防溜铁鞋在船厂大型起重机械抗风防滑中的应用研究.pdf

年 月第 期中国重型装备 .防溜铁鞋在船厂大型起重机械抗风防滑中的应用研究朱靖 张伟 刘海云 陈佳丽 吕叶萍(.中船第九设计研究院工程有限公司上海.广船国际有限公司广东 广州)摘要:基于主动轮刹车、夹轨器和锚定机构等常用防风抗滑措施在船厂大型起重机械防风抗滑应用中的局限性以及船厂锚地建设成本和区域设备干涉等原因起重机械在遇到突发强风时无法及时回到锚地故此类突发状况应采用合理方式紧急避险 本文首先分析近几年多起大风造成的事故处置情况然后针对目前船厂常用的抗风防滑措施进行剖析接着通过对比计算分析防溜铁鞋止滑能力在不同部署形式中的差异性 最后对防溜铁鞋抗风防滑的应用进行总结 关键词:船厂起重机械抗风防滑装置防溜铁鞋 中图分类号:.文献标志码:.:收稿日期:作者简介:朱靖()男高级工程师从事数字化和信息化技术在大型起重设备设计、制造、运维、故障监测及诊断中的应用研究 船厂大多建设于沿海、沿江地区常年受台风和强对流天气影响大型起重机械的抗风防滑措施一直受到重视和关注 可靠的抗风防滑措施应满足大型起重机械在空载、满载和应急情况等各种状态下都能符合抗风防滑要求 随着气象预报对于台风的预测准确性越来越高船厂可以提前做好防台准备工作提前将大型起重机械驶入锚地进行锚定和锚固因台风造成的损伤会相对较小 近年来极端气候形成的强对流天气多发因其突发性较强导致预报和预警时间窗口极短甚至滞后使得船厂大型起重机械无法及时回到锚地导致大型起重设备发生滑行失控严重时甚至会造成起重设备发生倾覆导致灾害事故时有发生给人民生命财产安全造成了巨大损失也给各大船厂的安全防范工作带来了极大挑战 众多研究者在起重机械防风防滑措施上提出了诸如改变起重机械结构固有特性的防风策略、改变从动台车的数量以及开展新型防风装置的研究提供了更多的抗风防滑措施的选择空间 如何在突发恶劣天气时对在用的大型起重机械迅速做出抗风防滑措施避免起重机械发生滑行状况是我们更应该注重的方面 根据安全可靠性、经济适用性、成熟灵活性的选用原则防溜铁鞋作为一种技术手段成熟的铁楔类防风装置作为抗风防滑应急处置措施更为合适 因此本文通过事故案例和计算分析研究强对流天气来临时正确使用防溜铁鞋进行大型起重机械抗风防滑应急处置的方法 强对流天气造成的事故分析.某船厂 造船门式起重机被大风吹偏斜 年 月 日 时左右江苏沿江地区某船厂船坞区一台 造船门式起重机因受大风影响发生刚性腿运行机构散架坍塌并脱轨刚性腿、柔性铰发生结构变形维修吊车整体坠落并且整机倾斜的事故所幸未造成人员伤亡 根据事故发生后现场勘测和检查刚、柔性腿两侧行走 年第 期中国重型装备表 起重机抗风防滑装置 序号措施作用风压 风级备注主动轮刹车防止水平移动工作状态夹轨器防止水平移动 非工作状态根据区域确定锚定机构防止水平移动非工作状态防溜铁鞋防止水平移动临时抢险规范未提及机构中心发生错位相对于柔性腿行走机构中心刚性腿行走机构中心向江侧偏移了约 如图 所示 通过现场视频和当地气象局实测的气象数据得出事故当时的最大风力达到了 级()并且未提前预警预报.某船厂 造船门式起重机被大风吹倒 年 月 日晚江苏沿江地区某船厂船坞区一台 造船门式起重机受大风侵袭突然倒塌并坠入江中如图 所示 当地气象台实况统 计 显 示 受 强 对 流 天 气 影 响 风 速 超 过 当晚该地区最大风力 级以上图 某船厂 造船门式起重机被大风吹偏斜的事故 图 某船厂 造船门式起重机被大风吹倒事故 .某船厂 造船门式起重机被大风吹偏斜 年 月 日上海地区某船厂船坞区一台 造船门式起重机在吊运分段对接时突遇大风造成刚柔腿偏斜约 部分行走机构车轮损坏 因现场处置到位抢救及时未酿成严重后果 经事故后读取机载风速仪记录事发时最大风速超过 约 级风.事故处置情况分析 以上三次事故的共性特点是强对流天气造成的意外事故因强对流天气难以提前预测和预警导致这三起事故发生时起重机都处于工作状态并且所处位置远离锚地无法及时回到锚地驻扎有的起重机甚至连吊载都未来得及放下 根据事后调查事故 发生时司机通知巡道工去部署铁鞋当柔腿侧安放一半铁鞋起重机已被风吹动并跑偏事故 发生时由于来不及处置起重机被风吹动后冲向江侧终点直至翻入江中事故 发生时现场人员及时反应将铁鞋和链条包及时往车轮下塞最后关头停住了起重机 所以根据以上分析可以得知当遇到突如其来的大风时造船门式起重机易发生沿轨道方向的滑行船厂通常采用的是物理阻挡的方式即通过安放防溜铁鞋等措施来防止起重机被风吹动后失控滑行 常用的抗风防滑方式分析.船厂起重机的抗风防滑措施 起重机的抗风防滑措施有很多种对于船厂的大型起重机械尤其是造船门式起重机根据 起重机设计规范和起重机设计手册的要求主要实现方式如表 所示 由表 可知:当起重机在工作状态的时候主要是靠主动车轮刹车和夹轨器来防止风载荷引起的水平移动但此两种措施所能抵抗的风压有限在风级 级的时候具备整体防风抗滑能力当风力大于 级时此两种措施存在抗风防滑的局限性 当起重机在非工作状态时起重机通过停入锚地由锚定机构来防止风载荷引起的水平移动由于船厂起重机的工作环境的特殊性如船坞上的造船门式起重机工作区域轨道长度近千米锚地通常设在轨道长度中间来布置锚定和锚固地基若同一船坞区上有两台起重机则增设一处锚地在轨道长度四分之一或三分之一位置当前双中国重型装备朱靖:防溜铁鞋在船厂大型起重机械抗风防滑中的应用研究 年第 期机联合作业已成常态假设在一端头两机同时作业当疾风来临时其中一台要跨越三分之二轨道长度 才 能 到 达 对 应 的 锚 地 以 目 前 常 设 的 的起重机运行速度来计算需要近 的时间才能到达锚地 虽然很多船厂已经意识到这个问题尽可能增设锚地以降低避险时间但由于锚地建设成本和区域设备干涉等原因无法实现 综上主动轮刹车、夹轨器和锚定机构三种常用的防风抗滑措施均存在相应的局限性无法完全满足大型起重机械在空载、满载和应急情况等各种状态下抗风防滑的要求 这样就需要通过防溜铁鞋等措施在疾风来临时提升起重机抗风防滑的自救能力尽可能避免起重机械产生滑行甚至倾覆现象的发生.防溜铁鞋的应用防 溜 铁 鞋 源 自 铁 道 部 行 业 标 准.铁道车辆停车防溜装置第 部分:防溜铁鞋(止轮器)其原理就是在一根或两根钢轨上放置铁鞋向前滚动的车轮压上铁鞋后便沿钢轨滑行轮轨之间由滚动摩擦变为滑动摩擦阻止车轮前进起制动作用见图 图 防溜铁鞋示意图 虽然造船门式起重机的车轮直径和最大轮压因机型不尽相同其防溜铁鞋需要定制 但针对远离锚地的起重机在疾风来临时无法及时回到安全区域防溜铁鞋作为一种安全可靠性好、使用方便灵活、造价成本低廉的安全防护产品可以有效提升起重机的抗风防滑能力 年夏笔者走访了国内多家大型造船企业针对采用防溜铁鞋进行大型起重机的防风抗滑这一具体实施方案进行了实地考察和研究发现了两个普遍的问题即有的船企对于防溜铁鞋的应用借鉴动车、高铁的模式采用两头对称布置作为防溜措施实施未充分考虑利用其防滑作用带来了安全隐患有的船企对于所有的运行机构台车组都配备了防溜铁鞋数量过剩虽然安全性上得到了保证但在应急实施中因主次不分造成弊端 根据防溜铁鞋通过增加摩擦阻力止滑的原理应该使用在无驱动装置的从动车轮上是最合适的如图 所示 主动车轮通过驱动装置刹车后将车轮锁住形成与轨道面的滑动摩擦阻力而无约束的从动车轮的滚动摩擦阻力远小于滑动摩擦阻力故应优先通过防溜铁鞋将从动轮组由滚动摩擦改为滑动摩擦来进行止滑 防溜铁鞋的数量也应优先满足该设备所有从动轮的防滑需求图 造船门式起重机行走机构防溜铁鞋布置位置 防溜铁鞋在防风抗滑中的对比计算分析 基于目前各大船企都采用防溜铁鞋应对突发大风对起重机的侵害拟通过对事故(该发生地点位于长江以北风压按 来计算)中的 造船门式起重机抗风防滑的计算来对比防溜铁鞋不同布置形式的差异作为船厂使用防溜铁鞋的参考.起重机整体参数 起重机工作级别:起重机起重能力:起重机跨度:起重机基距:起重机梁底高:起重机额定运行速度:起重机运行机构轨道型号:起重机总重:夹轨器总防爬力:.起重机主结构风载荷参数 根据 起重机设计规范要求对非工作状态夹轨器正常工作风载进行验算:.(类风 )风向平行于起重机轨道时已知该 造船门式起重机各部件风载荷计算结果如表 所示 说明:大跨度门式起重机抗风防滑主要考虑沿起重机轨道方向的风力.起重机非工作状态抗风防滑验算 年第 期中国重型装备表 造船门式起重机 各部件风载荷计算结果 名称刚性腿 主梁 柔性腿 维修起重机 上小车 下小车迎风面积 风力系数.型心高.高度系数.风力.()铁鞋未部署时起重机非工作状态抗风防滑验算 起重机非工作状态设定为停机、空载、顺风起重机未进入锚定区故不考虑锚定装置的抗风防滑作用此时抗风防滑安全性按下式校验计算 .式中:为运行机构制动器在车轮踏面上产生的制动力本起重机主动车轮数刚腿侧 个、柔腿侧 个主动和从动车轮总数 个其中主动车轮与轨道面的摩擦按静摩擦静摩擦系数 .无额定起升载荷 主总.为夹轨器对轨道产生的防爬力选择夹轨器 单台夹轨器的防趴力为 即刚、柔腿各两组夹轨器防爬力之和.为起重机承受的非工作状态风载荷即 风力之和.为自重载荷沿坡道方向产生的滑行力坡度角 取.为非工作状态下阻止起重机被风吹移动的摩擦阻力(即从动车轮与轨道的黏着力)按滚动摩擦摩擦阻力系数.从总.结论:本起重机在风压 (类风)、非工作状态时抗风防滑是安全的(即在未部 署 铁 鞋 时 起 重 机 能 承 受 的 最 大 风 力 为)()铁鞋部署后起重机非工作状态抗风防滑验算 起重机车轮分为主动和从动两种类型主动车轮带有制动器制动时按静摩擦考虑从动车轮为滚动摩擦故防溜铁鞋优先部署于从动车轮即将滚动摩擦改变成静摩擦 起重机非工作状态设定为停机、空载、顺风起重机未进入锚定区故不考虑锚定装置的抗风防滑作用部署防溜铁鞋后从动轮按静摩擦考虑此时抗风防滑安全性按下式校验计算:.式中 主总.为部署防溜铁鞋后起重机承受的非工作状态风载荷根据本次计算结果得出.为非工作状态下阻止起重机被风吹移动的摩擦阻力(即从动车轮与轨道的黏着力)按滚动摩擦 摩擦阻力系数 .由于防溜铁鞋无法置于台车组中间故未被约束的从动车轮数量为所有从动车轮的一半 从总.为非工作状态下阻止起重机被风吹移动的摩擦阻力(即从动车轮与轨道的黏着力)增加铁鞋后按静摩擦静摩擦系数 .由于防溜铁鞋无法置于台车组中间故防溜铁鞋作用的从动车轮数量为所有从动车轮的一半 从总.根据起重机迎风面积换算部署防溜铁鞋后的起重机抗风防滑能力提升至 (类风 )如果现场配置链条包或枕木等可以放入两从动车轮中间的防滑工具使得所有从动车轮都无法滚动整体防风抗滑能力将提升至 (类风 )即由原来抵抗 级风提升至抵抗 级风 结论 通过以上事故案例可以知道目前大部分船厂大型起重机械抵抗突如其来的强对流天气的能力是欠缺的虽然在工作区域设定了锚地进行防范但由于空间距离原因无法实时锁定起重机导致了不同程度事故隐患的发生 从计算分析来看将防溜铁鞋作为应急措施应用于抵御突如其来的强对流天气可以提升起重机械的抗风级别在一定程度上降低了事故隐患值得推广和普及:()船厂采用防溜铁鞋应对突发大风对大型起重机械伤害是合理的 ()通过计算分析可以明确将从动车轮通过防溜铁鞋约束后起重机的防风抗滑能力有显著提高一些事故隐患甚至可以避免发生 ()防溜铁鞋在应急抢险时必须优先部署于从动车轮并应尽快将所有从动车轮都部署完成(下转第 页)中国重型装备杨用清:渗碳淬火硬齿面内齿圈刮齿齿形精度提升研究 年第 期 ()数控插齿机能实现 级及以上精度硬齿面内齿圈的高精度制造 该项目研究前公司插齿机加工的内齿圈最高只能达到 级精度 该项目研究后其硬齿面内齿圈已达到国标 级部分参数达到 级精度该项目的成功研制为 级及以上精度硬齿面内齿圈插齿加工找到了解决途径 ()采用新开发的数控专用程序和湿磨工艺刃磨的插齿刀前刀面斜向跳动误差.粗糙度.使插齿刀刃磨后重新达到了原始出厂精度 ()改进后的新型耐磨材料硬质合金插齿刀加工时刀具磨损很小切削 个圆周后仍然能保持较好的齿部轮廓度切削轻快节约了频繁换刀刃磨时间效率提升约 ()精加工刮削时最佳切削参数为:冲程 次圆周进给率.冲程每刀吃刀量.最后一刀光刀前重新刃磨插齿刀该方案能满足公司其他项目模数 齿副长 以内的各种硬齿面内齿圈的加工要求 ()通过本项目研究发现插齿刀的精度和耐磨性对硬齿面内齿圈齿形精度影响最大硬质合金插齿刀的优化改进对硬齿面内齿圈齿形精度提升起决定性作用参考文献 李占国 姚露 等.新构形法硬齿面插齿刀的数学建模与仿真.机械传动():.樊忠和.硬质合金插齿刀的结构设计.新技术新工艺():.宫丽.新构形插齿刀凸曲前刀面仿真与插齿试验研究.长春:长春理工大学.咸辉.新构形硬质合金插齿刀有限元分析及插削试验研究.长春:长春理工大学.李占国 史国权 王彤宇.锥基波形前刀面硬齿面插齿刀切削刃几何角度分析.工具技术():.田培棠.齿轮刀具设计与选用手册.北京:国防工业出版社.薛进才 李品生 孔莉.硬齿面的插齿加工.工具技术():.沈红 崔滋恩 等.齿轮制造工艺手册.北京:机械工业出版社.齿轮手册编委会.齿轮手册.下册.北京:机械工业出版社.姜荣飞 王明镜.涂层流程对碗形插齿刀齿形精度影响研究.设备管理与维修():.编辑:苏立娜(上接第 页)()如有条件应同时配置可以安放于两从动车轮中间的链条包或枕木以提高防风抗滑安全系数 ()如有条件可采用夹轮器对所有从动车轮进行滚动约束 ()防溜铁鞋作为临时防风抗滑措施仅防止起重机水平移动无法抵抗倾覆翻倒故正常防台风或长时间停机仍应将起重机驶入锚地进行锚定和锚固参考文献 中国机械工业联合会.起重机械安全规程第一部分:总则:.北京:中国标准出版社.王程钊.室外轨道门式起重机抗风防滑安全性的分析与判定.特种设备安全技术():.杨玉川 项青燕.门式起重机防突发性大风装置设计及计算.建筑机械化 ():.宋毅.解读铁道行业标准防溜铁鞋(止轮器).减速顶与调速技术():.中国机械工业联合会.造船门式起重机:.北京:中国标准出版社.中国机械工业联合会.起重机械设计规范:.北京:中国标准出版社.张质文.起重机设计手册.北京:中国铁道出版社.铁道部标准计量研究所.铁道车辆停车防溜装置 第 部分:防溜铁鞋(止轮器):.北京:中国标准出版社.张丕明.铁楔防滑装置.港口装卸():.王结平.港口起重机械.大连:大连海事大学出版社.编辑:苏立娜