装船机行走机构防风制动性能改进

顾飞飞

（河北港口集团港口机械有限公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

装船机是将煤炭等散料装入货船的大型装卸设备。目前黄骅某码头常用装船机原机设计的夹轨器的机械执行机构、摩擦块都存在不同程度的老化，且单机设计自重较轻，对皮带张紧力、料流冲力、突风冲击等冲击抵抗效果不佳，单机动态和静态防风性能较差，装船机作业时存在较大的安全隐患。由于夹轨器不能有效制动，将会出现如下的安全隐患：①只放下夹轨器做静态防风措施时，一旦海面刮起风力较大的突风时，单机会发生溜车甚至碰撞事故；②在多风天气结舱作业时，单机往往不会放下夹轨器，一旦海面刮起风力较大的突风时，单机也会发生溜车甚至碰撞事故；③发生溜车现象时，即使紧急拍急停或放下夹轨器时，也会因为风力较大和制动力不足等原因造成单机溜车不能得到有效遏制。

由于装船机海陆两侧行走轮较多，在两侧安装有夹轮器和电动铁楔。夹轮器和电动铁楔均为程序控制的自动化设备，不改变原行走机构及附属部件，不影响设备的作业效率，具有安装简易、动力驱动时间快、夹紧力大且在无行走动作时可保持一直夹紧等特点，可以起到很好的动态防风作用。

1 夹轮器及电动铁楔的工作原理

夹轮器设备是防止突风或大风天气时装船机溜车现象的保护装置，每台装船机的防风制动性能提升装置由8套夹轮器、2套液压系统、4套防风铁楔和1套电气控制系统组成。其中每套液压系统位于装船机的海侧或陆侧，分别控制4套夹轮器。

（1）轮边式液压制动器（夹轮器）主要用于室外大中型起重机及港口装卸机械工作状态下的防风和非工作状态下的辅助防风，在设备做静态防风措施时，可与夹轨器、锚固器等防风装置组合使用。轮边制动器一般只用于被动车轮上，并进行直接制动，可有效防止被制动的车轮在风作用下产生滚动位移，其特点是：执行机构响应时间短，单机不做行走时可保持一直夹紧的状态；常闭式设计，安全可靠；碟簧施力制动，液压站集中驱动释放；设置有限位开关，可进行联锁保护；高性能无石棉摩擦衬垫，摩擦系数高，对水和盐雾（海水）不敏感。

（2）电动铁楔采用电液推杆装置，安装在行走台车最外侧的两端的行走轮上，得电时推杆连带楔块抬起，失电时推杆连带楔块降落。该装置设有释放限位开关，可进行联锁保护；具有手动释放功能，维护方便；楔块经特殊工艺处理，磨擦因数高、防腐性能好。

2 防风装置性能提升设计计算

（1）计算假设及公式说明：主动轮及装有夹轮器的车轮与轨道之间的滑动摩擦因数，计算取值为0.125（查手册数值为0.12～0.15）；未装任何防风设施的从动轮与轨道之间的滚动摩擦因数，计算取值为0.02；防风铁楔与轨道之间的滑动摩擦因数，计算取值为0.3；主动轮上的电机电磁制动器或惯性制动器存在一定的不可靠因素，可靠因数选取0.7；从动轮纯滚动摩擦，可靠因数选取为1。单机自重650 t，迎风面积550 m2；原机夹轨器因老化存在一定的制动失效性，比较计算时未考虑其制动因素，其可抵抗风速v的计算如下：

式中 C——风力系数，取1.6

Kh——高度变化系数，取1.4

A——计算迎风面积，m2（表1）

v——可抵抗风速，m/s

FR——防风装置产生的可靠总抗风阻力，N

从表1可知，改造前6000T/H设备可靠总抗风阻力FR为372.64 kN。

表1 6000T/H设备改造前可抵抗风速

（2）本次防风性能改进，主要对未装任何防风设施的从动轮进行改造。对未装任何防风设施的从动轮进行改造，数量由4台增加到16台，相应地理论总抗风阻力FRW由14.4 kN增加到57.6 kN，则6000T/H设备可靠总抗风阻力FR由372.6 kN增加至725.4 kN，可抵抗风速由22.2 m/s增加至31.0 m/s。

3 设备安装及应用

3.1 设备安装

每台装船机的防风制动装置由8套夹轮器、2套液压系统、4套防风铁楔和1套电气控制系统组成：每套液压系统位于装船机的海侧和陆侧的行走台车中间，分别控制4套夹轮器；夹轮器安装在从动轮上，电动铁楔安装在行走台车两端最外侧的行走轮上；固定板通过焊接固定在行走台车钢结构上，夹轮器和电动铁楔通过螺栓安装在固定板上；电气控制系统嵌入装船机主系统，由装船机主系统控制所有的夹轮器的开闭。

目前对现场设备实际情况进行观察，在突风或大风天气时设备的防风性能大大提升，较好地提升了设备利用率，保障设备输出的经济效益。

3.2 应用情况

3.2.1 夹轮器操作方式

（1）自动控制方式。夹轮器随装船机行走和停止自动打开和关闭夹。当装船机行走手柄做出行走命令后，夹轮器经过约3 s自动打开到位，夹轮器打开到位后装船机实际做出行走动作。装船机行走命令结束后延时30 s，夹轮器自动关闭。

（2）司机室控制方式。司机可在司机室新增加计算机HMI（Human Machine Interface，人机界面）上操作夹轮器的打开与关闭。在主界面（图1）下点击“夹轮器控制”按钮进入夹轮器控制界面（图2）。用鼠标点击夹轮器控制界面上的“打开夹轮器”按钮、可打开夹轮器，当夹轮器打开到位后界面显示“xx夹轮器打开到位”并呈绿色（图2）。此种控制方式下，无论装船机是否行走动作，夹轮器始终处于打开状态，直至在界面上点击“关闭夹轮器”按钮或拍急停。用鼠标点击夹轮器控制界面上的“关闭夹轮器”按钮可关闭夹轮器，关闭到位后界面显示“xx夹轮器关闭”并呈红色（图3）。

图1 工作主界面

图2 夹轮器控制界面（夹轮器打开到位）

图3 夹轮器控制界面（夹轮器关闭）

在司机室控制模式下稳定打开夹轮器后，装船机在做出行走命令到动作响应的时间，比在自动控制模式下响应快2.5 s。

3.2.2 铁楔控制方式

铁楔定为在现场手动打开或关闭方式，当有大风天气时手动放下，大风险情解除后手动打开（图4）：手柄操作铁楔抬起和落下动作；手柄调整铁楔抬起适当位置后将此销插入，铁楔处于固定抬起位置，想落下铁楔时可将此销拔出，手柄调整铁楔落下后此销插入旁边空位孔即可。

图4 铁楔控制示意

4 结论

每台装船机的防风制动性能提升装置由8套夹轮器、2套液压系统、4套防风铁楔和1套电气控制系统组成。其中各套液压系统位于装船机的海侧或陆侧，分别控制4套夹轮器。电气控制系统嵌入装船机主系统，由装船机主系统控制所有的夹轮器的开闭。目前夹轮器系统采用自动控制方式，电动铁楔采用手动控制方式。防风装置自投入运行以来，在应对突风、大风天气时均表现出良好的动态和静态防风性能。通过对装船机制动性能改造，大大提高了装船机的防风性能，降低了装船机溜车的风险，减少设备安全隐患。