岸边集装箱起重机的防风设计

郭德强

润邦卡哥特科工业有限公司设计二室 江苏太仓 215400

1 风灾破坏的成因

仅2018年就有多起暴风引起的事故发生。2018年6月，国内某码头遭遇12级暴风袭击，5台岸桥倒塌，部分船只受损；2018年9月，第21号台风“飞燕”（瞬时风速超过50m/s）在日本本州登陆，造成数台岸桥倒塌；此外，还有意大利热那亚、南非伊丽莎白港等多起暴风事故。在这些事故中，岸桥处于工作状态下时，锚定板尚未插入坑位，致使岸桥在暴风下发生大车轨道方向滑移进而失速（夹轮器或顶轨器只能保证车轮和轨道不发生相对滚动），撞向相邻岸桥或码头设施，造成机器损毁。在非工作状态下，可分为防风拉锁和锚定板等防风设备未及锚入坑位、防风拉锁和锚定板等防风设备已锚入坑位这两种情形。第一种情形发生过程类似于工作状态；第二种情形或是防风拉锁和码头预埋件被连根拔起，或是防风拉锁被拉断[1]。

1.1 港口设计和起重机设计不协调

港口设计依据的规范和起重机设计依据的规范并不相同。通常码头基建分包商和起重机设备分包商是不同的公司，且两家之间并无直接联系，造成部分码头防风地锚的承载能力和起重机防风拉锁的抗拉能力并不一致，特别是20世纪建成的老码头，在订单增长后采购了新的更大参数的港机设备。

1.2 飓风预报技术和码头飓风应急机制

暴风的准确预报尚存在技术难点，依据雷达和卫星很难捕捉到清晰的云图，NASA使用全球鹰无人机在平流层观测取得了不错的效果，但仍有误报率。对于经常发生暴风袭击的码头，应建立一套规范化流程化的应急机制，以避免人为因素造成的失误。

2 起重机的防风设计

2.1 加强钢丝绳换绳工艺

（1）钢丝绳的缠绕系统。由滑轮和钢丝绳组成的用于改变力、速度和方向的组件称为滑轮组卷绕系统。卷筒与货物之间通过钢丝绳构成联系，钢丝绳依次通过各卷绕元件，形成卷绕系统。它能将回转运动转换成直线运动，并且还能改变运动传递的方向；参与着运动形式的转换和能量的传递。卷筒绕出后，沿以下路径缠绕：机器房后壁出绳罩——主起升机构卷筒——后大梁尾部的倾转/防挂舱系统滑轮——主小车架滑轮——吊具上架滑轮——返回主小车架滑轮——前大梁端部钢丝绳夹绳板。

（2）单条钢丝绳的换绳工艺。岸桥的起升钢丝绳是要在大梁水平的状态下进行的，因此需要先对岸桥进行落桥操作。落桥过程：俯仰机构低速制动器打开——大梁上升0．1度——俯仰安全钩抬钩——前大梁拉销与安全钩分离——大梁下降——当前大梁离开安全钩一定距离后，安全钩恢复到正常状态——前大梁落至水平。

换绳过程：①先把吊具放到地面，因为要把钢丝绳完全放下，所以还需要继续操作下降；②因为此时吊具没有发生位移，而起升机构继续下降，所以吊具卷盘的偏码器和变频器都会出现故障，报出吊具电缆卷盘变频器编码器断线（PGO）故障、吊具电缆卷盘变频器故障和吊具电缆卷盘起升允许故障；③关掉吊具电缆主电源开关，保护吊具电缆卷盘的变频器和电机。此时会报出吊具电缆卷盘主电源开关故障，717程序里强制断开此信号，才能进一步松绳；④以更换内侧的钢丝绳为例（卷筒的B和C端为钢丝绳的两头）；⑤把钢丝绳放下之后，把B端和C端固定，把卷筒上的钢丝绳尾端压码松开，把缠绕在卷筒上的钢丝绳退下放平。把新的钢丝绳从机房的专用孔拉上来，跟旧钢丝绳的B端绳尾连接起来（烧焊连接）。把C端从机房专用孔拉到岸桥底下，这时新的钢丝绳就会跟着旧的钢丝绳缠扰到后桥的防挂舱系统、小车、吊具、前桥的滑轮上。当焊接处重新回到C端位置的时候，把旧的钢丝绳切掉，把新的的钢丝绳缠绕到卷筒上，压紧卷筒上的压码（注意钢丝绳缠绕在卷筒上的长度，要跟卷筒上D端的长度一样，我们用缠绕的圈数来计算）。

2.2 防风拉锁的设计优化

防风拉锁的作用是抵消暴风时岸桥4个角的上拔力，是起重机抗暴风最关键的部件，许多风灾事故中防风拉锁或被拉断，或是与码头锚桩一起被连根拔起。

（1）上拔力的计算。暴风下的风载荷决定了防风拉锁的设计抗拉强度，其计算依据的不同标准和规范也有较大不同。在设计阶段，用户一般会直接给出最大风速，设计者根据这个最大风速计算钢结构或防风拉锁，并没有差异性对待。实际上，防风拉锁是起重机倾覆与否最关键部件，针对防风拉锁适当使用更为严格的规范并不像钢结构一样显著增加制造成本，而岸桥造价较高，一旦防风拉锁被拉断便会是机毁人亡。所以，针对防风拉锁的设计应用更严格的规范，从经济效益上考虑很具性价比[2]。

（2）防风拉锁结构形式简析。以往的岸桥体型较小，风载荷也小，一般采用钢丝绳套环式防风拉锁，钢丝绳柔韧性好，能保证水平方向的自由度。然而，由于钢丝绳抗拉能力有限，随着船舶大型化，岸桥也随之大型化，于是钢丝绳开始被高强钢拉板所替代。

在一些码头和地区，防风拉锁的单角设计上拔力可达到1000t以上，这种情况下如果仅在一个角使用一根防风拉锁，会使防风拉锁体形巨大，不便于安装和系固，更甚则可能与大车驱动或大车平衡梁结构干涉。所以，该情况下一个角需要使用一对防风拉锁，既能解决上述问题，对结构而言又能使两边受力均匀更有益。

一个角的两只防风拉锁在起作用时受力不一定能均匀分配，有结构误差、码头预埋件误差的原因，另外，左右两根防风拉锁在受力作用时很难呈现与轨面完全垂直的理想状态。因此，在一些风灾事故中，往往是一边的防风拉锁先开始受力，一旦被拉断后，另外一边防风拉锁才开始起作用，然后同样被拉断[3]。

图1 防风拉锁与码头、下横梁结构的连接形式

3 结语

桥式起重机实现安全运行是保证相关工作顺利进行的基础。但受到各种因素的影响,起重机运行期间会受到风灾的影响，因此要求采取事故预防措施，进而实现降低的出现安全事故的概率，确保生产的有效性。