港口岸橋限制軌行式起重機滑動的新型自鎖式防滑器設(shè)計

房本勇，邱亞越

（盤錦港集團有限公司集裝箱分公司，遼寧 盤錦 124000）

起重機等港口裝卸等大型裝備由于特殊的工作場景，加上惡劣的外界干擾，尤其是風力干擾對于設(shè)備的特性和穩(wěn)定性能要求越來越高。整機滑動作為起重設(shè)備的主要機構(gòu)，在防風中發(fā)揮著重要的作用。目前，對于起重整機滑動的研究仍停留在相關(guān)措施的防控和要求，在滑動因素以及起重設(shè)備之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和機理分析仍缺乏。本文通過設(shè)計一款制軌行式新型自鎖式防滑器從機械結(jié)構(gòu)方面入手優(yōu)化整體滑動并建立相關(guān)力學(xué)模型，為抑制岸橋的滑動行為提供切實可行的參考路徑。

1 提高岸橋防風拉索措施

從目前的資料來看，提高岸橋防風拉索工作安全性能的因素主要包括：（1）控制岸橋的最大滑動距離；（2）增大輪軌摩擦系數(shù)。

就增大輪軌摩擦系數(shù)來看，通過控制輪軌工作環(huán)境，進而控制摩擦系數(shù)因子；此外，可以通過選取摩擦系數(shù)大的材料增大摩擦系統(tǒng)。

就控制岸橋的最大滑動距離來看，目前，多采用的事防滑鐵鞋、地錨等裝置抑制行走機構(gòu)滑動。但從實際應(yīng)用現(xiàn)狀來看，裝置仍存在很多不足，在發(fā)揮防風性能方面仍存在較大漏洞，難以抵抗高風力，加之裝置的使用難以適用運動的裝置，因此，適用性較差。

因此，本文綜合以上情況結(jié)合自身經(jīng)驗通過設(shè)計一款制軌行式新型自鎖式防滑器來從機械結(jié)構(gòu)方面入手優(yōu)化整體滑動并建立相關(guān)力學(xué)模型，為抑制岸橋的滑動行為提供切實可行的參考路徑。

2 新型自鎖式抗滑裝置設(shè)計

2.1 基本結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的一款制軌行式新型自鎖式防滑器主要結(jié)構(gòu)包括由基架、夾鉗、高摩擦材料、液壓起升裝置、碰撞塊以及連桿等裝置和結(jié)構(gòu)件。起重液壓起升裝置固連結(jié)構(gòu)橫梁上，另一端連接在機架處便于利用液壓裝置實現(xiàn)上下移動；基架四個邊角外伸出的耳板和軸固接，可以實現(xiàn)繞軸運動，每塊結(jié)構(gòu)件和材料都具有可拆卸性，便于后期維護；夾鉗上部中空，通過球鉸與連桿的一端連接，使兩者之間可自由旋轉(zhuǎn)。連桿另一端開有通孔，與碰撞塊鉸接在一起。碰撞塊位于岸橋下橫梁伸出的U型擋板中，限制碰撞塊只能在垂直于軌道和沿軌道方向平動。新型自鎖式防滑器圖如圖1。

圖1 新型自鎖式防滑器

2.2 設(shè)計特性

本文設(shè)計的一款制軌行式新型自鎖式防滑器主要具有以下設(shè)計特性：

（1）整個結(jié)構(gòu)件安裝處于重型設(shè)備的下部，借助液壓可實現(xiàn)工作狀態(tài)的使用，極大地滿足了風力10級或者特大臺風的情況。

（2））整個結(jié)構(gòu)件處于設(shè)備消耗、磨損的集中處，由于具有可拆卸性；因此，可以適用于不同材料、不同載荷下使用，極大地提高了裝置的使用壽命。

（3）當遇到強大的風力干擾時，此時，風力可通過碰撞裝置轉(zhuǎn)移到裝置上，利用杠桿原理將風力載荷轉(zhuǎn)移到消耗材料和軌道上，裝置獲得更大的靜摩擦力；如進一步設(shè)計還可以保證裝置自鎖，即無論風力大小如何，新型防風抗滑裝置都不會滑動，達到提高防風性能的目的。

2.3 工作原理

起重機的工作狀態(tài)下，液壓裝置會將新型自鎖式防滑器升起，此時裝置暫未起到任何作用；當起重機進入防風模式下，液壓裝置會將防風裝置轉(zhuǎn)移到軌道，促使其發(fā)揮作用。當風力載荷施加后，下橫梁擋板會發(fā)生移動，此時的一定距離會高于擋板與碰撞塊的間隙值，因此，擋板與碰撞塊會發(fā)生碰撞，在預(yù)壓力的影響下，基架會克服一定載荷而不發(fā)生移動；此時，碰撞塊會在擋板作用下靠近將新型自鎖式防滑器；當碰撞塊和防滑器發(fā)生距離間隙后，連桿張角會發(fā)生偏移，促使球鉸推動夾鉗上部發(fā)生偏移，造成夾鉗繞基架旋轉(zhuǎn)，使得夾鉗底部高摩擦材料夾緊導(dǎo)軌側(cè)面。這時，防風抗滑裝置完全進入工作狀態(tài)。

當起重機上的風載系數(shù)不斷增大，風力將會通過擋板傳導(dǎo)到防滑器，此時，作用力會在連桿作用下，促使方向與連桿重合。作用于夾鉗上端的力，根據(jù)效果進行分解，得到一個沿軌道方向支持防風裝置滑動傾翻的傾覆力和一個垂直軌道方向促使夾鉗夾緊的夾緊力。

當作用在夾鉗時，由于夾緊力的不斷增大，裝置和軌道之間的額壓力也會持續(xù)增大，因此，會阻止防滑器的最大靜摩擦力增大。當側(cè)壁夾緊產(chǎn)生的摩擦力對裝置運動的抑制效果始終大于夾鉗上部傾覆力帶來的傾覆效果時，無論風載如何變化，這種新型防風抗滑裝置不會發(fā)生任何偏移，因此，行走機構(gòu)也不會發(fā)生任何的晃動和偏移。

3 新型自鎖式防滑器力學(xué)分析

為更加深刻地了解本文所涉及的防滑器具有高強度防風性能；本節(jié)結(jié)合防滑器的結(jié)構(gòu)特性來進行力學(xué)分析。

當起重機滑動和碰撞塊發(fā)生接觸時，此時，彼此之間會發(fā)生擠壓，抑制利潤起重機的偏移和滑動；此外，碰撞塊平移、連桿旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致夾鉗夾緊導(dǎo)軌。

根據(jù)力學(xué)簡化模型，對碰撞塊-連桿-夾鉗間的受力進行分析可知：

防風抗滑裝置在此刻的運動狀態(tài)，則還需對裝置沿軌道方向的受力情況進行分析得：

其中：其中，F(xiàn)f1與Ff2分別為夾鉗與軌道側(cè)壁摩擦力的水平與豎直分量，F(xiàn)支為軌道對防風裝置的支持力，F(xiàn)液為液壓起升裝置提供的初始壓力。

如果要使風載無論如何變化，防風裝置都能保持穩(wěn)定狀態(tài)，則需要有：

進一步可得：

已知，在風力不夠大，即F不大時，裝置必定可以保持穩(wěn)定狀態(tài)：

消去兩邊F可以得到：

即為本文設(shè)計的防風抗滑裝置的風力自鎖條件。

4 結(jié)語

隨著裝備的產(chǎn)業(yè)化和技術(shù)的進步以及起重載荷量的增大，起重機的受風面積以及風力作用的增大和升高，對于港口岸橋起重機的性能要求以及口岸橋防風拉索的抗風性能提出了新的挑戰(zhàn)。

本文結(jié)合實踐經(jīng)驗通過設(shè)計一款制軌行式新型自鎖式防滑器，從機械結(jié)構(gòu)方面入手優(yōu)化整體滑動并建立相關(guān)力學(xué)模型，從力學(xué)角度驗證設(shè)計的合理性，為抑制岸橋的滑動行為提供切實可行的參考路徑。