門式啟閉機小車防風抗滑裝置優化改造淺析

許 小 明

(四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091)

1 概 述

某水利樞紐電站進水口EL.885.4平臺布置有一臺雙向門式啟閉機，主要由門架、小車、回轉吊、大車運行機構等組成，一套液壓自動抓梁和一套機械自動抓梁為門機附屬設備。小車主要由起升機構、運行機構、小車架、機房、吊具、3 t檢修吊、防爬器、電纜滑車裝配等組成，控制臺位于門機主司機室，主要用于啟閉進水口檢修閘門，當快速閘門檢修時起吊快速閘門及其液壓啟閉機。

2 改造背景

進水口雙向門機小車主要依靠防爬器防止風載、振動滑移。小車運行機構目前配備有兩套電動防爬器，對角安裝于行走輪端面，結構形式(圖1)。

圖1 防爬器結構

2.1 設備存在的問題

正常情況下，通電工作時，防爬器鐵楔在電力液壓推動器作用下被提起離開軌面，此時小車可以行走。停車時(即斷電)，鐵楔自動落下，當小車被風吹動時，車輪壓在鐵楔上，使小車無法移動，收到防風制動效果。該雙向門機投運已12年，經歷過“5·12”地震的考驗。小車防爬器安裝于EL.907高程，長期處于室外環境，受風吹、日曬、雨淋等惡劣天氣影響，自動控制系統部分元器件已出現老化、失靈等問題，導致設備運行狀態極不穩定。在日常使用過程中，經常出現斷電后防爬器鐵楔仍長時間脫離軌面的現象，未能起到防風制動效果。由于防爬器安裝于臨邊、懸空位置，檢查維護難度大、風險高。為確保小車工作安全，有時不得不派專人前往小車軌道平臺監視防爬器工作狀況。這不僅給設備運行維護帶來極大不便，也存在一定的安全隱患。另外，該水利樞紐進水口引水發電隧洞和沖砂放空隧洞均為高水頭壓力隧洞，高流速過水沖擊造成進水塔存在明顯的振動現象，使得雙向門機長期處于振動環境。小車安裝于門機頂部，還要經常遭受壩區強風侵襲，而地震因素也是個不能不考慮的問題。由此可見，該雙向門機小車運行環境十分復雜，確保其狀態穩定可靠就顯得尤為重要。

2.2 設備改造的必要性

完善的防風安全裝置，可以在起重設備工作狀態下，防御突然陣風、振動等外部環境的侵襲而起到保護作用，同時也可起到起重設備非工作狀態下安全防風自動保障的作用。據了解，國內外由于未裝防風抗滑裝置或裝置性能不佳、失靈導致起重設備被大風吹走，造成跑車、撞車、翻車的嚴重事故時有發生。特別是近年來異常氣候增多，極端天氣頻發，對于這種安全保護裝置更應給予足夠重視。考慮小車防爬器出現的問題，結合設備復雜的運行環境，對雙向門機小車防風抗滑裝置做進一步改造完善十分必要。

3 改造分析

3.1 改造思路

起重設備的防風抗滑裝置主要有錨定裝置、夾軌器、防爬器等。錨定裝置屬于靜態的防風裝置，能夠在設備停止運作的時候發揮良好的安全保障作用。但錨定座一般安裝于永久固定臺面，門機主梁顯然不適合安裝。防爬器、夾軌器作為常用的防風安全裝置，技術成熟，使用廣泛。防爬器屬于壓軌式防風裝置，是利用起重設備的一部分重力壓在軌頂上，通過其間摩擦力來達到止動作用的，其對起重設備沿軌道方向的滑移阻止效果比較明顯，而橫向抗振效果較差。而夾軌器是通過夾鉗夾住軌道頭部兩側，利用夾緊力、防滑力來阻止起重設備的移動，可有效防止起重設備在遭受垂直軌道方向的強烈載荷沖擊下可能出現的傾覆、脫軌等現象的發生。

門機小車現安裝有兩套防爬器，但運行狀態不夠穩定。除了防爬器，還設有極限行程開關及緩沖碰撞裝置，但它們都主要起到限制小車沿軌道的行程，對垂直軌道方向的沖擊抵抗能力弱。結合不同防風安全裝置的特點，可考慮在將原防爬器修復完好的基礎上，增加兩套夾軌器，與小車已有防風裝置形成優勢互補，以起到多重保障的作用。根據上述思路，可進行以下改造：針對狀態不穩定的兩套防爬器，對其進行徹底地檢查、檢修處理，更換老化、受損的元器件，對金屬結構件進行清理維護，確保防爬器能正常工作；同時，結合設備結構，在小車運行機構另外兩個端面，選型安裝兩套夾軌器。

3.2 夾軌器選型

3.2.1 常用夾軌器型式

夾軌器的常用型式主要有電動彈簧式、液壓彈簧式和手動式。前兩種屬于自動防風裝置，構造較為復雜，自重大，成本較高，多用于大型起重設備；手動式夾軌器屬于非自動防風裝置，結構緊湊，維修方便，但操作麻煩，大多是靠人力擰緊螺桿使夾鉗產生夾緊力，多用于中小型起重設備。

3.2.2 夾軌器防滑力計算

根據實際需要，夾軌器按照防滑力的大小不同劃分了多個等級。夾軌器防滑力一般由起重設備重量，參考迎風面積、現場風載荷、軌道坡度及摩擦阻力等數據來定。夾軌器應保證其防滑力足以使起重設備在非工作狀態的順坡、最大風力作用下保持不動。按單臺夾軌器防滑力為Ff計算，兩套夾軌器防滑力為2Ff，其應滿足公式：

2Ff≥1.1Fw+Fx-Fm

(1)

式中Ff為單臺夾軌器防滑力(N)；Fw為非工作狀態下作用在起重設備上的最大風力(N)；Fx為在軌道最大坡度時，由起重設備自重產生的下滑力(N)；Fm為起重設備的運行摩擦阻力(N)。

風力Fw計算公式為Fw=PM

(2)

式中P為風壓值，N/m2；M為迎風面積(m2)。按工作現場可能出現的最大風壓，考慮極端天氣情況，按極值1 000 N/m2計算，小車迎風面積約75 m2，則Fw=1 000×75=75 000 N。

下滑力Fx計算公式為：Fx=iG

(3)

式中i為軌道坡度；G為起重設備自重(N)。小車軌道長為18 200 mm，縱向彎曲度為1/1 500，最大坡度可按1/800計算；小車總重量約114 t，自重為1 140 000N，則Fx=1 140 000×1/800=1 425 N；

運行摩擦阻力Fm計算公式為：Fm=μG

(4)

式中μ為摩擦阻力系數，對滾動軸承，μ可按0.006計算，則Fm=0.006×1 140 000=6 840 N。

由 此 可 算 出，Ff≥(1.1×75 000+1 425-

6 840)/2=38 542.5N≈39 kN，即單臺夾軌器防滑力應不低于39 kN。

3.2.3 夾軌器適用性分析

按單臺夾軌器防滑力不低于39 kN進行選型，液壓式、電動式、手動式夾軌器均有可供選擇的型號。由于小車運行機構端部實際安裝空間限制(沿軌道方向長度不大于700 mm、垂直軌道橫向寬度不大于900 mm、安裝高度不受限)，液壓彈簧夾軌器尺寸過大，不具備安裝條件。綜合比對電動彈簧夾軌器、手動夾軌器的適用性，其中：電動彈簧夾軌器通過電氣連鎖控制，對中性好，抗風能力強，操作簡便，但其自動控制系統元器件仍然處于露天環境，運行時間久了易老化受損，可能導致設備性能不夠穩定，或再次面臨不斷維修或更換的境地；手動夾軌器雖然使用不夠方便，但其結構簡單、性能可靠、維修率低，適合在中小型起重設備上使用。各自的結構特點見表2：

3.2.4 夾軌器型式選擇

鑒于小車安裝高程以及運行環境，選用夾軌器應優先考慮使用穩定可靠性。該雙向門機小車重量相對較輕，且其運行存在明顯的時段性，使用頻次不高，當有檢修任務時可能會連續使用，但遇到進水口檢修工作比較少的年份，大部分時間都是處于靜止備用狀態，這意味著不需要經常進行小車夾軌器松軌夾軌操作，對人員工作量不會造成太大影響。綜合種種因素，可考慮選擇安裝手動夾軌器，其安裝簡便，不需要對小車運行機構其它部位做改動，且使用壽命長，維護簡單，造價低，防滑力足夠，可滿足門機小車防風抗滑安全需求。

3.3 改造效果分析

該優化改造方案若得以實施，門機小車將有兩套電力液壓防爬器和兩套手動夾軌器，形成防風抗滑雙保險。小車操作前，人工進行夾軌器松軌；通電后，推動器上提防爬器鐵楔離開軌道，小車可以行走。斷電后，防爬器鐵楔自動落下阻止車輪轉動；門機作業結束后，人工操作夾軌器夾緊軌道。通過防爬器和夾軌器共同作用，可有效防止振動或風載引起小車橫向或縱向偏移。當防爬器狀態不穩定不能正常工作時，還有夾軌器可以起到保護作用，避免小車出現毫無防風抗滑裝置的狀態。該改造方案可應對極端環境下門機小車的防風抗滑要求，確保設備安全可靠運行。

4 后續注意事項

進水口雙向門機小車防風抗滑裝置若采用上述方案進行改造優化，將會增加新的安全設施，門機相關技術參數就發生了變化，操作流程、安全注意事項等也應做出改變。因此，在后續工作中，要及時對設備技術標準、運行規程等進行修訂。同時，做好人員的安全操作培訓工作，要求熟練掌握門機安全操作規程，將“每次操作小車前后，檢查確認小車防風抗滑裝置狀態”作為必須執行的安全措施，列入門機操作票，以防人員誤操作。另外，可以進一步研究在防爬器、夾軌器或運行機構其它位置增加監測信號裝置的可行性，將采集到的信號納入門機監控管理系統，以對防風抗滑裝置運行工況進行實時監測。通過多措并舉，確保人和設備工作的安全性和可靠性。

5 結 語

針對防風抗滑裝置出現的問題，需要結合設備運行實際情況，不斷在實踐中研究摸索，實施更加優化、有效的改造措施。某水利樞紐工程門式啟閉機小車存在防風抗滑裝置性能不佳的問題，給設備的運行帶來了一定的安全隱患。通過實踐證明，在小車原有防爬器的基礎上，新增兩套手動夾軌器的優化改造方案，通過采用多種安全裝置共同保障的模式，可有效增強門機小車防風抗滑能力，有力提升設備設施性能狀態。