裝船機行走機構(gòu)防風(fēng)制動性能改進

顧飛飛

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

裝船機是將煤炭等散料裝入貨船的大型裝卸設(shè)備。目前黃驊某碼頭常用裝船機原機設(shè)計的夾軌器的機械執(zhí)行機構(gòu)、摩擦塊都存在不同程度的老化，且單機設(shè)計自重較輕，對皮帶張緊力、料流沖力、突風(fēng)沖擊等沖擊抵抗效果不佳，單機動態(tài)和靜態(tài)防風(fēng)性能較差，裝船機作業(yè)時存在較大的安全隱患。由于夾軌器不能有效制動，將會出現(xiàn)如下的安全隱患：①只放下夾軌器做靜態(tài)防風(fēng)措施時，一旦海面刮起風(fēng)力較大的突風(fēng)時，單機會發(fā)生溜車甚至碰撞事故；②在多風(fēng)天氣結(jié)艙作業(yè)時，單機往往不會放下夾軌器，一旦海面刮起風(fēng)力較大的突風(fēng)時，單機也會發(fā)生溜車甚至碰撞事故；③發(fā)生溜車現(xiàn)象時，即使緊急拍急停或放下夾軌器時，也會因為風(fēng)力較大和制動力不足等原因造成單機溜車不能得到有效遏制。

由于裝船機海陸兩側(cè)行走輪較多，在兩側(cè)安裝有夾輪器和電動鐵楔。夾輪器和電動鐵楔均為程序控制的自動化設(shè)備，不改變原行走機構(gòu)及附屬部件，不影響設(shè)備的作業(yè)效率，具有安裝簡易、動力驅(qū)動時間快、夾緊力大且在無行走動作時可保持一直夾緊等特點，可以起到很好的動態(tài)防風(fēng)作用。

1 夾輪器及電動鐵楔的工作原理

夾輪器設(shè)備是防止突風(fēng)或大風(fēng)天氣時裝船機溜車現(xiàn)象的保護裝置，每臺裝船機的防風(fēng)制動性能提升裝置由8套夾輪器、2套液壓系統(tǒng)、4套防風(fēng)鐵楔和1套電氣控制系統(tǒng)組成。其中每套液壓系統(tǒng)位于裝船機的海側(cè)或陸側(cè)，分別控制4套夾輪器。

（1）輪邊式液壓制動器（夾輪器）主要用于室外大中型起重機及港口裝卸機械工作狀態(tài)下的防風(fēng)和非工作狀態(tài)下的輔助防風(fēng)，在設(shè)備做靜態(tài)防風(fēng)措施時，可與夾軌器、錨固器等防風(fēng)裝置組合使用。輪邊制動器一般只用于被動車輪上，并進行直接制動，可有效防止被制動的車輪在風(fēng)作用下產(chǎn)生滾動位移，其特點是：執(zhí)行機構(gòu)響應(yīng)時間短，單機不做行走時可保持一直夾緊的狀態(tài)；常閉式設(shè)計，安全可靠；碟簧施力制動，液壓站集中驅(qū)動釋放；設(shè)置有限位開關(guān)，可進行聯(lián)鎖保護；高性能無石棉摩擦襯墊，摩擦系數(shù)高，對水和鹽霧（海水）不敏感。

（2）電動鐵楔采用電液推桿裝置，安裝在行走臺車最外側(cè)的兩端的行走輪上，得電時推桿連帶楔塊抬起，失電時推桿連帶楔塊降落。該裝置設(shè)有釋放限位開關(guān)，可進行聯(lián)鎖保護；具有手動釋放功能，維護方便；楔塊經(jīng)特殊工藝處理，磨擦因數(shù)高、防腐性能好。

2 防風(fēng)裝置性能提升設(shè)計計算

（1）計算假設(shè)及公式說明：主動輪及裝有夾輪器的車輪與軌道之間的滑動摩擦因數(shù)，計算取值為0.125（查手冊數(shù)值為0.12～0.15）；未裝任何防風(fēng)設(shè)施的從動輪與軌道之間的滾動摩擦因數(shù)，計算取值為0.02；防風(fēng)鐵楔與軌道之間的滑動摩擦因數(shù)，計算取值為0.3；主動輪上的電機電磁制動器或慣性制動器存在一定的不可靠因素，可靠因數(shù)選取0.7；從動輪純滾動摩擦，可靠因數(shù)選取為1。單機自重650 t，迎風(fēng)面積550 m2；原機夾軌器因老化存在一定的制動失效性，比較計算時未考慮其制動因素，其可抵抗風(fēng)速v的計算如下：

式中 C——風(fēng)力系數(shù)，取1.6

Kh——高度變化系數(shù)，取1.4

A——計算迎風(fēng)面積，m2（表1）

v——可抵抗風(fēng)速，m/s

FR——防風(fēng)裝置產(chǎn)生的可靠總抗風(fēng)阻力，N

從表1可知，改造前6000T/H設(shè)備可靠總抗風(fēng)阻力FR為372.64 kN。

表1 6000T/H設(shè)備改造前可抵抗風(fēng)速

（2）本次防風(fēng)性能改進，主要對未裝任何防風(fēng)設(shè)施的從動輪進行改造。對未裝任何防風(fēng)設(shè)施的從動輪進行改造，數(shù)量由4臺增加到16臺，相應(yīng)地理論總抗風(fēng)阻力FRW由14.4 kN增加到57.6 kN，則6000T/H設(shè)備可靠總抗風(fēng)阻力FR由372.6 kN增加至725.4 kN，可抵抗風(fēng)速由22.2 m/s增加至31.0 m/s。

3 設(shè)備安裝及應(yīng)用

3.1 設(shè)備安裝

每臺裝船機的防風(fēng)制動裝置由8套夾輪器、2套液壓系統(tǒng)、4套防風(fēng)鐵楔和1套電氣控制系統(tǒng)組成：每套液壓系統(tǒng)位于裝船機的海側(cè)和陸側(cè)的行走臺車中間，分別控制4套夾輪器；夾輪器安裝在從動輪上，電動鐵楔安裝在行走臺車兩端最外側(cè)的行走輪上；固定板通過焊接固定在行走臺車鋼結(jié)構(gòu)上，夾輪器和電動鐵楔通過螺栓安裝在固定板上；電氣控制系統(tǒng)嵌入裝船機主系統(tǒng)，由裝船機主系統(tǒng)控制所有的夾輪器的開閉。

目前對現(xiàn)場設(shè)備實際情況進行觀察，在突風(fēng)或大風(fēng)天氣時設(shè)備的防風(fēng)性能大大提升，較好地提升了設(shè)備利用率，保障設(shè)備輸出的經(jīng)濟效益。

3.2 應(yīng)用情況

3.2.1 夾輪器操作方式

（1）自動控制方式。夾輪器隨裝船機行走和停止自動打開和關(guān)閉夾。當(dāng)裝船機行走手柄做出行走命令后，夾輪器經(jīng)過約3 s自動打開到位，夾輪器打開到位后裝船機實際做出行走動作。裝船機行走命令結(jié)束后延時30 s，夾輪器自動關(guān)閉。

（2）司機室控制方式。司機可在司機室新增加計算機HMI（Human Machine Interface，人機界面）上操作夾輪器的打開與關(guān)閉。在主界面（圖1）下點擊“夾輪器控制”按鈕進入夾輪器控制界面（圖2）。用鼠標(biāo)點擊夾輪器控制界面上的“打開夾輪器”按鈕、可打開夾輪器，當(dāng)夾輪器打開到位后界面顯示“xx夾輪器打開到位”并呈綠色（圖2）。此種控制方式下，無論裝船機是否行走動作，夾輪器始終處于打開狀態(tài)，直至在界面上點擊“關(guān)閉夾輪器”按鈕或拍急停。用鼠標(biāo)點擊夾輪器控制界面上的“關(guān)閉夾輪器”按鈕可關(guān)閉夾輪器，關(guān)閉到位后界面顯示“xx夾輪器關(guān)閉”并呈紅色（圖3）。

圖1 工作主界面

圖2 夾輪器控制界面（夾輪器打開到位）

圖3 夾輪器控制界面（夾輪器關(guān)閉）

在司機室控制模式下穩(wěn)定打開夾輪器后，裝船機在做出行走命令到動作響應(yīng)的時間，比在自動控制模式下響應(yīng)快2.5 s。

3.2.2 鐵楔控制方式

鐵楔定為在現(xiàn)場手動打開或關(guān)閉方式，當(dāng)有大風(fēng)天氣時手動放下，大風(fēng)險情解除后手動打開（圖4）：手柄操作鐵楔抬起和落下動作；手柄調(diào)整鐵楔抬起適當(dāng)位置后將此銷插入，鐵楔處于固定抬起位置，想落下鐵楔時可將此銷拔出，手柄調(diào)整鐵楔落下后此銷插入旁邊空位孔即可。

圖4 鐵楔控制示意

4 結(jié)論

每臺裝船機的防風(fēng)制動性能提升裝置由8套夾輪器、2套液壓系統(tǒng)、4套防風(fēng)鐵楔和1套電氣控制系統(tǒng)組成。其中各套液壓系統(tǒng)位于裝船機的海側(cè)或陸側(cè)，分別控制4套夾輪器。電氣控制系統(tǒng)嵌入裝船機主系統(tǒng)，由裝船機主系統(tǒng)控制所有的夾輪器的開閉。目前夾輪器系統(tǒng)采用自動控制方式，電動鐵楔采用手動控制方式。防風(fēng)裝置自投入運行以來，在應(yīng)對突風(fēng)、大風(fēng)天氣時均表現(xiàn)出良好的動態(tài)和靜態(tài)防風(fēng)性能。通過對裝船機制動性能改造，大大提高了裝船機的防風(fēng)性能，降低了裝船機溜車的風(fēng)險，減少設(shè)備安全隱患。