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电动防风铁楔在大型港口机械的应用风险及技术改进方案

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电动防风铁楔在大型港口机械的应用

                                 电动防风铁楔在大型港口机械的应用风险及技术改进方案

摘 要:为保证港口起重机安全,应对阵风灾害,许多港口码头对早年制造的大型港口起重机进行防风安全装置改造,如加装电动防风铁楔和轮边夹轮器等措施。本文探讨了电动防风铁楔的应用及其存在的安全风险,提出了相应的技术改进方案。实施该改进方案,大大提升了港口起重机的安全性,取得了明显效果。

关键词:港口起重机; 电动防风铁楔; 安全风险; 技术改造

1 引言

我国大型港口机械大多布置在风灾多发的沿海地区。通过对历史上各港口风害事故的分析发现,

许多事故都是发生在港口起重机处于工作状态(或临时停车)时。由于工作状态的起重机处于动态,不能及时移动到锚定位置,失去锚固装置的保护,在风载和自身惯性的作用下,起重机较易沿轨道产生整机滑移,最终导致其与相邻静止的起重机相撞,或者与导轨端头的端部止挡器相撞而发生脱轨或倾覆事故。港口起重机的防风重点应放在工作状态防风。

2 电动防风铁楔的结构及工作原理

大型港机的工作状态防风、防滑制动是关键。由于夹轮器的制动效果受诸多因素影响,仅在大型港机上加配夹轮器难以确保在35 m/s的现场风力作用下不发生滑移。电动防风铁楔结构简单、易检修、易安装、防风能力强,既可以作为防滑制动装置单独使用,又能弥补夹轮器之不足,并且对轨道要求较低,对旧码头轨道的高低不平、弯曲等影响相对不敏感,适合旧起重机的防风改造。出于安全考虑,多数港口选择对大型港口机械既加装夹轮器又装电动防风铁楔装置,进行防风的冗余保护。加装电动防风铁楔可不改变起重机的原结构, 通常成对使用,轨道同侧行走轮沿2个行走方向反向相对排列,在轨道两侧对称布置,1台起重机上安装2对。

目前各港口所用电动防风铁楔主要由电力液压推动器、杠杆、连杆、铁楔组成。采用形状合理的铁楔以及高强度、高硬度的摩擦块,利用楔形自锁原理,保证整机的防风能力。其结构如图1所示。

(1) 电动防风铁楔被设计成通电时铁楔被提起,断电时铁楔被放下。其动作原理如下:

(2) 铁楔打开:当起重机大车需行走时,电动防风铁楔通电,电力液压推动器2得电动作,其推杆迅速升起,推动杠杆1(逆时针方向偏转),带动连杆3将铁楔4提起,以便起重机大车可沿轨道正常行走。

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1.杠杆 2.推动器 3.连杆 4.铁锲 5.安装板 6.手动装置 7.钢轨 8.轮轮

图1 电动防风铁楔结构

(3) 铁楔落下:当起重机不行走时,行走机构断电 ,(一定时间延迟滞后)电动防风铁楔断电,电力液压推动器2的推杆在弹簧力的作用下下降,其推杆下降带动杠杆1(顺时针方向偏转),连杆下降并将铁楔放置在道轨上,进入铁楔设置状态。

铁楔防风:在风力作用下,当起重机往铁楔方向微小移动时,因铁楔在制动弹簧的压力和杠杆、连杆的联合作用下保持不动,车轮滚压在铁楔上,轮压使铁楔上的摩擦块与轨道接触,从而产生足够的摩擦力将车轮楔死,阻止起重机的滑移。

3 电动防风铁楔的应用风险

采用电动防风铁楔取代手动防风塞铁,大大方便了操作,并且提高了工作效率和可靠性。但利用FMEA进行潜在的失效模式及后果分析后发现,该装置在起重机大车行进时存在致命的潜在失效模式。当起重机大车沿轨道快速行走时,如果行进方向的电动防风铁楔因故障而导致铁楔意外下坠到轨道上,对行进中的起重机就形成单侧阻挡。行进中的起重机在一侧轨道受阻,另一侧轨道上的门腿就可能被抬起,从而导致整机重心偏移,根据起重机积蓄的能量的不同,整机重心偏移可能发生如下2种情况[1]

(1) 如果起重机行进速度快,其能量足够大,整机重心将偏移到大车基距以外,直接导致整机倾翻倒塌。

(2) 如果起重机移动距离比较短,速度较小,积蓄的能量也较小,那么起重机一侧门腿被抬起的较低,整机重心尚未偏移出大车基距以外,此时,整机不至于倾覆,但由于整机重心被抬高,当整机重心落下时,门腿受到地面较大的冲击力而丧失稳定性,轻则脱轨,重则导致起重机坍塌[2]

导致铁楔意外下坠的原因主要有两个方面,一是电气控制线路故障引起的意外断电,如线路接头松脱、断路或错误的断电信号等造成电动防风铁楔断电,铁楔下落;二是机械方面原因引起,如电力液压推动器内部密封件老化、液压元件损坏、油路故障等原因导致电力液压推动器的推杆意外下落,使铁楔下落。

根据潜在的失效方式和效果分析(EFMEA),尽管此潜在故障发生的频率(O)不高,但是其严重度(S)极高,风险处于顶级,而且维修保养过程中的可检测性(D)不高。所以此潜在失效模式(铁楔意外下坠)的风险系数(RPN=S×O×D)很高,风险极大,应当采取措施减小风险。由于其可检测性不高,依靠维修保养流程难以显著降低此故障发生概率,只有采取技术改造方式才能彻底消除此潜在失效的安全隐患。

4 电动防风铁楔的技术改进方案

为防止铁楔在起重机行进过程中意外下坠,提高电动防风铁楔安全性能,可行的改进方案是增加一个防坠安全保护装置,见图2。保护装置结构如图3所示,原理如下:

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1.防坠保护层 2.车轮 3.铁锲

图2 加装防坠保护装置示意图

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1.电磁铁 2.底座 3.弹簧 4.挂钩 5.推动器推杆

图3 防坠保护装置结构简图

防坠保护装置主要由电磁铁(电推杆)、底座、弹簧、挂钩组成。利用电磁铁的推杆和压缩弹簧共同作用于挂钩,电磁铁的推力设计成大于压缩弹簧的最大反力。当电磁铁得电时,电磁铁的推力推动挂钩克服压缩弹簧的阻力,使挂钩逆时针方向偏转一定角度,当电磁推杆失电时,电磁铁的推力消失,压缩弹簧推动挂钩。

防坠保护装置的工作原理可分解为以下3种状况:

(1) 电动防风铁楔提起过程:防坠保护装置的电磁铁断电,在压缩弹簧3作用下挂钩4始终紧压在电力液压推动器的上销轴上。随着电力液压推动器的推杆5上抬,挂钩4的楔面与推动器共同作用使得挂钩发生转动,最终使推动器推杆上销轴滑入挂钩沟槽缺口位。

(2) 电动防风铁楔放下(电力液压推动器的推杆5正常落下)过程:电力液压推动器的推杆5下落前,防坠保护装置电磁铁1得电,推动挂钩偏转到避让角度,使电力液压推动器失电下落。

(3) 电力液压推动器意外落下过程:当电力液

压推动器因电气故障或机械故障发生意外下落时,电磁铁1没有得到通电指令,挂钩4在压缩弹簧的作用下始终紧压在电液推动器的上销轴上,并随着销轴的移动而偏转。电力液压推动器的上销轴沿切面最终滑入挂钩沟槽底部被钩住,推动器推杆仅下落微小距离就被停止,铁楔也被提住而停止下落。

另外,为保证防坠保护装置的可靠性,还设置了2个探测探头,侦测铁楔是处在上位还是下位,并使其加入保护程序中,以防止误动作和在故障时自动报警。

防坠保护装置不影响电动防风铁楔的正常功能,又能在起重机大车行进阶段,确保防风铁楔始终处于被提起状态,即使电动防风铁楔制动器遭遇意外断电或机械部件磨损而引起电液推动器下坠,铁楔也不会下坠至轨道顶面形成阻挡。这就彻底消除了铁楔意外下坠带来的隐患,保证了起重机的安全。

5 结语

我国港口起重机数量庞大,在《港口大型机械防阵风防台管理规定》颁布之后,沿海许多港口选择加装电动防风铁楔对大型港机进行防风改造。但铁楔意外下坠的安全风险较大,应采用相应技术改造彻底消除安全风险。通过对某港口安装防坠保护装置的2台电动防风铁楔的实验表明,当起重机行进过程中电动防风铁楔因故障而导致意外下坠时,铁楔不会下落到轨道顶面上,仅下落微小距离就被安全钩钩住。此试验装置已使用超过半年时间,其功能可靠,运行良好,彻底消除了起重机被铁楔绊倒的风险,该技术改进方案可供其他设备借鉴。

                                                            河南华研起重机安防科技研发有限公司

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