徐海宏

摘 要：沿海地區(qū)風力大，對于裝卸設備而言，其防風問題較為重要。如何提高設備安全性，提高其防風性能，是裝卸設備使用中必須思考的問題。結合實例，針對裝卸設備防風不足的問題，提出了相應的改造優(yōu)化措施，有效提高了設備的防風效果，達到了預期效果，對裝卸設備的防風問題的解決有一定的參考作用。

關鍵詞：橋式抓斗卸船機；制動力矩；摩擦阻力；防風裝置

中圖分類號：U653.928+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.123

卸船機主要由大車運行機構、起升開閉機構、俯仰機構、小車行走機構、給料及分料系統(tǒng)等組成，是在海邊露天作業(yè)的大型裝卸設備。由于設備結構龐大，迎風面積很大，如何有效防止卸船機在各種風力的作用下免遭破壞和保證卸船機的作業(yè)安全是卸船機設計和使用中必須考慮的重大問題，特別是在沿海地區(qū)，臺風登陸頻繁，防風裝置尤為重要。

1 卸船機防風裝置概述

南部沿海某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。

該公司地處沿海，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，該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為：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。此時，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，由于其輪壓較大、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。

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直接作用于車輪的輪邊制動器（夾輪器）作用于驅動輪驅動軸（高速軸）上的制動器。

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。此時，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，用于進行動作聯鎖保護和故障監(jiān)視顯示。如果用戶需要，則可在控制系統(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。

2.2.2 輪壓防風裝置的特點

2.2.2.1 作用點多，可實現全輪制動

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而言，由于其自重很大、車輪較多，易實現高等級的防風能力。

2.2.2.2 作用力穩(wěn)定，制動效果可靠

因為輪壓對整臺起重機而言分布是比較均勻的，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。

2.2.2.3 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的，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。

2.2.2.4 經濟性比頂軌器、夾軌器設備好

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%.

在實施聯鎖保護時，控制點相對較多，這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

以往，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的，其工作原理如圖1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。

3.2 夾軌器的工作特點

夾軌器的工作特點有以下5個：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了相應限制。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從而影響夾持效果，甚至使其失效。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，比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。由此可見，夾軌器受軌道垂直和水平誤差的影響。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

頂軌器的工作特點有以下3個：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受到的影響較大，布置在兩側中平衡梁下時影響較小。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，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。此時，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，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。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。

綜合考慮，在原有夾軌器的基礎上，對該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。

4 結束語

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

參考文獻

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

〔編輯：張思楠〕