趙志超

（招商局港口控股有限公司，廣東 深圳 518000）

裝卸機(jī)械的大型化使得機(jī)械的重心提高，迎風(fēng)面積增大，遭受臺(tái)風(fēng)或突發(fā)性陣風(fēng)襲擊的可能性也隨之增加。其中，突發(fā)性陣風(fēng)由于發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間均具有較強(qiáng)的不確定性，因此，港口單位很難及時(shí)根據(jù)陣風(fēng)的變化情況實(shí)施相應(yīng)的防風(fēng)措施，一旦港口岸邊作業(yè)設(shè)備在動(dòng)態(tài)作業(yè)過(guò)程中遭遇陣風(fēng)，相關(guān)設(shè)備可能因陣風(fēng)吹襲而造成滑移或傾覆，破壞力極大。

深圳海星港岸邊裝卸設(shè)備為門座起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“門機(jī)”），近年來(lái)，伴隨著全球氣候的變化，海星港也頻繁遭受突發(fā)陣風(fēng)的襲擊，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成了較大影響。基于此，海星港配合上級(jí)單位招商局港口控股有限公司在碼頭內(nèi)引入了《招商國(guó)際天氣預(yù)警系統(tǒng)》（以下簡(jiǎn)稱位“系統(tǒng)”），該系統(tǒng)為碼頭提供所在小范圍區(qū)域的陣風(fēng)等級(jí)、降雨、雷電等定制的天氣預(yù)警信息，以便于碼頭及時(shí)啟動(dòng)防風(fēng)預(yù)案，減小或消除突發(fā)陣風(fēng)可能對(duì)碼頭產(chǎn)生的沖擊。依托該系統(tǒng)，海星港參照行業(yè)分級(jí)防范的做法，制定了兩級(jí)防陣風(fēng)措施，分別為：①一級(jí)防風(fēng)措施。當(dāng)碼頭收到某一級(jí)陣風(fēng)預(yù)警時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員指揮司機(jī)就地停止門機(jī)大車行走，大車慣性制動(dòng)器自動(dòng)轉(zhuǎn)為制動(dòng)狀態(tài)，待人工塞好防風(fēng)鐵楔后，門機(jī)繼續(xù)定點(diǎn)作業(yè)。②二級(jí)防風(fēng)措施。當(dāng)碼頭收到某一級(jí)陣風(fēng)預(yù)警時(shí)，碼頭啟動(dòng)防風(fēng)錨定。該級(jí)措施啟動(dòng)后，門機(jī)需要即刻停止作業(yè)，行走到對(duì)應(yīng)的錨定坑并下錨，根據(jù)海星港的實(shí)際情況，單臺(tái)設(shè)備完成該防風(fēng)措施預(yù)計(jì)需要45～60 min。

通過(guò)實(shí)施分級(jí)防風(fēng)措施雖然可以提升設(shè)備防風(fēng)能力，但是只有選擇合適的預(yù)警風(fēng)力等級(jí)，才可以實(shí)現(xiàn)防風(fēng)措施的精確應(yīng)用，不僅可保障設(shè)備安全，而且可以減小部署防風(fēng)措施對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的影響。本文以海星港現(xiàn)有門機(jī)為分析對(duì)象，對(duì)港口門機(jī)防風(fēng)等級(jí)的確定方法進(jìn)行了研究，并參照該方法制定了適合海星港需求的防陣風(fēng)措施。

1 門機(jī)防風(fēng)等級(jí)確定方法

門機(jī)防風(fēng)等級(jí)確定的總體思路為：根據(jù)門機(jī)的防風(fēng)工況，在部分或全部大車慣性制動(dòng)器有效的情況下，計(jì)算或測(cè)算門機(jī)滑移前的最大阻力，即門機(jī)的抗滑移能力，然后根據(jù)門機(jī)最大迎風(fēng)面積、風(fēng)壓和風(fēng)速之前的關(guān)系，確定出門機(jī)的防風(fēng)等級(jí)。

1.1 門機(jī)抗滑移能力計(jì)算

1.1.1 門機(jī)抗滑移措施概述

以海星港編號(hào)為MQ2的單臂架門機(jī)為例，其型號(hào)為MQ4030/4525，最大起升重量45 t，自重315 t，整機(jī)總車輪32個(gè)，驅(qū)動(dòng)輪16個(gè)。其大車行走機(jī)構(gòu)分為4組，每組配置2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、4個(gè)主動(dòng)輪及4個(gè)從動(dòng)輪。

為了防止陣風(fēng)吹動(dòng)門機(jī)設(shè)備產(chǎn)生滑移，每組大車機(jī)構(gòu)均配置了2個(gè)慣性制動(dòng)器及2個(gè)相向塞墊的手動(dòng)鐵楔，其抗滑移能力通過(guò)以下方式獲?。孩匍T機(jī)大車慣性制動(dòng)器制動(dòng)主動(dòng)輪，由主動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻力，以阻止門機(jī)滑移；②鐵楔塞墊從動(dòng)輪，促使被塞墊的從動(dòng)輪由滾動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)為滑動(dòng)運(yùn)行，從而由從動(dòng)輪產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻力，以阻止門機(jī)滑移；③從動(dòng)輪滾動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦阻力，以阻止門機(jī)滑移。

1.1.2 門機(jī)抗滑移能力計(jì)算

1.1.2.1 單個(gè)主動(dòng)輪的抗滑移能力Fq

Fq為單個(gè)主動(dòng)車輪上制動(dòng)力與滑動(dòng)摩擦力相比的較小值，其中制動(dòng)力F1為25 137 N，滑動(dòng)摩擦力F2為13 505.625 N，因此，F(xiàn)q=13 505.625 N。

1.1.2.2 塞墊鐵楔后單個(gè)從動(dòng)輪的抗滑移能力Fch

沿著軌道方向吹風(fēng)時(shí)，逆風(fēng)向鐵楔會(huì)楔死對(duì)應(yīng)從動(dòng)輪，該從動(dòng)車輪將產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻力F2，即抗滑移能力Fch=F2=13 505.625 N。

1.1.2.3 從動(dòng)輪的抗滑移能力Fcg

未塞墊鐵楔的從動(dòng)輪的抗滑移能力即為從動(dòng)輪的滾動(dòng)摩擦力，為578.812 5 N。

1.1.3 各種工況下門機(jī)整機(jī)抗滑移能力

1.1.3.1 全部制動(dòng)器有效時(shí)的整機(jī)抗滑移能力Fha

式（1）中：N1為驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，16個(gè)；Nch為逆風(fēng)向塞墊鐵楔的從動(dòng)輪數(shù)，4個(gè)；Ncg為滾動(dòng)的從動(dòng)輪數(shù)，12個(gè)。

經(jīng)計(jì)算可得Fha=277 058.25 N。

1.1.3.2 部分制動(dòng)器有效時(shí)的整機(jī)抗滑移能力Fhb

式（2）中：N1為驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，16個(gè)；￠為制動(dòng)器有效系數(shù)，此處取0.75，即整機(jī)有6個(gè)制動(dòng)器有效，2個(gè)失效；Nch為逆風(fēng)向塞墊鐵楔的從動(dòng)輪數(shù)，4個(gè)；Ncg為滾動(dòng)的從動(dòng)輪數(shù)，12個(gè)；N2=N1*（1－￠）為制動(dòng)器失效的驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，每個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。

經(jīng)計(jì)算可得：Fhb=225 351.00 N。

1.1.3.3 通過(guò)施加外力測(cè)試整機(jī)抗滑移能力Fhc

雖然本文所述的門機(jī)配備了8個(gè)大車慣性制動(dòng)器，但是其在實(shí)際使用過(guò)程中的穩(wěn)定性、可靠性以及實(shí)際防風(fēng)效果都需要進(jìn)行定期的測(cè)試驗(yàn)證。目前，海星港每個(gè)月會(huì)針對(duì)門機(jī)開(kāi)展抗滑移能力測(cè)算，具體做法為：選擇兩臺(tái)叉車作為外部動(dòng)力源模擬陣風(fēng)產(chǎn)生的推力施加在門機(jī)上，在取掉防風(fēng)鐵楔的情況下，以叉車出現(xiàn)輪胎打滑且無(wú)法推動(dòng)門機(jī)為判斷抗滑移能力達(dá)到臨界值的依據(jù)，以此計(jì)算叉車施加在門機(jī)上的推力及從動(dòng)輪塞墊鐵楔后的整機(jī)抗滑移能力，經(jīng)計(jì)算，叉車施加在門機(jī)的推力Fty為176 kN。另外，塞墊鐵楔后，從動(dòng)輪的滾動(dòng)摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。此種情況下，整機(jī)的抗滑移能力Fhc為：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得Fhc=227 707.25 N。

1.2 確定門機(jī)防風(fēng)等級(jí)

利用門機(jī)的抗滑移能力來(lái)代替門機(jī)的最大風(fēng)載荷，根據(jù)門機(jī)最大迎風(fēng)面積、風(fēng)壓和瞬時(shí)風(fēng)速之前的關(guān)系，推算出門機(jī)的防風(fēng)等級(jí)。

風(fēng)速與門機(jī)抗滑移能力的關(guān)系為：

式（4）中：Fh為門機(jī)的抗滑移能力，代替風(fēng)載荷；C為風(fēng)力系數(shù)，1.2；Kh為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，1.25；A為沿軌道方面迎風(fēng)面積，180.33 m2。

將以上計(jì)算出的各種情況下的門機(jī)抗滑移能力代入式（4），計(jì)算可得不同情況下的可抵抗的瞬時(shí)風(fēng)速，再根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GBT 3811—2008[1]中的《風(fēng)速及風(fēng)力等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系表》，可查出門機(jī)各情況下的可抗風(fēng)力等級(jí)，如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，本文分析的海星港門機(jī)在大車慣性制動(dòng)器全部或部分有效且從動(dòng)輪已塞墊鐵楔的情況下，最高可抵抗10級(jí)陣風(fēng)的吹襲。

表1 不同情況下可抗風(fēng)力等級(jí)對(duì)應(yīng)表

基于以上分析，海星港門機(jī)防風(fēng)等級(jí)確定如下：①由于第一級(jí)防風(fēng)措施可以在作業(yè)過(guò)程中進(jìn)行，并且措施實(shí)施后允許門機(jī)設(shè)備定點(diǎn)作業(yè)，因此，其預(yù)警風(fēng)力等級(jí)可以較低，具體可以視碼頭的實(shí)際情況而定，海星港選定啟動(dòng)第一級(jí)防風(fēng)措施的預(yù)警風(fēng)力等級(jí)為7級(jí)，系統(tǒng)會(huì)在陣風(fēng)等級(jí)達(dá)到7級(jí)前30 min發(fā)出預(yù)警，以供現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員布置相應(yīng)防風(fēng)措施；②第二級(jí)防風(fēng)措施的預(yù)警風(fēng)力等級(jí)為10級(jí)，由于海星港單臺(tái)設(shè)備完成該防風(fēng)措施預(yù)計(jì)需要45～60 min，因此，在系統(tǒng)中設(shè)置在陣風(fēng)等級(jí)達(dá)到10級(jí)前發(fā)出預(yù)警，以供現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員跑動(dòng)大車至相應(yīng)的錨定坑實(shí)施錨定作業(yè)。

2 結(jié)論

本文從精確計(jì)算的角度出發(fā)，分析并計(jì)算了門機(jī)設(shè)備大車機(jī)構(gòu)所配備的各防風(fēng)部件的抗滑移能力，并在計(jì)算得出的門機(jī)在各種情況下的防滑移能力的基礎(chǔ)上，利用門機(jī)的抗滑移能力來(lái)代替門機(jī)的最大風(fēng)載荷，推算出門機(jī)的防風(fēng)等級(jí)。通過(guò)近年在海星港的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，本文所述的門機(jī)防風(fēng)等級(jí)確定方法切實(shí)可行。但是，由于不同集裝箱碼頭之間的設(shè)備及設(shè)施配置會(huì)存在差異，且門機(jī)設(shè)備的防風(fēng)能力與防風(fēng)部件的保養(yǎng)狀態(tài)有著密切的關(guān)系，因此，本文所述的方法需設(shè)備管理人員結(jié)合碼頭實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以確保制訂的防陣風(fēng)措施精準(zhǔn)有效。