fēng)原理

以往，各種室外作業(yè)的大中型起重裝卸機(jī)械采用的防風(fēng)裝置（工作狀態(tài)下）大多為夾軌器或頂軌器。夾軌器是通過(guò)其自身對(duì)軌道的夾緊力產(chǎn)生與風(fēng)力相反的摩擦阻力來(lái)抵抗風(fēng)力作用的，其工作原理如圖1所示。頂軌器是通過(guò)其自身對(duì)軌道的頂

軌力產(chǎn)生與風(fēng)力相反的摩擦阻力來(lái)抵抗風(fēng)力作用。

3.2 夾軌器的工作特點(diǎn)

夾軌器的工作特點(diǎn)有以下5個(gè)：①作用點(diǎn)少。一般每臺(tái)車只裝2臺(tái)夾軌器，這主要是因?yàn)閵A軌器體積較大，受布置空間的限制，且單臺(tái)造價(jià)較高。因此，夾軌器的防風(fēng)能力受到了相應(yīng)限制。②夾軌器安裝示意圖如圖2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(dòng)從而影響夾持效果，甚至使其失效。③以加拿大HILLMA公司生產(chǎn)的夾軌器（鉗體為有限浮動(dòng)結(jié)構(gòu)）為例，比如軌道誤差超出此范圍，將對(duì)夾軌器的作用產(chǎn)生影響甚至造成失效。由此可見，夾軌器受軌道垂直和水平誤差的影響。④只能進(jìn)行靜態(tài)制動(dòng)，在遇突發(fā)性大風(fēng)時(shí)無(wú)法實(shí)施動(dòng)態(tài)緊急制動(dòng)。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(diǎn)

頂軌器的工作特點(diǎn)有以下3個(gè)：①作用點(diǎn)少。一般每臺(tái)車只能裝2～4臺(tái)夾軌器，這主要是因?yàn)轫斳壠黧w積較大，受到布置空間的限制，且單臺(tái)造價(jià)較高，因此頂軌器的防風(fēng)能力受到相應(yīng)的限制。②受軌道垂直方向誤差和運(yùn)行過(guò)程中的撓曲變形的影響，當(dāng)頂軌器集中布置在中部大平衡梁下時(shí)受到的影響較大，布置在兩側(cè)中平衡梁下時(shí)影響較小。③接觸壓力對(duì)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)，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(dòng)摩擦有所不同），當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，齒尖會(huì)咬入軌面一定深度。此時(shí)，產(chǎn)生的摩擦形式為分子摩擦形式，摩擦因數(shù)可達(dá)0.40～0.80（隨著齒尖咬入深度的增加而增加）；當(dāng)壓力小到一定程度時(shí)，齒尖將不會(huì)咬入齒面，摩擦原理將發(fā)生變化，變成滑動(dòng)摩擦，摩擦因數(shù)會(huì)減小到0.25以下。不同防風(fēng)裝置時(shí)的防風(fēng)能力統(tǒng)計(jì)，風(fēng)速在35 m/s時(shí)需要的止滑力為750 kN。

綜合考慮，在原有夾軌器的基礎(chǔ)上，對(duì)該公司的橋式抓斗卸船機(jī)進(jìn)行改造，加裝夾輪器，保證卸船機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，防風(fēng)問(wèn)題是確保大型裝卸設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，尤其是在大風(fēng)力地區(qū)，其防風(fēng)裝置顯得尤為重要。在本工程中，卸船機(jī)的防風(fēng)裝置自改造后運(yùn)行至今，未出現(xiàn)因陣風(fēng)突襲影響卸船機(jī)安全運(yùn)行的情況，大大提高了設(shè)備的可靠性，起到保障人身、設(shè)備安全的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃志勇.火力發(fā)電廠橋式抓斗卸船機(jī)缺陷分析及改進(jìn)措施[J].港口裝卸，2012（01）.

〔編輯：張思楠〕