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基于岸边集装箱起重机防风设计探讨

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：孙明亮1 赵海辉2 闫建3

[导读] 摘要：近年来，由于岸边集装箱起重机经常性遭受风灾侵袭，这给码头用户带了巨大影响。

        青岛前湾联合集装箱码头有限责任公司山东青岛 266000
        摘要：近年来，由于岸边集装箱起重机经常性遭受风灾侵袭，这给码头用户带了巨大影响。为确保码头的生产效率及生产质量，则需提升起重机的防风抗滑性能，并做好防风设计工作。基于此，本文首先分析了风灾成因，并就如何做好岸边集装箱起重机防风设计工作展开讨论，以期能够从根本上提升岸边集装箱起重机的抗风灾能力，增强码头用户的抗风灾信心。
        关键词：岸边；集装箱；起重机；防风设计
        1.风灾破坏成因
        暴风引发的事故仅在2018年就发生了多起。2018年6月，国内一码头遭受12级暴风侵袭，致使5台起重机倒塌，部分船只受损；2018年9月，21号台风飞燕登录日本本州，致使多台码头起重起倒塌；其次，还有多地发生了暴风事故，如意大利的利热那亚、南非的伊丽莎白港等。事故过程中，当起重机处于工作状态，在锚固板未锚入坑位时，若码头遭受暴风侵袭，起重机就会向大车轨道方向滑移并失速撞到相邻起重机、码头设施，甚至损毁机器设备。当起重机处于静止状态时，主要面临两种情形，一种为防风拉锁及锚定板等防风设备已锚入坑位，一种为防风拉锁及锚定板等防风设备尚未锚入坑位，第一种情形下，将面临防风拉锁、预埋件被连根拔起的问题或防风拉锁被拉断问题，第二种情形下，将会出现类似于起重器工作状态下的问题。
        1.1港口设计与起重机设计依据的标准不同
        港口设计与起重机设计依据的标准不同。一般而言，建设码头时所选用的分包商与起重机设备的分包商会属于不同公司，且两者之间也不存在任何直接联系，这是导致部分码头防风地锚的承载能力与起重机防风拉锁抗拉能力不同的主要原因，尤其是20世纪建设的老码头，在其订单数量增加以后，其又购买了新的更大的港机设备。
        1.2飓风预报技术与码头飓风应急机制
        就当前情况来看，我国依然无法准确预报暴风时间，这是因为现阶段我国所使用的雷达及卫星定位系统难以捕捉到清晰地云层图像，尽管美国航空航天局使用“全球鹰”无人机观测平流层时取得了良好效果，但依然存在误报问题。为防止码头遭受风暴侵袭，就需建立一套规范化标准化的应急机制，这样方可有效避免人为因素导致的失误。
        2.岸边集装箱起重机防风设计
        2.1加强钢丝绳换绳工艺
        2.1.1钢丝绳缠绕系统
        由滑轮及钢丝绳组成可改变力、方向及速度的组件被称之为滑轮组卷绕系统。使用钢丝绳将卷筒及货物连接于一起，让钢丝绳依次通过每一个卷绕元件，这样方可形成一个完整的卷绕系统，该系统不仅可将回转运动转换成直线运动，同时其还可以改变运动的传递方向，转换运动形式、传递能量。卷筒绕出之后，将按以下路径缠绕：机器房后壁出绳罩——主起升机构卷筒——后大梁尾部的倾转/防挂舱系统滑轮——主小车架滑轮——吊具上架滑轮——返回主小车架滑轮——前大梁端部钢丝绳夹绳板。
        2.1.2单条钢丝绳换绳工艺
        当大梁处于水平状态时，方可起升起重机的钢丝绳，但此过程中，必须先降落起重机。起重机降落程序：打开俯仰机构的低速制动器——大梁上升0.1度——抬起俯仰安全钩——分离前大梁拉销及安全钩——降落大梁——大梁距离安全钩一定距离后，安全钩则可恢复正常状态——前大梁落至水平位置。

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换绳流程：（1）要保证钢丝绳完全放下，就需继续降落钢丝绳，直至吊具落地；（2）在吊具没有发生位移的情况下，若起重机继续下降，此时吊具卷尺的偏码器及变频器就会出现故障问题，如：吊具电缆卷盘变频器出现断线故障、吊具电缆卷盘起升允许故障、吊具电缆卷盘的变频器故障等；（3）当出现故障问题时，应立即关闭吊具电缆主电源开关，这样方可有效保护吊具电缆卷盘的电机及变频器，若强制关闭主电源开关，钢丝绳缠绕系统就会提示吊具电缆卷全主电源开关故障，此时只有强行断开此信号，才可继续松绳；（4）以更换内侧钢丝绳为例，设置卷筒的两端为钢丝绳的两头；（5）放下钢丝绳后，还需固定卷筒两端，松开卷筒上钢丝绳末端的压码，退下穿绕在卷筒上的钢丝绳并将其放平，这时则需从机房的专用孔拉出新的钢丝绳，并将旧钢丝绳一端的末端与新钢丝绳焊接与一起，将另一端从机房专用孔拉至起重机底部，此时新钢丝绳就会跟随旧钢丝绳缠绕至后翘的防挂舱系统、吊具、小车及前桥的滑轮上。当焊接部位回到当初的焊接位置时，方可剪断旧的钢丝绳，将新钢丝绳缠绕至卷筒上并压紧卷筒上的压码，重点需注意的是，必须保证缠绕在卷筒上的新的钢丝绳的长度与剪断的旧钢丝绳长度一致。
        2.2防风拉锁设计
        防风拉锁的作用在于抵挡暴风时岸边集装箱起重机4个角上的上拔力，防风拉锁作为起重机抗风灾过程中的重要组成部件，多数风灾事故中都会出现防风拉锁被拉断或者防风拉锁和码头锚桩同时被连根拔起的问题。
        2.2.1上拔力计算
        暴风状态下风的载荷决定了设计的防风拉锁的抗拉强度，计算上拔力时，不同规范与标准间也存在着较大不同。设计阶段，用户通常会直接指定最大风速，设计人员仅会根据此数据计算钢结构的载荷或者防风拉锁的抗拉强度，并不会区别对待。实际上，防风拉锁是决定起重机是否出现倾覆问题的重要部件，所以，为增强岸边集装箱起重机的防风效果，就应严格按照相关规范标准设计防风拉锁，这样方可有效避免机毁人亡等重大安全事故。
        2.2.2防风拉锁的结构形式
        过去，岸边集装箱起重机的体型都较小且风载荷也小，通常都会使用钢丝绳制成的环形防风拉锁，这样不仅可保证钢丝绳具有良好的绕性，还能确保水平方向的自由度。但由于钢丝绳的抗拉强度有限，随着船舶体型的不断变大，岸边集装箱起重机的体型也随之增大，进而钢丝绳已逐渐被具有较高强度的拉板所替代。某些码头及地区，设计的防风拉锁的单角的上拔力就高达1000吨以上，此种情况下，若仅在一个角使用一根防风拉锁，就需设计巨大的防风拉锁，但当防风拉锁体积过大时，就不便于安装、紧固，甚至会与大车驱动及大车的平衡梁结构相互影响，所以，此情况下就需在每一个角安装一对防风拉锁，这样不仅可有效解决上述问题，对结构而言又能确保两边均衡受力。但此情况下，当出现结构误差、码头预埋件误差时，就会出现两只防风拉锁受力不均衡问题；其次，受力状态下，很难呈现出两只防风拉锁与轨面完全垂直的理想状态。所以，当发生风灾时，通常都是一边的防风拉锁先受力，但当其被拉断后，另一边的防风拉锁在起作用，同样将会被拉断。
        2.3锚定装置设计
        当海陆侧的锚定装置的形状存在误差或者锚定坑的位置存在误差时，海陆侧锚定板进入锚定坑位后，大车滑移过程中必然有一边锚定板会先接触锚定坑，若一直保持单边受力，则很可能就会导致大车车轮脱轨风险，这时就需在锚定板上加设可使用螺钉固定的可调整垫片，这样方可有效避免海陆两侧出现不对称误差。其次，还需缩减锚定板与坑位间预留的间距，这样既可控制轨道上大车的滑移方向，也能确保防风拉锁时刻处于正确位置。但缩减预留间距之后，就需降低大车马达的电动转速，否则放锚定板过程中就会出现操作困难。
        2.4防爬靴设计
        风灾多始于岸边集装箱起重机的水平滑移，为提升其防风性能，则引入了防爬靴装置。设计防爬靴时，则需使用特殊摩擦材料增加其摩擦力，但在起重机自身轮压过小的情况下，一味地增加防爬靴的摩擦力并不能阻止岸边集装箱起重机水平滑移，所以需根据实际实际情况，合理设计防爬靴。
        结束语
        一直以来，岸边集装箱起重机防风问题都是业内的热点问题。为确保岸边集装箱起重机的防风效果，就需严格按照相关规范，根据起重机所在位置及环境计算其载荷，与此同时码头承包商及设备供应商也应及时沟通、交流，以确保码头基建设计能够与港机设备设计协调统一，除此之外，还需不断优化、改进防风拉锁、锚定装置、防爬靴等，以便从根本上提升岸边集装箱起重机的防风性能。
        参考文献：
        [1]李波，李星.岸边集装箱起重机防风设计研究[J].中国设备工程，2018（11）：177-178.