摘 要： 介绍了厦门华夏国际电力发展有限公司嵩屿电厂 桥式抓斗卸船机工作状态防风系统存在的缺陷梗概，提出了具体的改进措施，用夹轨器替代防爬器，以提高卸船机防风的安全性。

1 简介

嵩屿电厂卸煤设备为两台 1400t/h 型牵引式桥式抓斗卸船机（如图 1 ），这是一种高效非连续的、自动化程度相对较高的散装货物卸船机械，主要由大车行走机构、小车运行机构、起升机构、开闭机构、俯仰机构和接料系统等六大机构组成一个完整的工作体系。

图1 桥式抓斗卸船机外观图

1 ．后大梁 2.斜拉杆 3.漏斗梁 4.漏斗 5.副司机室） 6.司机室 7.抓斗 8.主小车 9.后拉杆 10.起升（闭合）滑轮组 11.起升（闭合）滑轮组 12.俯仰机构 13.起升闭合机构 14.小车运行机构 15.机器房 16.小车夜压张紧装置 17.副小车

卸船机防风装置分为工作状态和非工作

状态两种，夹轨器、防爬器和顶轨器等装置规定为工作状态下的防风装置；锚定装置和防风系缆装置规定为非工作状态下的防风装置，本文着重分析工作状态的防风装置。 防风系统工作的可靠程度，将直接影响卸船机的安全运行，特别是沿海地区风大，台风频繁，防风系统是个至关重要的安全保障。 1991 年 7 月 19 日凌晨 4 时，青岛港集装箱码头一台岸边集装箱起重机在作业中刚卸下一个集装箱，即被突发狂风吹动，司机开倒车制动，码头上的工人拿木头和铁块塞轮子都无济于事。该机被风吹行 80 多米，撞上另一台岸边集装箱起重机，两台起重机同时倒塌，造成司机一死一伤；嵩屿电厂的两台卸船机，虽然其非工作状态时的防台锚定装置和 防风系缆装置 很可靠，对可预见性的台风在登录以前可以提前采取非工作状态的锚定固定措施，起到防台效果，但是它在工作状态下的防风系统设计不合理，在不可预见的瞬间大阵风突袭时，防风效果不好，曾经先后两次出现过在现场作业时，来不及采取防台锚定措施，被突如其来的旋风刮着跑，导致两台卸船机对撞，撞坏了轨道尾端的机械防护挡块，对卸船机运行带来极大安全隐患。

本文就是针对嵩屿电厂桥式抓斗卸船机防风系统的缺点，提出了换型改造的具体措施。

2 原防风系统的结构特点及存在缺陷分析

嵩屿电厂卸船机原防风系统采用防爬器，从使用效果来看 , 存在着明显的抗风能力不足的缺点。

2.1．防爬器的结构特点及工作原理

 

图2 防爬器结构原理图

1.轨道终端挡块 2.轨道 3.防爬器 4、10.联锁限位 5、11.钢丝绳及滑轮6、12.电力液压推动器  13.压力轮 7、14.弹簧 8、15.铁鞋 9 .轨道

防爬器由电力液压推动器、钢丝绳及滑轮、拉伸弹簧和铁鞋组成，防爬器的结构组成如图 2 所示，其工作原理如下：

卸船机防爬器安装在大车行走机构的台车组之间，在 电力液压推动器的作用下 ， 落在轨道面上的铁鞋 被 提起或放下，起到阻止行走轮的滑动或滚动的作用。凹形铁鞋 上有 压力轮 ， 它们之间有一定的间隙。凹形铁鞋通过挠性件挂在上端的电动液压推动器杆上，当运行电机工作时，液压推动器也工作，将铁鞋提起离开轨面，此时， 卸船机大车 可以运行；当 卸船机大车 停止运行（即断电）时，铁鞋自动落在轨面上，和 台车组 是浮动连接。当 卸船机 在风力作用下移动时，铁鞋不动，压力轮沿着铁鞋斜面爬坡，压力轮对铁鞋的垂直压力使铁鞋与轨面产生了摩擦力，从而达到 一定的 防风抗滑作用。

2.2．防爬器防风系统的主要缺点

原防爬器防风系统主要存在以下缺点。

2.1.1．受卸船机大车行走轨道的制约过大

由于 防爬器防风时是落在轨道面上，对轨道的高低差、直线度、接缝的平滑度、与驱动机构制动器配合提出了极为苛刻的要求，特别是受到 轨道波浪度的影响，有时会发生压力轮压不上铁鞋的情况， 直接 影响使用效果。 而且，防爬器的摩擦片落在轨面上，产生被动的摩擦阻力，并且摩擦面极易磨损，一方面摩擦片与轨面的摩擦阻力小，另一方面伤害轨道。

2.1.2 防风效果欠佳

嵩屿电厂卸船机基本参数如表 1 所示。

表1 嵩屿电厂卸船机基本参数

设备型号	1400t/h/ 卸船机
行走轮总数	32
驱动轮数	16
平均轮压	343.75KN
整机自重	1100t
计算迎风面积	1000  m 2

单个车轮抗风阻力： 在从动轮 未装任何防风设施（如夹轮器）的条件下，每个车轮 抗风阻力： FRc= μ N= 0.02 × 343.75KN  =6.875kN

式中：μ——车轮与轨道之间的滚动摩擦系数，计算取值为 0.02 ； N 为轮压，见表 1

单个防爬器抗风阻力： 据试验，该种型式防爬器单台抗风阻力 FRc=85.94kN ；

主动轮理论总抗风阻力：

FRW 主动轮  =n × FRc=16 × 6.875=110 kN ；

从动轮理论总抗风阻力：

FRW 从动轮  =n × FRc=16 × 6.875=110 kN ；

防爬器理论总抗风阻力：

FRW 防爬器  =n × FRc=2 × 85.94=171.88 kN ；

主 动轮可靠总抗风阻力：

FR 主动轮 =FRW ×ψ =110 × 1=110 kN ；

从动轮可靠总抗风阻力：

FR 从动轮 =FRW ×ψ =110 × 1=110 kN ；

防爬器可靠总抗风阻力：

FR 防爬器 =FRW ×ψ =171.88 × 0.6=103.1 kN ；

总可靠总抗风阻力：

FR 总  = FR 主动轮 + FR 从动轮 + FR 防爬器 =110+110+103.1

=323.1 kN ；

整机可抵抗风速：

 

式中： C ——风力系数，取 1.2 ；

      Kh ——高度变化系数，取 1 ；

      A ——计算迎风面积， m 2 ；

      FR ——防风装置产生的可靠总抗风阻力， FR= FR 总 见表 2 ；

       V ——可抵抗风速 

由此可见，原卸船机防爬器所能产生的抗风能力在 20.8~24.4  m / s 范围内，相当于 9 级风，其抗风能力严重不足。

表2防爬器整机工作状态下抗风能力分析

防风装置及有关参数		抗风能力
防风 装置	台 数 n	单台抗风阻力 FRc （ kN ）	理论总抗风阻力 FRW （ kN ）	可靠性系数 ψ	可靠总抗风阻力 FR （ kN ）	可抵抗风速 v （ m / s ）
主动轮	16	6.875	110	1	110
从动轮	16	6.875	110	1	110
防爬器	2	85.94	171.88	0.6	103.1
合计					323.1	20.9

表3 蒲福风力等级表

风级	名称	风速 (m/s)	(km/h)	陆地地面物象	海面波浪
0	无风	0.0-0.2	<1	静 , 烟直上	平静
1	软风	0.3-1.5	1-5	烟示风向	微波峰无飞沫
2	轻风	1.6-3.3	6-11	感觉有风	小波峰未破碎
3	微风	3.4-5.4	12-19	旌旗展开	小波峰顶破裂
4	和风	5.5-7.9	20-28	吹起尘土	小浪白沫波峰
5	劲风	8.0-10.7	29-38	小树摇摆	中浪折沫峰群
6	强风	10.8-13.8	39-49	电线有声	大浪白沫离峰
7	疾风	13.9-17.1	50-61	步行困难	破峰白沫成条
8	大风	17.2-20.7	62-74	折毁树枝	浪长高有浪花
9	烈风	20.8-24.4	75-88	小损房屋	浪峰倒卷
10	狂风	24.5-28.4	89-102	拔起树木	海浪翻滚咆哮
11	暴风	28.5-32.6	103-117	损毁重大	波峰全呈飞沫
12	飓风	>32.6	>117	摧毁极大	海浪滔天

2.1.3故障率高

卸船机大车在行走过程中，当风力稍微变大，制动器制动效果出现偏差导致与防爬器的配合失步，铁鞋上的 挠性挂件 被风吹动产生晃动漂移，出现了无需防爬器下落防风 抗滑 却卡住压力轮的现象（即相对惰走），起到了反作用效果，影响卸船机的安全运行。这样就需要频繁性地调节驱动机构制动器的制动力，以消除其漂移产生的惰走卡轮现象；另外，由于拉升弹簧的频繁动作，很容易产生弹簧老化失效甚至断裂，需要经常更换弹簧及悬挂钢丝绳。

3  防风系统改造

3.1.   防风系统的选型

除了防爬器外，图 3 所示是卸船机常用工作状态主要防风装置。

嘉兴电厂顶轨器 宁海电厂抱轮器 嵩屿电厂夹轨器

图3 工作状态主要防风装置

经过对国内各发电厂同行的调研，通过细致的比较分析，防爬器经过以上的解析，确定已经满足不了嵩屿电厂卸船机工作状态防风的需要；顶轨器虽然防风能力不错，但它对轨道和卸船机钢结构的伤害比较大；单独使用抱轮器需要所有的从动轮都要安装，故障点太多，影响卸船效率。因此，夹轨器所具备较多的优点结合嵩屿电厂卸船机大车轨道的现场实际，决定把夹轨器作为防爬器换型改造的实施对象，通过对国内各种夹轨器的型号进行分析比较，最后把夹轨器选型为 YJA800型。

3.2.YJA800型夹轨器的优点及工作原理

3.2.1.YJA800型夹轨器的优点

图 4 为 YJA800 型夹轨器结构图，它是利用 夹钳自动夹住轨道 侧面 ， 产生主动的摩擦阻力，夹钳摩擦块齿与轨道侧面的摩擦阻力大（μ一般取 0.2 ，根据试验研究，摩擦齿块未磨损和夹持状态良好的情况下，μ可达 0.5 ～ 0.8 ）， 达到 良好的 防风制动效果，并同时产生防侧翻效果 ，同时它也是卸船机在非工作状态下很好的辅助防风设施。 夹轨器以浮动形式与 卸船 机相连，便于轨道对中，可满足 卸船 机跑偏要求。 夹轨器液压系统带有手动泵，可在断电或发生故障的情况下应急使用。

图4 YJA800型夹轨器结构图

3.2.2.YJA800型夹轨器工作原理分析

夹轨器的夹紧是通过 弹簧压力 自动实现的 ，而松开夹钳靠液压缸 来实现 ，由液压泵站提供压力油，通过控制电磁 换向 阀使油缸工作。油泵与 卸船机控制回路 连锁 ， 当 卸船机 行走前先打开夹轨器，在夹钳口完全张开后，油泵电机被限位开关拉断（电磁阀仍通电状态），同时， 卸船 机行走电机联锁电路接通， 大车 开始行走。油泵电机断电后，液压系统因单向阀和电磁阀的保压作用，使夹钳总处在张开位置。但由于液压系统存在内泄漏， 液压系统的压力会逐渐下降，这时，蓄能器将给系统补偿压力损失，维持液压系统较长时间的压力稳定。当蓄能器不足以维持液压系统压力稳定时，系统压力下降到压力继电器设定的最低压力时，油泵电机工作，液压系统重新建立起稳定的压力；另外，当 夹钳张开后，经过一段时间， 由于液压系统的内泄漏导致压力降低，夹钳的 张开度会减少，减少到一定程度，限位开关 动作 ，会切断时间继电器并接通油泵电机，重新向油缸补油，使夹钳又恢复到完全张开位置 ， 此时限位开关又会切断油泵电机和接通时间继电器。 夹轨器闭合时 ，因时间继电器的延时作用 ，相对于运行机构断电延时闭合 ， 延时至运行机构完全停止后进行闭合并夹紧轨道。图 5 是夹轨器的液压系统图。

图5夹轨器液压原理图

1.蓄能器 2.压力表 3. 单向节流阀 4.油缸 5. 手动泵 6.单向阀 7.放油阀 8. 吸油口滤油器 9.电机 10. 齿轮泵 11.溢流阀 12. 压力继电器 13. 电磁换向阀

3.3. YJA800型夹轨器防风能力验证

3.3.1.理论验证

单个夹轨器抗风阻力： YJA800 型夹轨器出厂试验单台抗风阻力 FRc=400kN ；

主动轮理论总抗风阻力：

FRW 主动轮 =n × FRc=16 × 6.875=110 kN ；

从动轮理论总抗风阻力：

FRW 从动轮 =n × FRc=16 × 6.875=110 kN ；

夹轨器理论总抗风阻力：

FRW 夹轨器 =n × FRc=2 × 400=800 kN ；

主 动轮可靠总抗风阻力：

FR 主动轮 =FRW ×ψ =110 × 1=110 kN ；

从动轮可靠总抗风阻力：

FR 从动轮 =FRW ×ψ =110 × 1=110 kN ；

夹轨器可靠总抗风阻力：

FR 夹轨器 =FRW ×ψ =800 × 0.5=400 kN ；

总可靠总抗风阻力：

FR 总 = FR 主动轮 + FR 从动轮 + FR 夹轨器 =110+110+400

=620 k N ；

整机可抵抗风速：

 

比较表 2 和表 4 可见，改造换型后的夹轨器所能产生的抗风能力在 28.5~32.6  m / s 范围内，相当于 11 级风，其抗风能力大大提高。

表4夹轨器整机工作状态下抗风能力分析

防风装置及有关参数		抗风能力
防风 装置	台 数 n	单台抗风阻力 FRc （ kN ）	理论总抗风阻力 FRW （ kN ）	可靠性系数 ψ	可靠总抗风阻力 FR （ kN ）	可抵抗风速 v （ m / s ）
主动轮	16	6.875	110	1	110
从动轮	16	6.875	110	1	110
夹轨器	2	400	800	0.5	400
合计					620	29.0

3.3.2.实践检验

相对于防爬器的被动防风，夹轨器采用了主动夹紧防风的设计理念，其抗风能力强的显著优点在实际中得到了很好的验证。由于整个装置的动力源来自液压系统，机械力臂杠杆机构为刚性，消除了晃动漂移的负面影响，液压系统设计成熟，工作可靠，自改造安装投入运行至今半年多，故障率几乎为零，可以很好地应对突如其来阵风对卸船机安全运行的不利影响，起到了保人身保设备的效果。

4   结论

通过对嵩屿电厂桥式抓斗卸船机工作状态下的防风系统存在的缺陷进行深入分析，提出并实施了具体的换型改造方案，并经过理论的分析验证和实践检验，成功实现了换型改造，对火力发电厂的卸船机乃至其它港口起重行业的工作状态下的防风系统这一重点和难点工作起到一定的借鉴作用。

夹轨器与抱轮器结合使用，将会使卸船机的工作状态防风能力进一步加强，在今后的实际工作中，将根据具体情况进行分析探讨。经过实践证明，嵩屿电厂的工作状态的防风系统改造相当成功，从改造至今半年以来，几乎是零缺陷，夹轨器工作十分安全可靠，大大提高了卸船机的工作状态防风能力，通过撰写本文，把成功的经验共享，以飨读者。

参考文献:

[1] 机械设计手册编委会编著.机械设计手册.第3卷.北京：机械工业出版社，2004.

[2] 许耀昌，王昌禄，常晖.微机CAD软件工具与接口.北京：清华大学出版社，1994.

[3] 机械设计手册编委会编著.机械设计手册.第4卷.北京：机械工业出版社，2004.

[4] 关于新建、扩建、改建的沿海港口码头及其大型港口机械配置防风抗台装置的通知. 中华人民共和国交通部（交基发 C1996 ） 1041 号）.

[5]  风力等级划分标准(蒲福风级表) .国际气象组织.

[6]  GB3811 — 83 .起重设计规范.

作者：翁春华