顧春衛(wèi)

中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司

1 引言

近年來，港口起重機(jī)受臺風(fēng)影響發(fā)生滑移甚至傾覆的事件時有發(fā)生，港口起重機(jī)的防風(fēng)問題備受關(guān)注。

港口起重機(jī)防風(fēng)措施有錨定裝置、防風(fēng)系纜、夾輪器、夾軌器等，其中錨定裝置是港口起重機(jī)最常見的防風(fēng)措施，如何正確地使用錨定裝置，值得探討、研究。

2 錨定裝置簡介及存在的問題

錨定裝置主要由主結(jié)構(gòu)、手柄、配重塊、錨定板等組成，碼頭上設(shè)置錨定座與之配套，在港口起重機(jī)受臺風(fēng)影響時，可防止設(shè)備沿軌道發(fā)生滑移(見圖1)。

1.主結(jié)構(gòu) 2.手柄 3.配重塊 4.錨定板 5.錨定座圖1 錨定裝置組成

通常情況下，為了使錨定板能夠便捷地插入錨定座，錨定板與錨定座開孔之間會留有15～100 mm的間隙。這個間隙，對整機(jī)的防風(fēng)措施有著很大的影響。

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定當(dāng)量時，錨定裝置發(fā)揮功能，錨定板貼近錨定坑，阻擋起重機(jī)發(fā)生滑移。錨定板與錨定座相對位置見圖2。

圖2 錨定板與錨定座相對位置圖

此時起重機(jī)已經(jīng)較初始狀態(tài)發(fā)生了細(xì)微滑移，距離等于原先錨定板與錨定座之間的間隙。發(fā)生滑移后，錨定裝置仍能正常工作，但會對防風(fēng)系纜造成影響，使得起重機(jī)沿軌道方向的水平力作用在防風(fēng)系纜上，可能造成防風(fēng)系纜的失效。

3 受力分析

3.1 錨定力計算

港口起重機(jī)錨定力與迎風(fēng)面積、整機(jī)自重、風(fēng)速、軌道坡度等眾多因素有關(guān)，現(xiàn)以1臺1 500 TPH橋式抓斗卸船機(jī)為例，在55 m/s風(fēng)速下計算錨定力，整機(jī)參數(shù)見表1。

3.1.1 非工作風(fēng)力計算

按照GB3811-2008，風(fēng)壓計算公式為[1]：

p=0.625v2

(1)

式中，p為計算風(fēng)壓，單位為Pa；v為計算風(fēng)速，單位為m/s。

另外，起重機(jī)的風(fēng)壓還需考慮高度系數(shù)，起重機(jī)非工作狀態(tài)風(fēng)載荷計算公式為：

PWⅢ=CKhpⅢA

(2)

式中，PWⅢ為起重機(jī)的非工作狀態(tài)風(fēng)載荷，單位為；C為風(fēng)力系數(shù)；Kh為風(fēng)壓高度變化系數(shù)(見表2)；pⅢ為非工作狀態(tài)計算風(fēng)壓，單位為Pa；A為起重機(jī)構(gòu)件垂直于風(fēng)向的實體迎風(fēng)面積，單位為m2。

表1 抓斗卸船機(jī)參數(shù)表

表2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

注：計算非工作狀態(tài)風(fēng)載荷時，可沿高度劃分成10 m高的等風(fēng)壓段，以各段中點高度的系數(shù)Kh(即表列數(shù)字)乘以計算風(fēng)壓；也可以取結(jié)構(gòu)頂部的計算風(fēng)壓作為起重機(jī)全高的定值風(fēng)壓。

按照上述風(fēng)壓計算公式，并且結(jié)合卸船機(jī)的迎風(fēng)面積，計算得出沿軌道方向的非工作風(fēng)力約2 200 kN。

3.1.2 錨定力的確定

卸船機(jī)所需的錨定力為：

FS=F1-F2+F3

式中，F(xiàn)S為錨定力；F1為非工作風(fēng)力；F2為摩擦力，F(xiàn)2=G×f=10 000×0.05=500 kN，其中G為整機(jī)自重，f為滾動摩擦系數(shù)，取0.05；F3為坡度力，F(xiàn)3=G×sinα=10 000×sin0.005=50 kN，其中α為軌道坡度，取0.005 rad。

經(jīng)計算，錨定力FS=2 200-500+50=1 750 kN。

3.2 防風(fēng)系纜受力分析

通常，在55 m/s的非工作風(fēng)情況下，很多港口起重機(jī)由于本身自重的原因，輪壓仍為正值，所以防風(fēng)系纜的設(shè)計載荷不會很大，多數(shù)在200～1 000 kN之間[2]。

但是如果錨定板與錨定座之間存在間隙，起重機(jī)會發(fā)生水平位移，導(dǎo)致使防風(fēng)系纜受力，并且發(fā)生形變(見圖3)。防風(fēng)系纜拉力FL=FS/sinθ，上文已經(jīng)計算1 500 TPH橋式抓斗卸船機(jī)的錨定力為1 750 kN，在錨定裝置不起作用時，防風(fēng)系纜的拉力是非常大的。防風(fēng)系纜發(fā)生形變，在形變量(ΔL)的許用范圍內(nèi)，對應(yīng)著一個卸船機(jī)的許用水平位移a，即錨定板與錨定座之間間隙。如果錨定板與錨定座之間間隙大于a時，會發(fā)生在錨定裝置起作用前就將防風(fēng)系纜或相關(guān)連接件拉壞的現(xiàn)象，起重機(jī)失去防傾覆能力，最后可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

圖3 防風(fēng)系纜受力圖

4 結(jié)語

錨定板與錨定座開孔之間的間隙不可避免，可以通過合理的計算，在此間隙內(nèi)增加鋼板，以減小設(shè)備的位移，防止因間隙過大而造成的傾覆事故。