桥式抓斗卸船机防风装置改造

赵俊峰

(福建大唐国际宁德发电有限责任公司，福建 宁德　355006)



桥式抓斗卸船机防风装置改造

赵俊峰

(福建大唐国际宁德发电有限责任公司，福建 宁德355006)

福建大唐国际宁德发电有限责任公司卸船机原设计能保证卸船机在风速20 m/s以下时正常工作，但使用现场出现过31 m/s的风速，原设计的防风装置存在安全隐患，无法满足现场可能出现的极端天气，需要对卸船机原有的防风装置进行改造。阐述了轮压防风设备和夹轨、顶轨防风设备的工作原理，并对比了其优缺点，根据卸船机自身情况，在原有夹轨器的基础上加装了夹轮器，改造后，卸船机的安全性及可靠性大幅提高。

卸船机；轮压防风装置；夹轨器；顶轨器；夹轮器；改造

1　卸船机防风装置概述

卸船机防风装置是保证卸船机在大风环境下安全作业的重要装置，特别是沿海地区，风大，台风登陆频繁，防风装置尤为重要。福建大唐国际宁德发电有限责任公司(以下简称宁德发电公司)使用的桥式抓斗卸船机设计使用2台夹轨防爬装置作为卸船机在工作时的防风装置，能保证卸船机在风速20 m/s以下时正常工作。

宁德发电公司地处沿海宁德市三都澳白马港，经测定，能瞬间产生11级大风(煤船显示瞬时风速达到31 m/s)，可持续3～4 min。针对该环境，宁德发电公司卸船机的防风装置无法保证机组安全、可靠运行，决定对卸船机的防风装置进行改造。

目前，防风装置主要分为2大类：利用轮压防风和利用夹轨、顶轨防风。

2　轮压防风

2.1工作原理

利用轮压防风，即利用起重机行走车轮与轨道之间的摩擦阻力来抵抗风力作用。这种防风方式的原理是：当起重机停车后，给车轮施加一个足够的制动力矩，使被制动的车轮在风力作用下增大滚动摩擦阻力，从而产生与风力相反的滚动或滑动摩擦阻力，起到防风作用。采用这种防风方式时，产生的抗风阻力主要取决于3个因素——起重机轮压、制动点数量及制动点的制动力矩，其中制动点的制动力矩最大为车轮打滑力矩(超过打滑力矩的部分为无效力矩)，在制动力矩达到车轮打滑力矩时，车轮不能产生滚动位移，只能产生滑动位移，这时产生的抗风阻力为最大。对于室外作业的大中型起重装卸机械，由于它们的轮压较大、支承点(车轮)多，采用这种防风方式，比采用传统的顶轨器、夹轨器、压轨器等方式具有更强的防风能力和非常稳定的防风效果，可以达到更高的防风等级[1-2]。

2.2轮压防风装置及其特点

2.2.1轮压防风的制动装置

目前，轮压防风的制动装置主要有2种：一种是直接作用于车轮的轮边制动器(亦称夹轮器)，另一种是作用于驱动轮驱动轴(高速轴)上的制动器。轮边制动器的结构如图1所示，其工作原理如图2所示。

当机构驱动电机断电停止驱动时，经过减速停车后，由液压站集中驱动控制的一组轮边制动器(通常为4～12台)驱动油缸同时卸压释放，这时制动弹簧的弹簧力P通过制动臂传递到制动瓦并作用在车轮上，产生一个足够的夹紧力F。当起重机在风力作用下产生运动(车轮滚动)趋势时，夹紧力对车轮产生一个阻力矩阻止车轮产生滚动(当制动力矩达到或超过车轮打滑力矩时，车轮只可能产生滑动位移)，起到防风制动作用。当机构要启动(开车)时，轮边制动器通过可编程逻辑控制器(PLC)或其他控制方式提前进行驱动释放(开闸)，使制动器的制动衬垫脱离车轮制动覆面，消除制动力矩。制动器上一般都设有开闸限位开关，用于进行动作联锁保护和故障监视显示。如用户需要，可在控制系统增设紧急制动按钮，在遇到突发性大风或其他紧急情况时，司机可通过急停按钮将电磁阀换向，进行快速紧急制动。轮边制动器一般情况下都安装在被动车轮上，1台起重机可根据需要装设多个轮边制动器。

图1　轮边制动器结构

图2　轮边制动器工作原理

2.2.2轮压防风装置的特点

(1)作用点多，并可实现全轮制动。因为轮压防风装置的制动是在车轮上实施的，对于被动车轮，可根据防风等级要求在部分或全部被动车轮上实施制动；对于驱动车轮，也可部分或全部实施制动。对于中大型港口装卸设备来说，由于其自重很大，车轮较多，很容易实现高等级的防风能力。

(2)作用力稳定，制动效果可靠。因为轮压对整台起重机来说分布是比较均匀的，而且1台起重机的总轮压也是比较确定的，车轮踏面与轨面之间的滑动摩擦因数相对也比较稳定，所以产生的总抗风阻力相对稳定。此外，利用轮压产生制动力时，轨道的弯曲、饶度变形以及轨道沟异物均对其没有影响。

(3)可实施动态紧急制动。这种制动都是通过摩擦材料进行摩擦力偶式制动，所以在遇到紧急情况时可实施紧急制动，只要制动产生的总阻力大于风力即可将起重机制动。

(4)经济性比顶轨器、夹轨器设备优异。轮压防风装置不需要庞大的安装支架，在获得相同防风效果的情况下，较顶轨器、夹轨器的总造价要低25%～50%。

(5)在实施联锁保护时，控制点相对较多，相对于顶轨器和夹轨器而言是一个缺点，但对于配有PLC的设备，实现这种控制非常容易。

3　夹轨和顶轨防风装置

3.1夹轨和顶轨防风原理

过去，各种室外作业的大中型起重装卸机械采用的防风装置(工作状态下)大多为夹轨器或顶轨器。夹轨器是通过其自身对轨道的夹紧力产生与风力相反的摩擦阻力来抵抗风力作用，其工作原理如图3所示。顶轨器是通过其自身对轨道的顶轨力产生与风力相反的摩擦阻力来抵抗风力作用，其工作原理如图4所示。

图3　夹轨器工作原理

图4　顶轨器工作原理

3.2夹轨器的工作特点

(1)作用点少。一般每台车只装2台夹轨器，这主要是因为夹轨器体积较大，受布置空间的限制，且单台造价较高。因此夹轨器的防风能力受到相应限制。

(2)夹轨器安装示意如图5所示，由于夹钳的夹持面较窄且有一定斜度，又是刚性接触，车体的振荡容易使钳体滑动从而影响夹持效果，甚至使其失效。

图5　夹轨器安装示意

(3)以加拿大HILLMA公司生产的夹轨器(钳体为有限浮动结构)为例，其对轨道的误差要求如图6所示，如轨道误差超出此范围，将对夹轨器的作用产生影响甚至造成失效。可以看出，夹轨器受轨道垂直和水平误差的影响。

图6　夹轨器对轨道的误差要求

(4)只能进行静态制动，在遇突发性大风时无法实施动态紧急制动。

(5)轨道沟中的异物和水可能影响到夹持效果，甚至使其失效。

3.3顶轨器的工作特点

(1)作用点少。一般每台车只能装2～4台夹轨器，这主要是因为顶轨器体积较大，受到布置空间的限制，且单台造价较高，因此顶轨器的防风能力受到相应的限制。

(2)受轨道垂直方向误差和运行过程中的挠曲变形的影响。当顶轨器集中布置在中部大平衡梁下时影响会很大，布置在两侧中平衡梁下时影响会较小。

(3)接触压力对摩擦力的影响较大。顶轨器顶块的摩擦面一般是齿形结构，并且经高频淬火处理，齿部硬度在56 HRC以上，比轨道表面硬很多。顶轨器顶块与轨面之间的摩擦在正常情况下是一种模糊的分子摩擦(与通常的滑动摩擦有所不同)，当压力达到一定程度时，齿尖会咬入轨面一定深度，这时产生的摩擦形式为分子摩擦形式，摩擦因数可达0.40～0.80(随着齿尖咬入深度的增加而增加)；当压力小到一定程度时，齿尖将不会咬入齿面，这时摩擦原理将发生变化，变成滑动摩擦，摩擦因数会减小到0.25以下。

(4)只能进行静态制动，在遇突发性大风时无法实施动态紧急制动。

4　卸船机防风装置的改造分析

以宁德发电公司1 600 t/h卸船机为例进行改造分析。桥式抓斗卸船机额定载荷为40 t，工作状态下平均轮压为400 kN，大车有32个车轮(其中驱动轮16个，被动轮16个)。

表1为采用不同防风装置时的防风能力统计，风速在35 m/s时需要的止滑力为750 kN。

表1　不同防风装置下的防风能力

综合考虑，在原有夹轨器的基础上，对宁德发电公司的桥式抓斗卸船机进行改造，加装夹轮器，保证卸船机的安全、稳定运行。

5　结束语

宁德发电公司卸船机防风装置改造后，大大提高了设备的可靠性，使卸船机能够应对更加极端的天气。

[1]起重机设计规范：GB/T 3811—2008[S].

[2]港口门座起重机技术条件:GB/T 17495—1998[S].

(本文责编：弋洋)

2016-03-07；

2016-07-11

U 653.928.+1

B

1674-1951(2016)07-0062-03

赵俊峰(1988—)，男，江苏东台人，助理工程师，从事火电厂生产维护检修工作(E-mail:18605932337@163.com)。