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)

?

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，經測定，能瞬間產生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，產生的抗風阻力主要取決于3個因素——起重機輪壓、制動點數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，車輪不能產生滾動位移，只能產生滑動位移，這時產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)，另一種是作用于驅動輪驅動軸(高速軸)上的制動器。輪邊制動器的結構如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

當機構驅動電機斷電停止驅動時，經過減速停車后，由液壓站集中驅動控制的一組輪邊制動器(通常為4～12臺)驅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，產生一個足夠的夾緊力F。當起重機在風力作用下產生運動(車輪滾動)趨勢時，夾緊力對車輪產生一個阻力矩阻止車輪產生滾動(當制動力矩達到或超過車輪打滑力矩時，車輪只可能產生滑動位移)，起到防風制動作用。當機構要啟動(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臺起重機可根據需要裝設多個輪邊制動器。

圖1　輪邊制動器結構

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，可根據防風等級要求在部分或全部被動車輪上實施制動；對于驅動車輪，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相對也比較穩(wěn)定，所以產生的總抗風阻力相對穩(wěn)定。此外，利用輪壓產生制動力時，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，只要制動產生的總阻力大于風力即可將起重機制動。

(4)經濟性比頂軌器、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公司生產的夾軌器(鉗體為有限浮動結構)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生影響甚至造成失效?？梢钥闯?，夾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構，并且經高頻淬火處理，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，這時產生的摩擦形式為分子摩擦形式，摩擦因數可達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

B

1674-1951(2016)07-0062-03

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