顧春衛
中交第三航務工程勘察設計院有限公司
近年來,港口起重機受臺風影響發生滑移甚至傾覆的事件時有發生,港口起重機的防風問題備受關注。
港口起重機防風措施有錨定裝置、防風系纜、夾輪器、夾軌器等,其中錨定裝置是港口起重機最常見的防風措施,如何正確地使用錨定裝置,值得探討、研究。
錨定裝置主要由主結構、手柄、配重塊、錨定板等組成,碼頭上設置錨定座與之配套,在港口起重機受臺風影響時,可防止設備沿軌道發生滑移(見圖1)。
1.主結構 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,對整機的防風措施有著很大的影響。
當風速達到一定當量時,錨定裝置發揮功能,錨定板貼近錨定坑,阻擋起重機發生滑移。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
此時起重機已經較初始狀態發生了細微滑移,距離等于原先錨定板與錨定座之間的間隙。發生滑移后,錨定裝置仍能正常工作,但會對防風系纜造成影響,使得起重機沿軌道方向的水平力作用在防風系纜上,可能造成防風系纜的失效。
港口起重機錨定力與迎風面積、整機自重、風速、軌道坡度等眾多因素有關,現以1臺1 500 TPH橋式抓斗卸船機為例,在55 m/s風速下計算錨定力,整機參數見表1。
按照GB3811-2008,風壓計算公式為[1]:
p=0.625v2
(1)
式中,p為計算風壓,單位為Pa;v為計算風速,單位為m/s。
另外,起重機的風壓還需考慮高度系數,起重機非工作狀態風載荷計算公式為:
PWⅢ=CKhpⅢA
(2)
式中,PWⅢ為起重機的非工作狀態風載荷,單位為;C為風力系數;Kh為風壓高度變化系數(見表2);pⅢ為非工作狀態計算風壓,單位為Pa;A為起重機構件垂直于風向的實體迎風面積,單位為m2。
表1 抓斗卸船機參數表
表2 風壓高度變化系數
注:計算非工作狀態風載荷時,可沿高度劃分成10 m高的等風壓段,以各段中點高度的系數Kh(即表列數字)乘以計算風壓;也可以取結構頂部的計算風壓作為起重機全高的定值風壓。
按照上述風壓計算公式,并且結合卸船機的迎風面積,計算得出沿軌道方向的非工作風力約2 200 kN。
3.1.2 錨定力的確定
卸船機所需的錨定力為:
FS=F1-F2+F3
式中,FS為錨定力;F1為非工作風力;F2為摩擦力,F2=G×f=10 000×0.05=500 kN,其中G為整機自重,f為滾動摩擦系數,取0.05;F3為坡度力,F3=G×sinα=10 000×sin0.005=50 kN,其中α為軌道坡度,取0.005 rad。
經計算,錨定力FS=2 200-500+50=1 750 kN。
通常,在55 m/s的非工作風情況下,很多港口起重機由于本身自重的原因,輪壓仍為正值,所以防風系纜的設計載荷不會很大,多數在200~1 000 kN之間[2]。
但是如果錨定板與錨定座之間存在間隙,起重機會發生水平位移,導致使防風系纜受力,并且發生形變(見圖3)。防風系纜拉力FL=FS/sinθ,上文已經計算1 500 TPH橋式抓斗卸船機的錨定力為1 750 kN,在錨定裝置不起作用時,防風系纜的拉力是非常大的。防風系纜發生形變,在形變量(ΔL)的許用范圍內,對應著一個卸船機的許用水平位移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,會發生在錨定裝置起作用前就將防風系纜或相關連接件拉壞的現象,起重機失去防傾覆能力,最后可能導致事故的發生。
圖3 防風系纜受力圖
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,在此間隙內增加鋼板,以減小設備的位移,防止因間隙過大而造成的傾覆事故。