裝船機行走機構防風制動性能改進

顧飛飛

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

裝船機是將煤炭等散料裝入貨船的大型裝卸設備。目前黃驊某碼頭常用裝船機原機設計的夾軌器的機械執行機構、摩擦塊都存在不同程度的老化，且單機設計自重較輕，對皮帶張緊力、料流沖力、突風沖擊等沖擊抵抗效果不佳，單機動態和靜態防風性能較差，裝船機作業時存在較大的安全隱患。由于夾軌器不能有效制動，將會出現如下的安全隱患：①只放下夾軌器做靜態防風措施時，一旦海面刮起風力較大的突風時，單機會發生溜車甚至碰撞事故；②在多風天氣結艙作業時，單機往往不會放下夾軌器，一旦海面刮起風力較大的突風時，單機也會發生溜車甚至碰撞事故；③發生溜車現象時，即使緊急拍急停或放下夾軌器時，也會因為風力較大和制動力不足等原因造成單機溜車不能得到有效遏制。

由于裝船機海陸兩側行走輪較多，在兩側安裝有夾輪器和電動鐵楔。夾輪器和電動鐵楔均為程序控制的自動化設備，不改變原行走機構及附屬部件，不影響設備的作業效率，具有安裝簡易、動力驅動時間快、夾緊力大且在無行走動作時可保持一直夾緊等特點，可以起到很好的動態防風作用。

1 夾輪器及電動鐵楔的工作原理

夾輪器設備是防止突風或大風天氣時裝船機溜車現象的保護裝置，每臺裝船機的防風制動性能提升裝置由8套夾輪器、2套液壓系統、4套防風鐵楔和1套電氣控制系統組成。其中每套液壓系統位于裝船機的海側或陸側，分別控制4套夾輪器。

（1）輪邊式液壓制動器（夾輪器）主要用于室外大中型起重機及港口裝卸機械工作狀態下的防風和非工作狀態下的輔助防風，在設備做靜態防風措施時，可與夾軌器、錨固器等防風裝置組合使用。輪邊制動器一般只用于被動車輪上，并進行直接制動，可有效防止被制動的車輪在風作用下產生滾動位移，其特點是：執行機構響應時間短，單機不做行走時可保持一直夾緊的狀態；常閉式設計，安全可靠；碟簧施力制動，液壓站集中驅動釋放；設置有限位開關，可進行聯鎖保護；高性能無石棉摩擦襯墊，摩擦系數高，對水和鹽霧（海水）不敏感。

（2）電動鐵楔采用電液推桿裝置，安裝在行走臺車最外側的兩端的行走輪上，得電時推桿連帶楔塊抬起，失電時推桿連帶楔塊降落。該裝置設有釋放限位開關，可進行聯鎖保護；具有手動釋放功能，維護方便；楔塊經特殊工藝處理，磨擦因數高、防腐性能好。

2 防風裝置性能提升設計計算

（1）計算假設及公式說明：主動輪及裝有夾輪器的車輪與軌道之間的滑動摩擦因數，計算取值為0.125（查手冊數值為0.12～0.15）；未裝任何防風設施的從動輪與軌道之間的滾動摩擦因數，計算取值為0.02；防風鐵楔與軌道之間的滑動摩擦因數，計算取值為0.3；主動輪上的電機電磁制動器或慣性制動器存在一定的不可靠因素，可靠因數選取0.7；從動輪純滾動摩擦，可靠因數選取為1。單機自重650 t，迎風面積550 m2；原機夾軌器因老化存在一定的制動失效性，比較計算時未考慮其制動因素，其可抵抗風速v的計算如下：

式中 C——風力系數，取1.6

Kh——高度變化系數，取1.4

A——計算迎風面積，m2（表1）

v——可抵抗風速，m/s

FR——防風裝置產生的可靠總抗風阻力，N

從表1可知，改造前6000T/H設備可靠總抗風阻力FR為372.64 kN。

表1 6000T/H設備改造前可抵抗風速

（2）本次防風性能改進，主要對未裝任何防風設施的從動輪進行改造。對未裝任何防風設施的從動輪進行改造，數量由4臺增加到16臺，相應地理論總抗風阻力FRW由14.4 kN增加到57.6 kN，則6000T/H設備可靠總抗風阻力FR由372.6 kN增加至725.4 kN，可抵抗風速由22.2 m/s增加至31.0 m/s。

3 設備安裝及應用

3.1 設備安裝

每臺裝船機的防風制動裝置由8套夾輪器、2套液壓系統、4套防風鐵楔和1套電氣控制系統組成：每套液壓系統位于裝船機的海側和陸側的行走臺車中間，分別控制4套夾輪器；夾輪器安裝在從動輪上，電動鐵楔安裝在行走臺車兩端最外側的行走輪上；固定板通過焊接固定在行走臺車鋼結構上，夾輪器和電動鐵楔通過螺栓安裝在固定板上；電氣控制系統嵌入裝船機主系統，由裝船機主系統控制所有的夾輪器的開閉。

目前對現場設備實際情況進行觀察，在突風或大風天氣時設備的防風性能大大提升，較好地提升了設備利用率，保障設備輸出的經濟效益。

3.2 應用情況

3.2.1 夾輪器操作方式

（1）自動控制方式。夾輪器隨裝船機行走和停止自動打開和關閉夾。當裝船機行走手柄做出行走命令后，夾輪器經過約3 s自動打開到位，夾輪器打開到位后裝船機實際做出行走動作。裝船機行走命令結束后延時30 s，夾輪器自動關閉。

（2）司機室控制方式。司機可在司機室新增加計算機HMI（Human Machine Interface，人機界面）上操作夾輪器的打開與關閉。在主界面（圖1）下點擊“夾輪器控制”按鈕進入夾輪器控制界面（圖2）。用鼠標點擊夾輪器控制界面上的“打開夾輪器”按鈕、可打開夾輪器，當夾輪器打開到位后界面顯示“xx夾輪器打開到位”并呈綠色（圖2）。此種控制方式下，無論裝船機是否行走動作，夾輪器始終處于打開狀態，直至在界面上點擊“關閉夾輪器”按鈕或拍急停。用鼠標點擊夾輪器控制界面上的“關閉夾輪器”按鈕可關閉夾輪器，關閉到位后界面顯示“xx夾輪器關閉”并呈紅色（圖3）。

圖1 工作主界面

圖2 夾輪器控制界面（夾輪器打開到位）

圖3 夾輪器控制界面（夾輪器關閉）

在司機室控制模式下穩定打開夾輪器后，裝船機在做出行走命令到動作響應的時間，比在自動控制模式下響應快2.5 s。

3.2.2 鐵楔控制方式

鐵楔定為在現場手動打開或關閉方式，當有大風天氣時手動放下，大風險情解除后手動打開（圖4）：手柄操作鐵楔抬起和落下動作；手柄調整鐵楔抬起適當位置后將此銷插入，鐵楔處于固定抬起位置，想落下鐵楔時可將此銷拔出，手柄調整鐵楔落下后此銷插入旁邊空位孔即可。

圖4 鐵楔控制示意

4 結論

每臺裝船機的防風制動性能提升裝置由8套夾輪器、2套液壓系統、4套防風鐵楔和1套電氣控制系統組成。其中各套液壓系統位于裝船機的海側或陸側，分別控制4套夾輪器。電氣控制系統嵌入裝船機主系統，由裝船機主系統控制所有的夾輪器的開閉。目前夾輪器系統采用自動控制方式，電動鐵楔采用手動控制方式。防風裝置自投入運行以來，在應對突風、大風天氣時均表現出良好的動態和靜態防風性能。通過對裝船機制動性能改造，大大提高了裝船機的防風性能，降低了裝船機溜車的風險，減少設備安全隱患。