一種新型起重機用自動啟閉防風裝置

于婷婷 韓中成 袁俊磊 汪 濤

青島海西重機有限責任公司

1 引言

岸邊集裝箱起重機、門式起重機等設備廣泛應用于碼頭、港口等沿海地區。起重機自身迎風面積大、面心高，所處環境風具有突發性、隨機性[1]等特征，風力突然襲時，因防風措施安裝不及時、不可靠而造成大型起重機傾覆的事故[2]時有發生，對生產安全和人身安全造成嚴重的威脅。因此，提高沿海或近海作業重大設備防風裝置的及時性、可靠性和安全性成為目前亟需解決的問題。

設計了一種自動啟閉的防風裝置，介紹其主要結構設計及安裝步驟、計算依據。該裝置能夠快速響應，可靠降低驟起、較大風力對設備的傾覆力，并依靠所受風力提供穩定力矩，有效提高設備在受到暴風侵襲時的安全性。

2 裝置主要結構設計

該裝置包括風速儀、卷揚機及其控制器、擋風板、擋風板加強板、導風板、支腿搖桿、連接板、配重等結構(見圖1)。風速儀聯動卷揚機控制器控制卷揚機收放鋼絲繩進而驅動擋風板、搖桿、導風板及配重結構。

1.風速儀 2.卷揚機控制器 3.卷揚機 4.帶支腿搖桿 5.配重 6.被保護物體圖1 裝置原理圖

擋風板設有風力吸納孔，邊沿通過加強板加強支撐，吸納孔背面設計有可折疊的導風板，在防風裝置打開時，風力自動吹開導風板，導風板通過其兩側的可折疊柔性材料拉緊，風向改變為向上方向。帶支腿搖桿兩端分別與擋風板加強板以及支座鉸接，工作時配合拉緊卷筒鋼絲繩，頂緊設備表面，使防風裝置四連桿結構保持穩定(見圖2)。

1.卷揚機控制器 2.加強板 3.擋風板 4.導風板 5.吸風口 6.配重圖2 擋風板設計

鋼絲繩固定座用于擋風板加強板與卷揚機鋼絲繩的連接。邊沿加強板兩端設置鉸接連接孔，用于與其他邊沿加強板、連接板、鋼絲繩固定座、配重等結構上的鉸接連接孔配合組成可變連桿裝置。配重與擋風板加強板最下部鉸接，當風停止后，卷揚機松鋼絲繩，靠配重重力向下拉，使得防風裝置整體閉合，貼緊起重機設備表面。

風速儀用于檢測風速，達到設定最大風速后聯動卷揚機控制器啟動卷揚機拉起裝置，達到設定最小風速后聯動卷揚機控制器啟動卷揚機，配合配重拉力放下裝置。

卷揚機控制器用于接收風速儀的輸入控制指令，將拉起或放下輸出指令傳遞給卷揚機，其開啟和關閉受風速儀輸出信號和配重位置信號控制。

卷揚機受卷揚機控制器控制啟動和關閉，是防風裝置的動力裝置。當收到卷揚機控制器的拉起指令后，卷揚機拉起防風裝置并自動鎖定卷筒，使得鋼絲繩在拉緊狀態，保持防風裝置四邊形連桿機構的打開狀態，帶支腿搖桿頂緊起重機設備表面；當收到卷揚機控制器的放下指令后，解除拉緊鎖定狀態，松弛卷筒上的鋼絲繩。此時防風裝置四邊形連桿機構由于自身重力和配重的作用而自動閉合，閉合后的防風裝置貼合被保護設備表面，即配重到達最低位置，聯動卷揚機控制器，關閉卷揚機，整個裝置處于閉合待工作狀態。

3 計算依據

對裝置導風板進行受力分析(見圖3)。風向與導風板表面夾角為A，假設水平風力為FW作用在面心O處，分解為平行于導風板表面的力Fw平行導風板和FW垂直導風板，Fw平行導風板=FW×cosA，FW垂直導風板=FW×sinA。

圖3 導風板受力分析1

由于Fw平行導風板只有摩擦力作用于導風板，此處忽略不計，只研究FW垂直導風板作用效果。

將FW垂直導風板繼續分解為水平方向作用力FW水平作用力和豎直方向作用力FW豎直作用力(見圖4)：

圖4 導風板受力分析2

FW水平作用力=FW垂直導風板×sinA=FW×sinA×sinA

(1)

FW豎直作用力=FW垂直導風板×cosA=FW×sinA×cosA

(2)

假設面心O與起重機傾覆邊豎直方向高度為H,與起重機傾覆邊水平距離為L，則無防風裝置時風傾覆力矩M傾1為：

M傾1=FW×H

(3)

安裝防風裝置后受到的風傾覆力矩M傾2為：

M傾2=FW水平作用力×H-FW豎直作用力×L=

FW×sinA×sinA×H-FW×sinA×cosA×L

(4)

當0°

4 結語

本防風抗臺裝置可依據風速實現實時自動啟閉，響應快速，通過改變風向為被保護設備提供豎直方向的穩定力，能有效降低驟起或長時間作用的大風對被保護設備的水平傾覆力，提高被保護設備在受到暴風侵襲時的安全性。