桥式抓斗卸船机防风装置缺陷分析及改造

徐海宏

摘 要：沿海地区风力大，对于装卸设备而言，其防风问题较为重要。如何提高设备安全性，提高其防风性能，是装卸设备使用中必须思考的问题。结合实例，针对装卸设备防风不足的问题，提出了相应的改造优化措施，有效提高了设备的防风效果，达到了预期效果，对装卸设备的防风问题的解决有一定的参考作用。

关键词：桥式抓斗卸船机；制动力矩；摩擦阻力；防风装置

中图分类号：U653.928+.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.123

卸船机主要由大车运行机构、起升开闭机构、俯仰机构、小车行走机构、给料及分料系统等组成，是在海边露天作业的大型装卸设备。由于设备结构庞大，迎风面积很大，如何有效防止卸船机在各种风力的作用下免遭破坏和保证卸船机的作业安全是卸船机设计和使用中必须考虑的重大问题，特别是在沿海地区，台风登陆频繁，防风装置尤为重要。

1 卸船机防风装置概述

南部沿海某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。

该公司地处沿海，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，该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为：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。此时，产生的抗风阻力为最大。对于室外作业的大中型起重裝卸机械，由于其轮压较大、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。

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直接作用于车轮的轮边制动器（夹轮器）作用于驱动轮驱动轴（高速轴）上的制动器。

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。此时，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。如果用户需要，则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。

2.2.2 轮压防风装置的特点

2.2.2.1 作用点多，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而言，由于其自重很大、车轮较多，易实现高等级的防风能力。

2.2.2.2 作用力稳定，制动效果可靠

因为轮压对整台起重机而言分布是比较均匀的，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。

2.2.2.3 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的，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。

2.2.2.4 经济性比顶轨器、夹轨器设备好

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%.

在实施联锁保护时，控制点相对较多，这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

以往，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的，其工作原理如图1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。

3.2 夹轨器的工作特点

夹轨器的工作特点有以下5个：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了相应限制。②夹轨器安装示意图如图2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。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，比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。由此可见，夹轨器受轨道垂直和水平误差的影响。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

顶轨器的工作特点有以下3个：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受到的影响较大，布置在两侧中平衡梁下时影响较小。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，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。此时，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，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。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。

综合考虑，在原有夹轨器的基础上，对该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。

4 结束语

综上所述，防风问题是确保大型装卸设备高效稳定运行的关键所在，尤其是在大风力地区，其防风装置显得尤为重要。在本工程中，卸船机的防风装置自改造后运行至今，未出现因阵风突袭影响卸船机安全运行的情况，大大提高了设备的可靠性，起到保障人身、设备安全的作用。

参考文献

[1]黄志勇.火力发电厂桥式抓斗卸船机缺陷分析及改进措施[J].港口装卸，2012（01）.

〔编辑：张思楠〕