趙俊峰

(福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 寧德　355006)

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橋式抓斗卸船機(jī)防風(fēng)裝置改造

趙俊峰

(福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 寧德355006)

福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司卸船機(jī)原設(shè)計(jì)能保證卸船機(jī)在風(fēng)速20 m/s以下時(shí)正常工作，但使用現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)過(guò)31 m/s的風(fēng)速，原設(shè)計(jì)的防風(fēng)裝置存在安全隱患，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的極端天氣，需要對(duì)卸船機(jī)原有的防風(fēng)裝置進(jìn)行改造。闡述了輪壓防風(fēng)設(shè)備和夾軌、頂軌防風(fēng)設(shè)備的工作原理，并對(duì)比了其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)卸船機(jī)自身情況，在原有夾軌器的基礎(chǔ)上加裝了夾輪器，改造后，卸船機(jī)的安全性及可靠性大幅提高。

卸船機(jī)；輪壓防風(fēng)裝置；夾軌器；頂軌器；夾輪器；改造

1　卸船機(jī)防風(fēng)裝置概述

卸船機(jī)防風(fēng)裝置是保證卸船機(jī)在大風(fēng)環(huán)境下安全作業(yè)的重要裝置，特別是沿海地區(qū)，風(fēng)大，臺(tái)風(fēng)登陸頻繁，防風(fēng)裝置尤為重要。福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱寧德發(fā)電公司)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。

寧德發(fā)電公司地處沿海寧德市三都澳白馬港，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，寧德發(fā)電公司卸船機(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)方式的原理是：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，這時(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，由于它們的輪壓較大、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、壓軌器等方式具有更強(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)[1-2]。

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2種：一種是直接作用于車輪的輪邊制動(dòng)器(亦稱夾輪器)，另一種是作用于驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)軸(高速軸)上的制動(dòng)器。輪邊制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

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，這時(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(kāi)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(kāi)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(kāi)閘限位開(kāi)關(guān)，用于進(jìn)行動(dòng)作聯(lián)鎖保護(hù)和故障監(jiān)視顯示。如用戶需要，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。

圖1　輪邊制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

圖2　輪邊制動(dòng)器工作原理

2.2.2輪壓防風(fēng)裝置的特點(diǎn)

(1)作用點(diǎn)多，并可實(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)備來(lái)說(shuō)，由于其自重很大，車輪較多，很容易實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的防風(fēng)能力。

(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)來(lái)說(shuō)分布是比較均勻的，而且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)也比較穩(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。

(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)，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)。

(4)經(jīng)濟(jì)性比頂軌器、夾軌器設(shè)備優(yōu)異。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%。

(5)在實(shí)施聯(lián)鎖保護(hù)時(shí)，控制點(diǎn)相對(duì)較多，相對(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

過(guò)去，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，其工作原理如圖3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，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(diǎn)

(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)能力受到相應(yīng)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(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu))為例，其對(duì)軌道的誤差要求如圖6所示，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?？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(duì)軌道的誤差要求

(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)

(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)影響會(huì)很大，布置在兩側(cè)中平衡梁下時(shí)影響會(huì)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)，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(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，這時(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，這時(shí)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。

(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)。

4　卸船機(jī)防風(fēng)裝置的改造分析

以寧德發(fā)電公司1 600 t/h卸船機(jī)為例進(jìn)行改造分析。橋式抓斗卸船機(jī)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(gè)車輪(其中驅(qū)動(dòng)輪16個(gè)，被動(dòng)輪16個(gè))。

表1為采用不同防風(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。

表1　不同防風(fēng)裝置下的防風(fēng)能力

綜合考慮，在原有夾軌器的基礎(chǔ)上，對(duì)寧德發(fā)電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。

5　結(jié)束語(yǔ)

寧德發(fā)電公司卸船機(jī)防風(fēng)裝置改造后，大大提高了設(shè)備的可靠性，使卸船機(jī)能夠應(yīng)對(duì)更加極端的天氣。

[1]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 3811—2008[S].

[2]港口門座起重機(jī)技術(shù)條件:GB/T 17495—1998[S].

(本文責(zé)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(tái)人，助理工程師，從事火電廠生產(chǎn)維護(hù)檢修工作(E-mail:18605932337@163.com)。