門式啟閉機(jī)小車防風(fēng)抗滑裝置優(yōu)化改造淺析

許 小 明

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

1 概 述

某水利樞紐電站進(jìn)水口EL.885.4平臺(tái)布置有一臺(tái)雙向門式啟閉機(jī)，主要由門架、小車、回轉(zhuǎn)吊、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等組成，一套液壓自動(dòng)抓梁和一套機(jī)械自動(dòng)抓梁為門機(jī)附屬設(shè)備。小車主要由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車架、機(jī)房、吊具、3 t檢修吊、防爬器、電纜滑車裝配等組成，控制臺(tái)位于門機(jī)主司機(jī)室，主要用于啟閉進(jìn)水口檢修閘門，當(dāng)快速閘門檢修時(shí)起吊快速閘門及其液壓啟閉機(jī)。

2 改造背景

進(jìn)水口雙向門機(jī)小車主要依靠防爬器防止風(fēng)載、振動(dòng)滑移。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)目前配備有兩套電動(dòng)防爬器，對(duì)角安裝于行走輪端面，結(jié)構(gòu)形式(圖1)。

圖1 防爬器結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)備存在的問題

正常情況下，通電工作時(shí)，防爬器鐵楔在電力液壓推動(dòng)器作用下被提起離開軌面，此時(shí)小車可以行走。停車時(shí)(即斷電)，鐵楔自動(dòng)落下，當(dāng)小車被風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，車輪壓在鐵楔上，使小車無法移動(dòng)，收到防風(fēng)制動(dòng)效果。該雙向門機(jī)投運(yùn)已12年，經(jīng)歷過“5·12”地震的考驗(yàn)。小車防爬器安裝于EL.907高程，長期處于室外環(huán)境，受風(fēng)吹、日曬、雨淋等惡劣天氣影響，自動(dòng)控制系統(tǒng)部分元器件已出現(xiàn)老化、失靈等問題，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)極不穩(wěn)定。在日常使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)斷電后防爬器鐵楔仍長時(shí)間脫離軌面的現(xiàn)象，未能起到防風(fēng)制動(dòng)效果。由于防爬器安裝于臨邊、懸空位置，檢查維護(hù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。為確保小車工作安全，有時(shí)不得不派專人前往小車軌道平臺(tái)監(jiān)視防爬器工作狀況。這不僅給設(shè)備運(yùn)行維護(hù)帶來極大不便，也存在一定的安全隱患。另外，該水利樞紐進(jìn)水口引水發(fā)電隧洞和沖砂放空隧洞均為高水頭壓力隧洞，高流速過水沖擊造成進(jìn)水塔存在明顯的振動(dòng)現(xiàn)象，使得雙向門機(jī)長期處于振動(dòng)環(huán)境。小車安裝于門機(jī)頂部，還要經(jīng)常遭受壩區(qū)強(qiáng)風(fēng)侵襲，而地震因素也是個(gè)不能不考慮的問題。由此可見，該雙向門機(jī)小車運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，確保其狀態(tài)穩(wěn)定可靠就顯得尤為重要。

2.2 設(shè)備改造的必要性

完善的防風(fēng)安全裝置，可以在起重設(shè)備工作狀態(tài)下，防御突然陣風(fēng)、振動(dòng)等外部環(huán)境的侵襲而起到保護(hù)作用，同時(shí)也可起到起重設(shè)備非工作狀態(tài)下安全防風(fēng)自動(dòng)保障的作用。據(jù)了解，國內(nèi)外由于未裝防風(fēng)抗滑裝置或裝置性能不佳、失靈導(dǎo)致起重設(shè)備被大風(fēng)吹走，造成跑車、撞車、翻車的嚴(yán)重事故時(shí)有發(fā)生。特別是近年來異常氣候增多，極端天氣頻發(fā)，對(duì)于這種安全保護(hù)裝置更應(yīng)給予足夠重視?？紤]小車防爬器出現(xiàn)的問題，結(jié)合設(shè)備復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)雙向門機(jī)小車防風(fēng)抗滑裝置做進(jìn)一步改造完善十分必要。

3 改造分析

3.1 改造思路

起重設(shè)備的防風(fēng)抗滑裝置主要有錨定裝置、夾軌器、防爬器等。錨定裝置屬于靜態(tài)的防風(fēng)裝置，能夠在設(shè)備停止運(yùn)作的時(shí)候發(fā)揮良好的安全保障作用。但錨定座一般安裝于永久固定臺(tái)面，門機(jī)主梁顯然不適合安裝。防爬器、夾軌器作為常用的防風(fēng)安全裝置，技術(shù)成熟，使用廣泛。防爬器屬于壓軌式防風(fēng)裝置，是利用起重設(shè)備的一部分重力壓在軌頂上，通過其間摩擦力來達(dá)到止動(dòng)作用的，其對(duì)起重設(shè)備沿軌道方向的滑移阻止效果比較明顯，而橫向抗振效果較差。而夾軌器是通過夾鉗夾住軌道頭部兩側(cè)，利用夾緊力、防滑力來阻止起重設(shè)備的移動(dòng)，可有效防止起重設(shè)備在遭受垂直軌道方向的強(qiáng)烈載荷沖擊下可能出現(xiàn)的傾覆、脫軌等現(xiàn)象的發(fā)生。

門機(jī)小車現(xiàn)安裝有兩套防爬器，但運(yùn)行狀態(tài)不夠穩(wěn)定。除了防爬器，還設(shè)有極限行程開關(guān)及緩沖碰撞裝置，但它們都主要起到限制小車沿軌道的行程，對(duì)垂直軌道方向的沖擊抵抗能力弱。結(jié)合不同防風(fēng)安全裝置的特點(diǎn)，可考慮在將原防爬器修復(fù)完好的基礎(chǔ)上，增加兩套夾軌器，與小車已有防風(fēng)裝置形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以起到多重保障的作用。根據(jù)上述思路，可進(jìn)行以下改造：針對(duì)狀態(tài)不穩(wěn)定的兩套防爬器，對(duì)其進(jìn)行徹底地檢查、檢修處理，更換老化、受損的元器件，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行清理維護(hù)，確保防爬器能正常工作；同時(shí)，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)，在小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)另外兩個(gè)端面，選型安裝兩套夾軌器。

3.2 夾軌器選型

3.2.1 常用夾軌器型式

夾軌器的常用型式主要有電動(dòng)彈簧式、液壓彈簧式和手動(dòng)式。前兩種屬于自動(dòng)防風(fēng)裝置，構(gòu)造較為復(fù)雜，自重大，成本較高，多用于大型起重設(shè)備；手動(dòng)式夾軌器屬于非自動(dòng)防風(fēng)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，但操作麻煩，大多是靠人力擰緊螺桿使夾鉗產(chǎn)生夾緊力，多用于中小型起重設(shè)備。

3.2.2 夾軌器防滑力計(jì)算

根據(jù)實(shí)際需要，夾軌器按照防滑力的大小不同劃分了多個(gè)等級(jí)。夾軌器防滑力一般由起重設(shè)備重量，參考迎風(fēng)面積、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)載荷、軌道坡度及摩擦阻力等數(shù)據(jù)來定。夾軌器應(yīng)保證其防滑力足以使起重設(shè)備在非工作狀態(tài)的順坡、最大風(fēng)力作用下保持不動(dòng)。按單臺(tái)夾軌器防滑力為Ff計(jì)算，兩套夾軌器防滑力為2Ff，其應(yīng)滿足公式：

2Ff≥1.1Fw+Fx-Fm

(1)

式中Ff為單臺(tái)夾軌器防滑力(N)；Fw為非工作狀態(tài)下作用在起重設(shè)備上的最大風(fēng)力(N)；Fx為在軌道最大坡度時(shí)，由起重設(shè)備自重產(chǎn)生的下滑力(N)；Fm為起重設(shè)備的運(yùn)行摩擦阻力(N)。

風(fēng)力Fw計(jì)算公式為Fw=PM

(2)

式中P為風(fēng)壓值，N/m2；M為迎風(fēng)面積(m2)。按工作現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的最大風(fēng)壓，考慮極端天氣情況，按極值1 000 N/m2計(jì)算，小車迎風(fēng)面積約75 m2，則Fw=1 000×75=75 000 N。

下滑力Fx計(jì)算公式為：Fx=iG

(3)

式中i為軌道坡度；G為起重設(shè)備自重(N)。小車軌道長為18 200 mm，縱向彎曲度為1/1 500，最大坡度可按1/800計(jì)算；小車總重量約114 t，自重為1 140 000N，則Fx=1 140 000×1/800=1 425 N；

運(yùn)行摩擦阻力Fm計(jì)算公式為：Fm=μG

(4)

式中μ為摩擦阻力系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承，μ可按0.006計(jì)算，則Fm=0.006×1 140 000=6 840 N。

由 此 可 算 出，F(xiàn)f≥(1.1×75 000+1 425-

6 840)/2=38 542.5N≈39 kN，即單臺(tái)夾軌器防滑力應(yīng)不低于39 kN。

3.2.3 夾軌器適用性分析

按單臺(tái)夾軌器防滑力不低于39 kN進(jìn)行選型，液壓式、電動(dòng)式、手動(dòng)式夾軌器均有可供選擇的型號(hào)。由于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)端部實(shí)際安裝空間限制(沿軌道方向長度不大于700 mm、垂直軌道橫向?qū)挾炔淮笥?00 mm、安裝高度不受限)，液壓彈簧夾軌器尺寸過大，不具備安裝條件。綜合比對(duì)電動(dòng)彈簧夾軌器、手動(dòng)夾軌器的適用性，其中：電動(dòng)彈簧夾軌器通過電氣連鎖控制，對(duì)中性好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，操作簡便，但其自動(dòng)控制系統(tǒng)元器件仍然處于露天環(huán)境，運(yùn)行時(shí)間久了易老化受損，可能導(dǎo)致設(shè)備性能不夠穩(wěn)定，或再次面臨不斷維修或更換的境地；手動(dòng)夾軌器雖然使用不夠方便，但其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、維修率低，適合在中小型起重設(shè)備上使用。各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見表2：

3.2.4 夾軌器型式選擇

鑒于小車安裝高程以及運(yùn)行環(huán)境，選用夾軌器應(yīng)優(yōu)先考慮使用穩(wěn)定可靠性。該雙向門機(jī)小車重量相對(duì)較輕，且其運(yùn)行存在明顯的時(shí)段性，使用頻次不高，當(dāng)有檢修任務(wù)時(shí)可能會(huì)連續(xù)使用，但遇到進(jìn)水口檢修工作比較少的年份，大部分時(shí)間都是處于靜止備用狀態(tài)，這意味著不需要經(jīng)常進(jìn)行小車夾軌器松軌夾軌操作，對(duì)人員工作量不會(huì)造成太大影響。綜合種種因素，可考慮選擇安裝手動(dòng)夾軌器，其安裝簡便，不需要對(duì)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)其它部位做改動(dòng)，且使用壽命長，維護(hù)簡單，造價(jià)低，防滑力足夠，可滿足門機(jī)小車防風(fēng)抗滑安全需求。

3.3 改造效果分析

該優(yōu)化改造方案若得以實(shí)施，門機(jī)小車將有兩套電力液壓防爬器和兩套手動(dòng)夾軌器，形成防風(fēng)抗滑雙保險(xiǎn)。小車操作前，人工進(jìn)行夾軌器松軌；通電后，推動(dòng)器上提防爬器鐵楔離開軌道，小車可以行走。斷電后，防爬器鐵楔自動(dòng)落下阻止車輪轉(zhuǎn)動(dòng)；門機(jī)作業(yè)結(jié)束后，人工操作夾軌器夾緊軌道。通過防爬器和夾軌器共同作用，可有效防止振動(dòng)或風(fēng)載引起小車橫向或縱向偏移。當(dāng)防爬器狀態(tài)不穩(wěn)定不能正常工作時(shí)，還有夾軌器可以起到保護(hù)作用，避免小車出現(xiàn)毫無防風(fēng)抗滑裝置的狀態(tài)。該改造方案可應(yīng)對(duì)極端環(huán)境下門機(jī)小車的防風(fēng)抗滑要求，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

4 后續(xù)注意事項(xiàng)

進(jìn)水口雙向門機(jī)小車防風(fēng)抗滑裝置若采用上述方案進(jìn)行改造優(yōu)化，將會(huì)增加新的安全設(shè)施，門機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)就發(fā)生了變化，操作流程、安全注意事項(xiàng)等也應(yīng)做出改變。因此，在后續(xù)工作中，要及時(shí)對(duì)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行規(guī)程等進(jìn)行修訂。同時(shí)，做好人員的安全操作培訓(xùn)工作，要求熟練掌握門機(jī)安全操作規(guī)程，將“每次操作小車前后，檢查確認(rèn)小車防風(fēng)抗滑裝置狀態(tài)”作為必須執(zhí)行的安全措施，列入門機(jī)操作票，以防人員誤操作。另外，可以進(jìn)一步研究在防爬器、夾軌器或運(yùn)行機(jī)構(gòu)其它位置增加監(jiān)測(cè)信號(hào)裝置的可行性，將采集到的信號(hào)納入門機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，以對(duì)防風(fēng)抗滑裝置運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過多措并舉，確保人和設(shè)備工作的安全性和可靠性。

5 結(jié) 語

針對(duì)防風(fēng)抗滑裝置出現(xiàn)的問題，需要結(jié)合設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，不斷在實(shí)踐中研究摸索，實(shí)施更加優(yōu)化、有效的改造措施。某水利樞紐工程門式啟閉機(jī)小車存在防風(fēng)抗滑裝置性能不佳的問題，給設(shè)備的運(yùn)行帶來了一定的安全隱患。通過實(shí)踐證明，在小車原有防爬器的基礎(chǔ)上，新增兩套手動(dòng)夾軌器的優(yōu)化改造方案，通過采用多種安全裝置共同保障的模式，可有效增強(qiáng)門機(jī)小車防風(fēng)抗滑能力，有力提升設(shè)備設(shè)施性能狀態(tài)。