门式启闭机小车防风抗滑装置优化改造浅析

许 小 明

(四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川 成都 610091)

1 概 述

某水利枢纽电站进水口EL.885.4平台布置有一台双向门式启闭机，主要由门架、小车、回转吊、大车运行机构等组成，一套液压自动抓梁和一套机械自动抓梁为门机附属设备。小车主要由起升机构、运行机构、小车架、机房、吊具、3 t检修吊、防爬器、电缆滑车装配等组成，控制台位于门机主司机室，主要用于启闭进水口检修闸门，当快速闸门检修时起吊快速闸门及其液压启闭机。

2 改造背景

进水口双向门机小车主要依靠防爬器防止风载、振动滑移。小车运行机构目前配备有两套电动防爬器，对角安装于行走轮端面，结构形式(图1)。

图1 防爬器结构

2.1 设备存在的问题

正常情况下，通电工作时，防爬器铁楔在电力液压推动器作用下被提起离开轨面，此时小车可以行走。停车时(即断电)，铁楔自动落下，当小车被风吹动时，车轮压在铁楔上，使小车无法移动，收到防风制动效果。该双向门机投运已12年，经历过“5·12”地震的考验。小车防爬器安装于EL.907高程，长期处于室外环境，受风吹、日晒、雨淋等恶劣天气影响，自动控制系统部分元器件已出现老化、失灵等问题，导致设备运行状态极不稳定。在日常使用过程中，经常出现断电后防爬器铁楔仍长时间脱离轨面的现象，未能起到防风制动效果。由于防爬器安装于临边、悬空位置，检查维护难度大、风险高。为确保小车工作安全，有时不得不派专人前往小车轨道平台监视防爬器工作状况。这不仅给设备运行维护带来极大不便，也存在一定的安全隐患。另外，该水利枢纽进水口引水发电隧洞和冲砂放空隧洞均为高水头压力隧洞，高流速过水冲击造成进水塔存在明显的振动现象，使得双向门机长期处于振动环境。小车安装于门机顶部，还要经常遭受坝区强风侵袭，而地震因素也是个不能不考虑的问题。由此可见，该双向门机小车运行环境十分复杂，确保其状态稳定可靠就显得尤为重要。

2.2 设备改造的必要性

完善的防风安全装置，可以在起重设备工作状态下，防御突然阵风、振动等外部环境的侵袭而起到保护作用，同时也可起到起重设备非工作状态下安全防风自动保障的作用。据了解，国内外由于未装防风抗滑装置或装置性能不佳、失灵导致起重设备被大风吹走，造成跑车、撞车、翻车的严重事故时有发生。特别是近年来异常气候增多，极端天气频发，对于这种安全保护装置更应给予足够重视。考虑小车防爬器出现的问题，结合设备复杂的运行环境，对双向门机小车防风抗滑装置做进一步改造完善十分必要。

3 改造分析

3.1 改造思路

起重设备的防风抗滑装置主要有锚定装置、夹轨器、防爬器等。锚定装置属于静态的防风装置，能够在设备停止运作的时候发挥良好的安全保障作用。但锚定座一般安装于永久固定台面，门机主梁显然不适合安装。防爬器、夹轨器作为常用的防风安全装置，技术成熟，使用广泛。防爬器属于压轨式防风装置，是利用起重设备的一部分重力压在轨顶上，通过其间摩擦力来达到止动作用的，其对起重设备沿轨道方向的滑移阻止效果比较明显，而横向抗振效果较差。而夹轨器是通过夹钳夹住轨道头部两侧，利用夹紧力、防滑力来阻止起重设备的移动，可有效防止起重设备在遭受垂直轨道方向的强烈载荷冲击下可能出现的倾覆、脱轨等现象的发生。

门机小车现安装有两套防爬器，但运行状态不够稳定。除了防爬器，还设有极限行程开关及缓冲碰撞装置，但它们都主要起到限制小车沿轨道的行程，对垂直轨道方向的冲击抵抗能力弱。结合不同防风安全装置的特点，可考虑在将原防爬器修复完好的基础上，增加两套夹轨器，与小车已有防风装置形成优势互补，以起到多重保障的作用。根据上述思路，可进行以下改造：针对状态不稳定的两套防爬器，对其进行彻底地检查、检修处理，更换老化、受损的元器件，对金属结构件进行清理维护，确保防爬器能正常工作；同时，结合设备结构，在小车运行机构另外两个端面，选型安装两套夹轨器。

3.2 夹轨器选型

3.2.1 常用夹轨器型式

夹轨器的常用型式主要有电动弹簧式、液压弹簧式和手动式。前两种属于自动防风装置，构造较为复杂，自重大，成本较高，多用于大型起重设备；手动式夹轨器属于非自动防风装置，结构紧凑，维修方便，但操作麻烦，大多是靠人力拧紧螺杆使夹钳产生夹紧力，多用于中小型起重设备。

3.2.2 夹轨器防滑力计算

根据实际需要，夹轨器按照防滑力的大小不同划分了多个等级。夹轨器防滑力一般由起重设备重量，参考迎风面积、现场风载荷、轨道坡度及摩擦阻力等数据来定。夹轨器应保证其防滑力足以使起重设备在非工作状态的顺坡、最大风力作用下保持不动。按单台夹轨器防滑力为Ff计算，两套夹轨器防滑力为2Ff，其应满足公式：

2Ff≥1.1Fw+Fx-Fm

(1)

式中Ff为单台夹轨器防滑力(N)；Fw为非工作状态下作用在起重设备上的最大风力(N)；Fx为在轨道最大坡度时，由起重设备自重产生的下滑力(N)；Fm为起重设备的运行摩擦阻力(N)。

风力Fw计算公式为Fw=PM

(2)

式中P为风压值，N/m2；M为迎风面积(m2)。按工作现场可能出现的最大风压，考虑极端天气情况，按极值1 000 N/m2计算，小车迎风面积约75 m2，则Fw=1 000×75=75 000 N。

下滑力Fx计算公式为：Fx=iG

(3)

式中i为轨道坡度；G为起重设备自重(N)。小车轨道长为18 200 mm，纵向弯曲度为1/1 500，最大坡度可按1/800计算；小车总重量约114 t，自重为1 140 000N，则Fx=1 140 000×1/800=1 425 N；

运行摩擦阻力Fm计算公式为：Fm=μG

(4)

式中μ为摩擦阻力系数，对滚动轴承，μ可按0.006计算，则Fm=0.006×1 140 000=6 840 N。

由 此 可 算 出，Ff≥(1.1×75 000+1 425-

6 840)/2=38 542.5N≈39 kN，即单台夹轨器防滑力应不低于39 kN。

3.2.3 夹轨器适用性分析

按单台夹轨器防滑力不低于39 kN进行选型，液压式、电动式、手动式夹轨器均有可供选择的型号。由于小车运行机构端部实际安装空间限制(沿轨道方向长度不大于700 mm、垂直轨道横向宽度不大于900 mm、安装高度不受限)，液压弹簧夹轨器尺寸过大，不具备安装条件。综合比对电动弹簧夹轨器、手动夹轨器的适用性，其中：电动弹簧夹轨器通过电气连锁控制，对中性好，抗风能力强，操作简便，但其自动控制系统元器件仍然处于露天环境，运行时间久了易老化受损，可能导致设备性能不够稳定，或再次面临不断维修或更换的境地；手动夹轨器虽然使用不够方便，但其结构简单、性能可靠、维修率低，适合在中小型起重设备上使用。各自的结构特点见表2：

3.2.4 夹轨器型式选择

鉴于小车安装高程以及运行环境，选用夹轨器应优先考虑使用稳定可靠性。该双向门机小车重量相对较轻，且其运行存在明显的时段性，使用频次不高，当有检修任务时可能会连续使用，但遇到进水口检修工作比较少的年份，大部分时间都是处于静止备用状态，这意味着不需要经常进行小车夹轨器松轨夹轨操作，对人员工作量不会造成太大影响。综合种种因素，可考虑选择安装手动夹轨器，其安装简便，不需要对小车运行机构其它部位做改动，且使用寿命长，维护简单，造价低，防滑力足够，可满足门机小车防风抗滑安全需求。

3.3 改造效果分析

该优化改造方案若得以实施，门机小车将有两套电力液压防爬器和两套手动夹轨器，形成防风抗滑双保险。小车操作前，人工进行夹轨器松轨；通电后，推动器上提防爬器铁楔离开轨道，小车可以行走。断电后，防爬器铁楔自动落下阻止车轮转动；门机作业结束后，人工操作夹轨器夹紧轨道。通过防爬器和夹轨器共同作用，可有效防止振动或风载引起小车横向或纵向偏移。当防爬器状态不稳定不能正常工作时，还有夹轨器可以起到保护作用，避免小车出现毫无防风抗滑装置的状态。该改造方案可应对极端环境下门机小车的防风抗滑要求，确保设备安全可靠运行。

4 后续注意事项

进水口双向门机小车防风抗滑装置若采用上述方案进行改造优化，将会增加新的安全设施，门机相关技术参数就发生了变化，操作流程、安全注意事项等也应做出改变。因此，在后续工作中，要及时对设备技术标准、运行规程等进行修订。同时，做好人员的安全操作培训工作，要求熟练掌握门机安全操作规程，将“每次操作小车前后，检查确认小车防风抗滑装置状态”作为必须执行的安全措施，列入门机操作票，以防人员误操作。另外，可以进一步研究在防爬器、夹轨器或运行机构其它位置增加监测信号装置的可行性，将采集到的信号纳入门机监控管理系统，以对防风抗滑装置运行工况进行实时监测。通过多措并举，确保人和设备工作的安全性和可靠性。

5 结 语

针对防风抗滑装置出现的问题，需要结合设备运行实际情况，不断在实践中研究摸索，实施更加优化、有效的改造措施。某水利枢纽工程门式启闭机小车存在防风抗滑装置性能不佳的问题，给设备的运行带来了一定的安全隐患。通过实践证明，在小车原有防爬器的基础上，新增两套手动夹轨器的优化改造方案，通过采用多种安全装置共同保障的模式，可有效增强门机小车防风抗滑能力，有力提升设备设施性能状态。