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電動防風鐵楔在大型港口機械的應用風險及技術改進方案

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電動防風鐵楔在大型港口機械的應用

                                 電動防風鐵楔在大型港口機械的應用風險及技術改進方案

摘 要:為保證港口起重機安全,應對陣風災害,許多港口碼頭對早年制造的大型港口起重機進行防風安全裝置改造,如加裝電動防風鐵楔和輪邊夾輪器等措施。本文探討了電動防風鐵楔的應用及其存在的安全風險,提出了相應的技術改進方案。實施該改進方案,大大提升了港口起重機的安全性,取得了明顯效果。

關鍵詞:港口起重機; 電動防風鐵楔; 安全風險; 技術改造

1 引言

我國大型港口機械大多布置在風災多發的沿海地區。通過對歷史上各港口風害事故的分析發現,

許多事故都是發生在港口起重機處于工作狀態(或臨時停車)時。由于工作狀態的起重機處于動態,不能及時移動到錨定位置,失去錨固裝置的保護,在風載和自身慣性的作用下,起重機較易沿軌道產生整機滑移,最終導致其與相鄰靜止的起重機相撞,或者與導軌端頭的端部止擋器相撞而發生脫軌或傾覆事故。港口起重機的防風重點應放在工作狀態防風。

2 電動防風鐵楔的結構及工作原理

大型港機的工作狀態防風、防滑制動是關鍵。由于夾輪器的制動效果受諸多因素影響,僅在大型港機上加配夾輪器難以確保在35 m/s的現場風力作用下不發生滑移。電動防風鐵楔結構簡單、易檢修、易安裝、防風能力強,既可以作為防滑制動裝置單獨使用,又能彌補夾輪器之不足,并且對軌道要求較低,對舊碼頭軌道的高低不平、彎曲等影響相對不敏感,適合舊起重機的防風改造。出于安全考慮,多數港口選擇對大型港口機械既加裝夾輪器又裝電動防風鐵楔裝置,進行防風的冗余保護。加裝電動防風鐵楔可不改變起重機的原結構, 通常成對使用,軌道同側行走輪沿2個行走方向反向相對排列,在軌道兩側對稱布置,1臺起重機上安裝2對。

目前各港口所用電動防風鐵楔主要由電力液壓推動器、杠桿、連桿、鐵楔組成。采用形狀合理的鐵楔以及高強度、高硬度的摩擦塊,利用楔形自鎖原理,保證整機的防風能力。其結構如圖1所示。

(1) 電動防風鐵楔被設計成通電時鐵楔被提起,斷電時鐵楔被放下。其動作原理如下:

(2) 鐵楔打開:當起重機大車需行走時,電動防風鐵楔通電,電力液壓推動器2得電動作,其推桿迅速升起,推動杠桿1(逆時針方向偏轉),帶動連桿3將鐵楔4提起,以便起重機大車可沿軌道正常行走。

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1.杠桿 2.推動器 3.連桿 4.鐵鍥 5.安裝板 6.手動裝置 7.鋼軌 8.輪輪

圖1 電動防風鐵楔結構

(3) 鐵楔落下:當起重機不行走時,行走機構斷電 ,(一定時間延遲滯后)電動防風鐵楔斷電,電力液壓推動器2的推桿在彈簧力的作用下下降,其推桿下降帶動杠桿1(順時針方向偏轉),連桿下降并將鐵楔放置在道軌上,進入鐵楔設置狀態。

鐵楔防風:在風力作用下,當起重機往鐵楔方向微小移動時,因鐵楔在制動彈簧的壓力和杠桿、連桿的聯合作用下保持不動,車輪滾壓在鐵楔上,輪壓使鐵楔上的摩擦塊與軌道接觸,從而產生足夠的摩擦力將車輪楔死,阻止起重機的滑移。

3 電動防風鐵楔的應用風險

采用電動防風鐵楔取代手動防風塞鐵,大大方便了操作,并且提高了工作效率和可靠性。但利用FMEA進行潛在的失效模式及后果分析后發現,該裝置在起重機大車行進時存在致命的潛在失效模式。當起重機大車沿軌道快速行走時,如果行進方向的電動防風鐵楔因故障而導致鐵楔意外下墜到軌道上,對行進中的起重機就形成單側阻擋。行進中的起重機在一側軌道受阻,另一側軌道上的門腿就可能被抬起,從而導致整機重心偏移,根據起重機積蓄的能量的不同,整機重心偏移可能發生如下2種情況[1]

(1) 如果起重機行進速度快,其能量足夠大,整機重心將偏移到大車基距以外,直接導致整機傾翻倒塌。

(2) 如果起重機移動距離比較短,速度較小,積蓄的能量也較小,那么起重機一側門腿被抬起的較低,整機重心尚未偏移出大車基距以外,此時,整機不至于傾覆,但由于整機重心被抬高,當整機重心落下時,門腿受到地面較大的沖擊力而喪失穩定性,輕則脫軌,重則導致起重機坍塌[2]

導致鐵楔意外下墜的原因主要有兩個方面,一是電氣控制線路故障引起的意外斷電,如線路接頭松脫、斷路或錯誤的斷電信號等造成電動防風鐵楔斷電,鐵楔下落;二是機械方面原因引起,如電力液壓推動器內部密封件老化、液壓元件損壞、油路故障等原因導致電力液壓推動器的推桿意外下落,使鐵楔下落。

根據潛在的失效方式和效果分析(EFMEA),盡管此潛在故障發生的頻率(O)不高,但是其嚴重度(S)極高,風險處于頂級,而且維修保養過程中的可檢測性(D)不高。所以此潛在失效模式(鐵楔意外下墜)的風險系數(RPN=S×O×D)很高,風險極大,應當采取措施減小風險。由于其可檢測性不高,依靠維修保養流程難以顯著降低此故障發生概率,只有采取技術改造方式才能徹底消除此潛在失效的安全隱患。

4 電動防風鐵楔的技術改進方案

為防止鐵楔在起重機行進過程中意外下墜,提高電動防風鐵楔安全性能,可行的改進方案是增加一個防墜安全保護裝置,見圖2。保護裝置結構如圖3所示,原理如下:

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1.防墜保護層 2.車輪 3.鐵鍥

圖2 加裝防墜保護裝置示意圖

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1.電磁鐵 2.底座 3.彈簧 4.掛鉤 5.推動器推桿

圖3 防墜保護裝置結構簡圖

防墜保護裝置主要由電磁鐵(電推桿)、底座、彈簧、掛鉤組成。利用電磁鐵的推桿和壓縮彈簧共同作用于掛鉤,電磁鐵的推力設計成大于壓縮彈簧的最大反力。當電磁鐵得電時,電磁鐵的推力推動掛鉤克服壓縮彈簧的阻力,使掛鉤逆時針方向偏轉一定角度,當電磁推桿失電時,電磁鐵的推力消失,壓縮彈簧推動掛鉤。

防墜保護裝置的工作原理可分解為以下3種狀況:

(1) 電動防風鐵楔提起過程:防墜保護裝置的電磁鐵斷電,在壓縮彈簧3作用下掛鉤4始終緊壓在電力液壓推動器的上銷軸上。隨著電力液壓推動器的推桿5上抬,掛鉤4的楔面與推動器共同作用使得掛鉤發生轉動,最終使推動器推桿上銷軸滑入掛鉤溝槽缺口位。

(2) 電動防風鐵楔放下(電力液壓推動器的推桿5正常落下)過程:電力液壓推動器的推桿5下落前,防墜保護裝置電磁鐵1得電,推動掛鉤偏轉到避讓角度,使電力液壓推動器失電下落。

(3) 電力液壓推動器意外落下過程:當電力液

壓推動器因電氣故障或機械故障發生意外下落時,電磁鐵1沒有得到通電指令,掛鉤4在壓縮彈簧的作用下始終緊壓在電液推動器的上銷軸上,并隨著銷軸的移動而偏轉。電力液壓推動器的上銷軸沿切面最終滑入掛鉤溝槽底部被鉤住,推動器推桿僅下落微小距離就被停止,鐵楔也被提住而停止下落。

另外,為保證防墜保護裝置的可靠性,還設置了2個探測探頭,偵測鐵楔是處在上位還是下位,并使其加入保護程序中,以防止誤動作和在故障時自動報警。

防墜保護裝置不影響電動防風鐵楔的正常功能,又能在起重機大車行進階段,確保防風鐵楔始終處于被提起狀態,即使電動防風鐵楔制動器遭遇意外斷電或機械部件磨損而引起電液推動器下墜,鐵楔也不會下墜至軌道頂面形成阻擋。這就徹底消除了鐵楔意外下墜帶來的隱患,保證了起重機的安全。

5 結語

我國港口起重機數量龐大,在《港口大型機械防陣風防臺管理規定》頒布之后,沿海許多港口選擇加裝電動防風鐵楔對大型港機進行防風改造。但鐵楔意外下墜的安全風險較大,應采用相應技術改造徹底消除安全風險。通過對某港口安裝防墜保護裝置的2臺電動防風鐵楔的實驗表明,當起重機行進過程中電動防風鐵楔因故障而導致意外下墜時,鐵楔不會下落到軌道頂面上,僅下落微小距離就被安全鉤鉤住。此試驗裝置已使用超過半年時間,其功能可靠,運行良好,徹底消除了起重機被鐵楔絆倒的風險,該技術改進方案可供其他設備借鑒。

                                                            河南華研起重機安防科技研發有限公司

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