门式起重机抗风装置的探讨与应用

陈 钧

（中石化宁波工程公司天翼制造公司，浙江宁波 315207）

0 引言

门式起重机属于特种设备中起重机械类设备，又称龙门吊，能垂直升降以及水平移动来吊运货物，主要用于室外的货场、料场装卸作业及石化、电力、造船等大型设备制造中吊装作业，具有场地利用率高、通用性强等特点。近年来，随着我国装备制造业的快速发展，门式起重机的吊装吨位和高度、跨度均有了很大提升，其抗风能力对设备的安全运行变得愈发重要。

1 门式起重机结构特点

门式起重机通常由主体结构（桥架、门架）、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、司机室、电气控制系统、安全保护装置等组成。主体结构由主梁和支腿组成，主梁多采用箱型式和桁架式结构，一般使用高强度螺栓连接或焊接的方法安装在支腿上，支腿底下安装有钢轮，通过钢轮实现在钢轨上行走。钢轮与钢轨的摩擦因数较小，主体结构（尤其是箱型式）迎风面积大、抗风性较差。门式起重机在使用过程中突遇强对流天气（如台风）被吹移位、甚至被吹翻情况也时有报道，如2016年4 月东莞一公司由于突遇大风发生门式起重机倾覆事故，造成18 人死亡的严重后果。门式起重机的抗风装置是避此类事故发生的重要手段。

2 常见抗风装置种类及性能

2.1 大车制动器

起重机大车制动器安装在大车电机的转轴上，用来制动电机的运转，主要作用是使运行机构能够准确可靠地停在预定的位置上。常用的有弹簧式电磁铁制动器和液压制动器，由于电机通过减速机与大车轮子相连接，大风吹动起重机行走会反向带动电机旋转，制动器制动电机旋转也一定程度上能起到抗风作用。但是，制动器调得太紧也会影响大车的平稳运行，制动力矩能否满足抗风要求需要通过计算来验证。

2.2 抗风铁鞋

抗风铁鞋是一种楔形装置，使用时斜坡插入车轮和轨道顶面之间，铁鞋的斜坡构成车轮滑动的阻力。

2.3 锚定装置

锚定装置有插板式和插销式等类型，一般是手动模式，并用限位开关与起重机控制电路联锁，以确保其发挥作用时起重机不能运行（图1）。锚定装置的工作原理较为简单，抗风效果好，但缺点是：起重机需准确停位于锚固点，对司机停车位置操作要求高，且不能在驾驶室内操作，并且起重机作业时无法应对强对流天气时突发大风。

图1 锚定装置

2.4 夹轨器

夹轨器是防止起重机在强风作用下沿轨道自由滑行发生事故的安全装置。通常采用与起重机底部大车轮子外侧结构连接在一起的夹钳，夹住轨道两个侧面来防止滑行。夹轨器分为手动式和电动液压式两种类型。

（1）手动夹轨器一般为螺杆式，结构简单，主要用于在挡风面积不大的中小型起重机（图2）。作用与锚定装置类似，但比锚定装置使用灵活，在轨道上任何停车位都能使用，其夹紧力小、动作慢，同锚定装置一样也不能在起重机驾驶室内操作，应对突发大风能力稍差。

图2 手动夹轨器

（2）电动液压夹轨器由重锤通过杠杆或由弹簧力使夹钳夹紧轨道，靠液压系统中油缸力松开夹钳。重锤式夹轨器较笨重、夹紧力小，工作平稳性不如弹簧式的。以弹簧为动力的电动液压夹轨器较为常见，弹簧力通过横梁、连杆、夹钳及钳口实施对钢轨的夹紧，来实现抗风的目的（图3）。

图3 液压夹轨器

电动液压夹轨器一般压紧力较大，尤其是夹轨器的开启与夹紧等动作能实行自动控制，工作中如果由于某种原因控制线路失电，夹轨器就会立即转入夹轨状态，可以在门式起重机驾驶室内操作。这种夹轨器的工作可靠性较高，大大提高了起重机运行时的安全性，所以近年来推广应用较迅速。

3 电动液压夹轨器的安装调试技术要点

电动液压夹轨器的安装需遵循一定的顺序，控制电路必须与门式起重机控制电路进行联锁保护、逻辑清晰合理，时间继电器、溢流阀等调整妥当，门式起重机才能安全可靠地运行。安装顺序为：电气电路改造接线→夹轨器固定安装→液压系统通电调试→夹轨器调试→门式起重机整机试运。

3.1 电气电路改造要求

电动液压夹轨器主回路应单独从总电源引入，采用双机并联，使大车两台夹轨器液压电机能同步工作。一般设置有漏电保护开关、熔断器、交流接触器、热继电器等保护和控制元件。电动液压夹轨器控制回路宜采用安全电压，至少要具有零压保护、大车行走连锁保护等功能，以实现停电时夹轨器能自动夹轨功能。夹轨状态时，大车行走回路无法获电运行，确保起重机运行安全可靠。

3.2 电动液压夹轨器安装

安装时应保证夹轨器连接架的中心位置与行走机构车轮的中心位置在同一直线上，接通夹轨器电源，夹轨器打开，中心线应于轨道中心线重合；切断电源，夹轨器应处于对轨道夹紧状态。当夹轨器夹紧轨道时，横梁与丝杆螺母之间的间隙应保持20 mm 以上的余量，否则遇到轨道有磨损的情况时，夹钳会被丝杆螺母锁住而夹不住轨道。如果是分体式夹轨器，夹轨器电机及电磁阀、行程开关的接线应留长2～3 m，以方便系统联锁功能调试时操作。夹轨器正式安装调试好后，再去掉多余的电缆。夹轨器的液压系统压力高，油泵电机负荷已近满载，电机不能长时间运行，因此必须把行程开关位置调好，否则会烧毁电机。

3.3 液压系统通电调试

3.3.1 压力调整要求

夹轨器液压站液压系统如果系统压力太高，油泵电机负荷会增大，压力太低，压紧力不够，液压系统会失灵。不同规格、不同型号的夹轨器系统压力大小不同，出厂时一般已经调试好，如需调整应参考用户手册或说明书的数据，调整稳定后试运行2 h 以上，并注意观察油泵电机的负载电流和电机温升。

3.3.2 压力调整步骤

压力调整前先检查液压油位是否正常，若油位不足需加足液压油。然后短接行程开关的常闭接点，松开溢流阀锁紧螺母，将溢流阀手轮往逆时针方向多调出些。完成上述工作后，再合上电源使油泵电机和电磁阀工作，慢慢地按顺时针方向调节溢流阀调整手轮，使油压逐渐上升，油缸滑塞杆缓慢的往里缩，待油缸滑塞杆到底后，继续调整溢流阀调整手轮至用户手册中规定的额定压力，锁紧溢流阀的锁紧螺母。调整过程中，要特别注意千万不能调的太快，以免滑塞杆回缩速度太快，活塞杆走到底后，油压会突然超高引起系统损坏。压力调整完成后,要及时拆除行程开关的常闭接点的短接线路。

3.3.3 液压联锁调试

为实现夹轨器、液压电机、起重机大车遵循一定的逻辑关系运作，液压联锁应进行调试。

调试方法：接通电源，启动油泵电机，电磁阀通电工作，观察压力表读数及油缸回缩情况；一般当压力表压力在12～14 MPa，油缸能出现回缩运动，并能压缩弹簧到触动到行程开关触点，从而使油泵电机停转时，说明夹轨器处于正常工作状态，此时夹轨器已张开，钳口与轨道的单边间隙尺寸应在8～15 mm。如出现压力表无压力或压力明显低于正常压力、活塞杆不出现回缩运动，则应检查电磁阀是否通电换向。如果活塞杆已经到了最大幅度的回缩，还不能油泵电机的电源使油泵电机停止，应调整行程开关曲柄的角度、夹轨器行程开关撞块的位置，确保夹轨器打开后，油泵电机能停止工作，同时接通大车行走电机联锁电路，主机才能开始行走，但电磁阀此时仍保持通电状态。油泵电机断电后，液压系统因单向阀和电磁阀的保压作用，从而保证夹钳处在张开位置。

由于液压系统存在内泄漏现象，夹钳张开经过一段时间后，张开度会减少，当减少到一定程度时行程开关的作业会切断时间继电器和接通油泵电机电源。一旦油泵电机工作，会很快向油缸补油，使夹钳恢复到完全张开状态，此时行程开关又会切断油泵电机电源和接通时间继电器电源。在此过程中，由于时间继电器的延时作用，使大车行走联锁继电器始终通电，所以不会影响大车的正常运行。调整时间继电器的延时时间，比油缸补油时间长6～8 s 较为合适。

4 结语

门式起重机应装设可靠的抗风防滑装置，并应满足规定的工作状态和非工作状态抗风防滑要求。电动液压夹轨器性能可靠、操作方便，并具备通过风速仪、可编程序控制器（PLC）与起重机实现电气联锁自动化等进一步开发优势，在大型起重机或港口、大风较频繁地区的起重机使用更为合适。另外，由于电动液压夹轨器钳口结构原因，只有当起重机大车停稳后才允许夹轨器动作，否则会损坏钳口和轨道。在实际工作中也会遇到起重机正在行走时突遇大风，如何能实现在此时紧急夹轨并切断动力的抗风防滑装置还有待进一步开发研究。