淺析港口裝卸作業(yè)起重機(jī)的防滑抗風(fēng)裝置

蔣欣祎

（南京港口機(jī)械廠經(jīng)營部，江蘇南京 210031）

0 引言

港口裝卸作業(yè)起重機(jī)（以下簡稱港口起重機(jī)）包含門座式起重機(jī)、集裝箱裝卸橋、裝船機(jī)、卸船機(jī)等。它們是港口裝卸作業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備，擔(dān)負(fù)著港口作業(yè)中船和場之間的貨物轉(zhuǎn)移的重要任務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各港口對港口起重機(jī)投入也越來越加大了。因此保證這些機(jī)械的安全尤為重要。這些機(jī)械設(shè)備一旦遭到破壞將會嚴(yán)重影響港口的安全生產(chǎn)，甚至港口癱瘓。國內(nèi)外因風(fēng)災(zāi)造成港口起重機(jī)傾覆事故頻有發(fā)生。如1996年湛江港因遭15號臺風(fēng)襲擊，導(dǎo)致16臺港口起重機(jī)傾覆，成為建國后最大的港口災(zāi)難；某年某國的一個港口因大風(fēng)將一臺岸橋吹得滑移，越滑越快撞向第二臺，第二臺又撞向第三臺……產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，致使多臺岸橋傾覆；1991年7月青島港突發(fā)颶風(fēng)造成兩臺岸橋相撞倒塌，致使港口集裝箱作業(yè)停產(chǎn)半年。

以上案例究其原因有以下幾點(diǎn)：（1）作業(yè)過程中突發(fā)大風(fēng)使起重機(jī)失控；（2）在強(qiáng)風(fēng)突襲下，起重機(jī)上的防風(fēng)裝置被損壞或失靈；（3）管理不善，在強(qiáng)風(fēng)到來之前沒有采取合理的預(yù)防措施。

近年來我國因突發(fā)強(qiáng)風(fēng)造成起重設(shè)備損壞致使港口癱瘓的事件已有多起。因此無論是港口還是起重機(jī)制造廠都對防風(fēng)措施非常重視。我國在《起重機(jī)械安全規(guī)程》（GB6067）中明確規(guī)定“在軌道上露天作業(yè)的起重機(jī)，當(dāng)工作結(jié)束時，應(yīng)將起重錨定住。當(dāng)風(fēng)力大于6級時，一般應(yīng)停止工作，并將起重機(jī)錨定住，對于門座起重機(jī)等在沿海工作的起重機(jī)，當(dāng)風(fēng)力大于7級時，應(yīng)停止工作，并將起重機(jī)錨定住。”且在《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T3811）中規(guī)定“室外工作的軌道式起重機(jī)應(yīng)裝設(shè)可靠的抗風(fēng)防滑裝置，并應(yīng)滿足規(guī)定的工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)抗風(fēng)防滑要求。”并對各種裝置做了詳細(xì)的要求。

抗風(fēng)防滑裝置包含防滑防爬裝置、錨固裝置和車檔。

1 防滑防爬裝置

防滑防爬裝置主要包含防爬楔（鐵鞋）、行走制動器、夾軌器、液壓頂軌器、液壓輪邊制動器、電動液壓防風(fēng)鉄楔等。其中防爬楔為非工作狀態(tài)下的防滑防爬裝置；其余為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)均可使用的防滑防爬裝置。

1.1 防爬楔（鐵鞋）

這是一個簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的防滑裝置。每組臺車可配備多個。將防爬楔置于車輪下的鋼軌上，當(dāng)車輪滾動到防爬楔上的時候，由于防爬楔的作用車輪的滾動停止，車輪的滾動變成防爬楔與軌面的磨擦。依靠其強(qiáng)大的摩擦力將車輪楔死。多個防爬楔防滑效果的疊加遠(yuǎn)大于夾軌器、電動液壓鉄楔等。該裝置的缺點(diǎn)是需人工放置；不能與行走機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖。該裝置為常用裝置，只要是在軌道上運(yùn)行的起重設(shè)備幾乎都配備。

1.2 行走制動器

當(dāng)行走機(jī)構(gòu)不運(yùn)行時，依靠彈簧的作用制動器閘瓦將制動輪抱死，使其不能轉(zhuǎn)動。而制動輪又與減速器、開式齒輪、車輪連接，因此車輪也不能轉(zhuǎn)動。其缺點(diǎn)是工作狀態(tài)時突發(fā)于行走方向一致的強(qiáng)風(fēng)時，由于慣性太大，制動器不能及時制動。如改用慣性制動器便可克服這一缺點(diǎn)。

（1）慣性安全制動器的工作原理。利用速度反饋實(shí)現(xiàn)限速安全制動，當(dāng)與制動器花鍵軸的聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值時，實(shí)施制動，確保安全。（2）慣性制動器的工作過程。手動將常閉狀態(tài)下的制動器強(qiáng)制解除制動，設(shè)定為常開狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，控制制動錐上的插桿舌部在彈簧力作用下，鎖定在定位導(dǎo)向柱上，啟動電機(jī)后，電機(jī)軸（或變速器輸出軸）帶動制動器花鍵軸等部件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制動器轉(zhuǎn)速超過安全臨界速度時，配重砣在離心力的作用下，將插桿拔出，制動器的控制制動錐、下磨擦錐在制動彈簧作用下與磨擦錐環(huán)即刻鎖緊，使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)制動。制動器為必配裝置，只要是有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起重設(shè)備都必須配備。

1.3 夾軌器

港口機(jī)械所用的夾軌器通常為電動自鎖夾軌器，具有足夠的夾緊力，以保證沿大車運(yùn)行方向風(fēng)速為35m/s時，起重機(jī)不會移動。夾軌器與行走機(jī)構(gòu)之間連鎖，當(dāng)控制系統(tǒng)主電源切斷或大車運(yùn)行停止時，夾軌器能自動夾緊，并配有手動釋放裝置。該裝置能與行走機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖保護(hù)。該裝置為選配裝置。

1.4 液壓頂軌器

液壓頂軌器是用液壓千斤頂將起重機(jī)頂在軌道上。利用設(shè)備的自重在軌道上產(chǎn)生的滑動摩擦阻力來起到防爬作用。設(shè)備自重較大時采用該裝置效果較好。該裝置設(shè)有限位開關(guān)，能與行走機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖保護(hù)；采用常閉式設(shè)計(jì)，安全可靠；蝶簧施力制動；液壓站集中驅(qū)動釋放控制。該裝置的缺點(diǎn)是投入成本較大，且安裝較復(fù)雜。該裝置為選配裝置。

1.5 液壓輪邊制動器

液壓輪邊制動器是用液壓作為動力將行走車輪的輪邊夾緊，使車輪的轉(zhuǎn)動變成滑動，以增大運(yùn)行的摩擦阻力而達(dá)到制動的目的。該裝置設(shè)有限位開關(guān)，能與行走機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖保護(hù)。采用常閉式設(shè)計(jì)，安全可靠；蝶簧施力制動；液壓站集中驅(qū)動釋放控制。且該裝置通常每組車輪組配裝1～2套,安裝在從動車輪上。使用效果不太明顯。如需增加使用效果，則需增加安裝數(shù)量，又加大了成本的投入。該裝置的缺點(diǎn)是投入成本較大，且安裝較復(fù)雜。該裝置為選配裝置。

1.6 電動液壓防風(fēng)鉄楔

其工作原理同防爬楔。只是利用電動或液壓將防風(fēng)鉄楔置于車輪下，使車輪滾動變?yōu)樾▔K與軌面的滑動摩擦，以其強(qiáng)大的摩擦阻力而達(dá)到制動的目的。該裝置設(shè)有釋放限位開關(guān)，能與行走機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖。其缺點(diǎn)是當(dāng)起重機(jī)重新工作時，有時鉄楔很難從車輪下退出。該裝置為選配裝置。

2 錨固裝置

錨固裝置包含錨定裝置、防風(fēng)拉索，這兩種裝置均為非工作狀態(tài)下的抗風(fēng)防傾覆裝置。防滑防爬裝置只能抗風(fēng)速為35m/s以下的風(fēng)。當(dāng)風(fēng)速超過35m/s時，起重機(jī)的抗風(fēng)防傾覆就只能依靠錨固裝置了。可見錨固裝置在起重機(jī)安全保障中的重要性。

2.1 錨定裝置

根據(jù)錨定裝置結(jié)構(gòu)，該裝置可以有效地防止起重機(jī)在軌道上的滑移；由于有錨定銷將錨定板與錨定座銷住，能克服一定的上拔力，因此可以能防止起重機(jī)的傾覆。

該裝置與碼頭的防風(fēng)預(yù)埋件（錨定座）相配套，并與大車行走機(jī)構(gòu)連鎖，將起重機(jī)牢牢的固定在碼頭上。即使來襲強(qiáng)風(fēng)達(dá)到50～70m/s時，也可防止起重機(jī)滑移、傾翻，從而保證了起重機(jī)的穩(wěn)定性和安全。

錨定裝置，受力比較明確，主要是整個所受的風(fēng)載荷全部作用在錨定銷上，這個力通過錨定銷傳遞到碼頭的基礎(chǔ)上。由于其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，因此國內(nèi)外多數(shù)用戶和制造商都采用該裝置。

其缺點(diǎn)是由于碼頭基建施工有一定的誤差，錨定座的位置不可能安裝定位的非常準(zhǔn)確，同時起重機(jī)停機(jī)時也有一定的偏差，因此錨定銷和錨定座的銷孔就必須留有一定的間隙（通常為10～30mm），否則錨定銷就很難穿入錨銷孔內(nèi)。由于錨定銷和錨銷孔之間有一定的間隙，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)來襲時，起重機(jī)勢必會隨風(fēng)向和風(fēng)力的大小左右沖擊，這個沖擊力有可能會將錨定裝置中的某個零件損壞，而使整個裝置失去作用。

2.2 防風(fēng)拉索

防風(fēng)拉索是用鋼絲繩、螺旋扣等將起重機(jī)門架的四角與碼頭上的錨定座緊密牢固地鏈接起來。它可抵御12級以上的強(qiáng)風(fēng)，是防止起重機(jī)在強(qiáng)風(fēng)下傾覆的最后一道防線；是保證起重機(jī)安全不可或缺的一部分。

防風(fēng)拉索克服了錨定裝置中插板或銷與碼頭錨定座有間隙的問題，從而避免了在暴風(fēng)狀態(tài)下起重機(jī)的底部出現(xiàn)左右搖擺的現(xiàn)象，這樣防風(fēng)拉索就不會因?yàn)槠鹬貦C(jī)在水平方向發(fā)生位移而產(chǎn)生額外的拉力，保證了起重機(jī)的安全。當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)預(yù)報時，應(yīng)將起重機(jī)移到錨定和防風(fēng)拉索的位置，并將防風(fēng)拉索與碼頭上的錨定座緊密牢固地鏈接起來。

3 車檔

車檔不但是起重機(jī)大車行走的終點(diǎn)裝置，也是起重機(jī)工作狀態(tài)下防風(fēng)的最后一道屏障，所以千萬不可忽視。它投資不大，卻能起到重要的保護(hù)作用。筆者介紹一種新型車檔可有效防止突發(fā)強(qiáng)風(fēng)時起重機(jī)在工作狀態(tài)下的傾覆（見圖1）。

圖1 一種新型車檔

其原理是當(dāng)強(qiáng)風(fēng)沿軌道方向?qū)⑵鹬貦C(jī)以速度v沖向車檔時，前輪沿斜面上行，這時前輪正壓力加大，故摩擦阻力也加大了，同時起重機(jī)還要克服自身重量產(chǎn)生的下滑力，因此起重機(jī)的運(yùn)行速度降低，動能逐漸減小，最后與擋塊相撞。由于擋塊頭部設(shè)有較厚的緩沖橡膠又延長了碰撞時間。碰撞時間Δt的增加，使得碰撞力f的減小，從而使由碰撞力產(chǎn)生的傾覆力矩fh減小。

當(dāng)起重機(jī)的前輪上到擋塊斜面上時，機(jī)身傾斜使其恢復(fù)力矩的力臂增大，前輪上到擋塊斜面最高點(diǎn)時，恢復(fù)力矩的力臂增大到最大ΔL。這樣使其恢復(fù)力矩也增加到最大。由此可見，斜面的車檔可收到較好的防傾覆效果。推薦斜面的尺寸：L=2～4m；斜面傾角 α=15°～25°。

4 結(jié)語

起重機(jī)的抗風(fēng)防滑問題不僅僅是制造廠需要重視的問題，也要求碼頭設(shè)計(jì)和施工部門加以重視，同時使用部門也要加強(qiáng)抗風(fēng)防滑裝置的日常管理，定期檢查，防患于未然，才能保證起重機(jī)的安全生產(chǎn)。