港口起重机防风抗台锚定装置受力分析

顾春卫

中交第三航务工程勘察设计院有限公司

1 引言

近年来，港口起重机受台风影响发生滑移甚至倾覆的事件时有发生，港口起重机的防风问题备受关注。

港口起重机防风措施有锚定装置、防风系缆、夹轮器、夹轨器等，其中锚定装置是港口起重机最常见的防风措施，如何正确地使用锚定装置，值得探讨、研究。

2 锚定装置简介及存在的问题

锚定装置主要由主结构、手柄、配重块、锚定板等组成，码头上设置锚定座与之配套，在港口起重机受台风影响时，可防止设备沿轨道发生滑移(见图1)。

1.主结构 2.手柄 3.配重块 4.锚定板 5.锚定座图1 锚定装置组成

通常情况下，为了使锚定板能够便捷地插入锚定座，锚定板与锚定座开孔之间会留有15～100 mm的间隙。这个间隙，对整机的防风措施有着很大的影响。

当风速达到一定当量时，锚定装置发挥功能，锚定板贴近锚定坑，阻挡起重机发生滑移。锚定板与锚定座相对位置见图2。

图2 锚定板与锚定座相对位置图

此时起重机已经较初始状态发生了细微滑移，距离等于原先锚定板与锚定座之间的间隙。发生滑移后，锚定装置仍能正常工作，但会对防风系缆造成影响，使得起重机沿轨道方向的水平力作用在防风系缆上，可能造成防风系缆的失效。

3 受力分析

3.1 锚定力计算

港口起重机锚定力与迎风面积、整机自重、风速、轨道坡度等众多因素有关，现以1台1 500 TPH桥式抓斗卸船机为例，在55 m/s风速下计算锚定力，整机参数见表1。

3.1.1 非工作风力计算

按照GB3811-2008，风压计算公式为[1]：

p=0.625v2

(1)

式中，p为计算风压，单位为Pa；v为计算风速，单位为m/s。

另外，起重机的风压还需考虑高度系数，起重机非工作状态风载荷计算公式为：

PWⅢ=CKhpⅢA

(2)

式中，PWⅢ为起重机的非工作状态风载荷，单位为；C为风力系数；Kh为风压高度变化系数(见表2)；pⅢ为非工作状态计算风压，单位为Pa；A为起重机构件垂直于风向的实体迎风面积，单位为m2。

表1 抓斗卸船机参数表

表2 风压高度变化系数

注：计算非工作状态风载荷时，可沿高度划分成10 m高的等风压段，以各段中点高度的系数Kh(即表列数字)乘以计算风压；也可以取结构顶部的计算风压作为起重机全高的定值风压。

按照上述风压计算公式，并且结合卸船机的迎风面积，计算得出沿轨道方向的非工作风力约2 200 kN。

3.1.2 锚定力的确定

卸船机所需的锚定力为：

FS=F1-F2+F3

式中，FS为锚定力；F1为非工作风力；F2为摩擦力，F2=G×f=10 000×0.05=500 kN，其中G为整机自重，f为滚动摩擦系数，取0.05；F3为坡度力，F3=G×sinα=10 000×sin0.005=50 kN，其中α为轨道坡度，取0.005 rad。

经计算，锚定力FS=2 200-500+50=1 750 kN。

3.2 防风系缆受力分析

通常，在55 m/s的非工作风情况下，很多港口起重机由于本身自重的原因，轮压仍为正值，所以防风系缆的设计载荷不会很大，多数在200～1 000 kN之间[2]。

但是如果锚定板与锚定座之间存在间隙，起重机会发生水平位移，导致使防风系缆受力，并且发生形变(见图3)。防风系缆拉力FL=FS/sinθ，上文已经计算1 500 TPH桥式抓斗卸船机的锚定力为1 750 kN，在锚定装置不起作用时，防风系缆的拉力是非常大的。防风系缆发生形变，在形变量(ΔL)的许用范围内，对应着一个卸船机的许用水平位移a，即锚定板与锚定座之间间隙。如果锚定板与锚定座之间间隙大于a时，会发生在锚定装置起作用前就将防风系缆或相关连接件拉坏的现象，起重机失去防倾覆能力，最后可能导致事故的发生。

图3 防风系缆受力图

4 结语

锚定板与锚定座开孔之间的间隙不可避免，可以通过合理的计算，在此间隙内增加钢板，以减小设备的位移，防止因间隙过大而造成的倾覆事故。