轮胎式集装箱门式起重机自动防风锚定功能的开发及应用

2020-10-29 12:02刘志阳徐峰李鹏飞

科学导报·学术 2020年43期

刘志阳徐峰李鹏飞

摘要：本文介绍了青岛前湾集装箱码头股份有限公司（以下简称QQCT）轮胎式集装箱门式起重机自动防风锚定项目从立项分析到实际改造应用过程，并详细介绍了QQCT码头实际应用效果。

关键词：轮胎式集装箱门式起重机;防风锚定;瞬间大风

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

港口作为海洋运输的枢纽，多位于沿海地带，港口大型起重机（简称大型起重机）有效抵御风害，是促进安全生产和保证装卸作业顺利开展的一项重要工作。沿海地区在春、夏季节易发强台风，这对码头上的大型起重机械设备造成严重的安全隐患，造成的经济损失也将是巨大的。

近年来，强台风或者突发性的阵风对港口大型设备造成灾难性损毁的事故日趋增多，如2003年9月，台风“鸣蝉”正面袭击了韩国釜山港，造成6台岸边装卸桥被吹倒，2台场地起重机塌陷，多台起重机脱轨，该码头随即处于瘫痪^[1];其风灾破坏现场如图1.1所示。2015年，第22号台风“彩虹”吹翻了湛江某码头的3台大型卸船机，严重影响了整个港口的正常运作;2017年，受台风“天鸽”影响，广东珠海某码头的4台岸桥和3台轮胎吊倒塌。由台风引发的港口事故还有很多，在此不在赘述。

由于强台风或者强阵风造成的港口毁坏设备有很多，主要可以分为以下几种类型：

（1）港口设备在自然风的不断作用下造成整机的局部结构来回晃动，这容易引起设备结构风振，从而造成港口设备以及防风装置的局部损坏或失效。

（2）设备抗倾覆力不足，设备在风载作用下直接脱轨。

（3）现有的防滑装置防风效果不佳，在强台风作用下容易失效，导致港口设备被迫滑行后倾覆。

（4）人手力量不足，当发生瞬间大风时，还没来得及设置防风装置时，大风顷刻把设备吹翻。

其中防滑装置的失效以及人工力量不足而引发的港口设备毁坏在整个港口事故中占绝大多数，最主要的原因是港口设备在风载作用下被迫滑行，由于港口设备非常大，巨大的动能在短时间内释放会导致设备损毁。

1.2 港口设备防风装置研究现状

目前，码头上的设备防风装置主要有两种：一类是工作状态下的防风装置，另一种是非工作状态下的防风装置。

（1）工作状态下的防风装置

工作状态下的防风装置是指港口设备在工作状态下使用的防风装置，主要包括夹轨类防风装置和顶轨类装置，如岸边桥式集装箱起重机（以下简称桥吊）的顶轨器和大车夹轮器（见图2.1;2.2）。由于港口设备在码头上工作时经常会遇到突发阵风，而正在作业的港口设备无法移动到锚定装置，也无法将防风拉索系固上去，此时，就需要依靠这类防风装置确保整机的安全性。

（图2.1桥吊顶轨器;图2.2桥吊夹轮器）此处建议择增加两组照片。

（2）非工作状态下的防风装置

非工作状态下的防风装置有两种：可调节的柔性防风拉索和刚性的防风锚定装置。这类装置依靠插板孔、插销口、钢丝绳锚定设备，该装置有预警性和提前性的要求，且设备必须运行至特定的位置。如桥吊、轮胎式集装箱门式起重机（以下简称轮胎吊）的防风拉锁、防风楔（见图3.1;3.2）此处建议增加两组照片，防风拉锁锚定后的桥吊或者轮胎吊，近距离拍摄大车轮放置防风楔的照片。

1.3轮胎吊防风创新意义

2018.6.5，QQCT依据《港口大型机械防阵风防台风管理规定（中华人民共和国交通部令）（2003年第3号）》、《港口装卸机械风载荷计算及防风安全要求（JT/T90—2008）》、《集装箱港口装卸作业安全规程（GB 11602—89）》、青岛港国际股份有限公司企业标准Q/QGGJG 11004—2014《大型机械防风防台安全管理标准》要求，对QQCT2014版《大型机械防风防台安全管理办法》进行了修订。在接到台风预警或瞬间大风预警时，QQCT应在～～～～分钟内完成大型机械设备的防风锚定工作。

QQCT创建于2000年，是山东省港口集团中以集装箱装卸作业为主要业务的专业型码头，码头岸线长达3400米，堆场总面积达225万平方米，堆场上分布了200个箱区，每个箱区配有两处轮胎吊地锚位。按标准完成一台轮胎吊的防风工作，需将轮胎吊运行至场地的防风地锚位置，将四根防風拉锁固定于地锚上，将8个防风铁楔掩上，将两根小车锚定杆固定于小车防风耳位置。全过程需轮胎吊司机及两名地面配合人员，耗时30至50分钟完成。即使QQCT操作部、技术部正常出勤人员约200人全部投入防风工作，也需要2小时才能完成轮胎吊的锚定工作。而QQCT还有42台超巴拿马型桥吊、16台集装箱叉车和100余辆集装箱卡车，同样需要进行防风锚定工作，不可能将全部现场作业人员投入轮胎吊的防风锚定。因此，通过对轮胎吊的防风装置进行改进，以提高防风工作完成效率，成为QQCT防风工作当务之急。

1.4 本文研究对象

为解决上述问题，技术部通过对轮胎吊工况和程序进行分析研究，结合QQCT油、电轮胎吊现状，完成了轮胎吊防风改造，当接到防风指令时，轮胎吊司机只需在司机室打开应急钥匙开关，就可以在1分钟内完成轮胎吊单侧转向，使轮胎吊两侧大车轮胎成T字型状态，再将小车锚定杆固定到位，下机将8只防风楔掩放到位，即可完成一台轮胎吊的防风工作，全过程不超过10分钟。真正意义满足QQCT《大型机械防风防台安全管理办法》要求，为公司安全管理保驾护航。同时，由于此操作流程简单快捷，在出现瞬时大风情况下，轮胎吊司机也能在1分钟内将轮胎吊大车机构进入防风模式，有效避免轮胎吊在瞬间大风情况下出现被迫滑行甚至倾覆的情况。

第二章系统工作原理

轮胎吊在遭遇风灾后，主要的失效破坏形式为：轮胎吊整机滑动、轮胎吊倾覆、轮胎吊金属结构破坏。其中又以整机滑移与倾覆比较常见，且造成的损害也比较严重。通常在轮胎吊的大车行走方向，即沿大车轮胎行走方向是最危险的，因为此时的轮胎吊具有较大的迎风面积。

验证轮胎吊在无锚定情况下产生滑移和倾覆的条件：因轮胎吊在停车状态时为两组车轮转90°，故将其分为平行和垂直两组车轮计算：

2.1平行于大车运行方向的两组车轮

计算结果V<46.37m/s>35.42m/s（转90°，没塞锲块情况）

V<50.71m/s（转90°，2个锲块塞实，2个留有空隙）

V<54.71m/s（转90°，4个锲块都塞实）

推论1：

当大车两组车轮转90°，四个制动器都制动时，沿大车方向没有锲块塞实的情况下，沿大车方向风速超过46.37m /s时，轮胎吊才会产生滑动;在4个锲块都塞实的情况下，沿大车方向风速超过54.71m /s时，轮胎吊才会产生滑动^[2]。

2.4 计算沿小车方向风载

根据

计算出：

V<49.53m/s<55m/s（转90°，没塞锲块情况）

V<54.17m/s（转90°，2个锲块塞实，2个留有空隙）

V<58.44m/s（转90°，4个锲块都塞实）

推论2：

当大车对角两组车轮转90°，四个制动器都制动时，沿大车方向没有锲块塞实的情况下，沿小车方向风速超过49.53m /s时，轮胎吊会产生滑动;在4个锲块都塞实的情况下，沿小车方向风速超过58.448m /s时，轮胎吊才会产生滑动^[3]。

第三章系统硬件系统设计及使用方法

3.1 联动台两位自复位开关

轮胎吊防风开关作用是通过两位自复位钥匙开关的旋转来确定具体哪一侧轮胎旋转90°。为避免轮胎吊司机日常作业中出现误操作，导致轮胎一侧转向。将此两位自复位开关放在右侧联动台尾部。

3.2 司机進行实时操作

根据轮胎吊操作系统不同，此次司机室单边转向改造操作方法分为两种，具体如下：

3.2.1R020—R096，总共48台，单边转向操作可用的开关、按钮如下：

1、“联锁旁路”按钮，属原车自带，位置在左侧联动台;

2、“两位自复位”开关，为原车备用开关，位于右侧联动台尾部;

3、操作方法：

在防风操作时，轮胎吊司机左手按住左侧联动台的“联锁旁路”按钮，右手旋转右侧联动台后方的“两位自复位”开关（逆时针旋转为近侧单边转向、顺时针旋转为远侧单边转向），即可实现大车轮胎单侧转向，转向到位后松开按钮及开关即可。需恢复正常作业状态时，按正常转向操作步骤恢复即可。

3.2.2 R097—R136，总共40台，单边转向操作可用的开关如下：

1、“大车转向选择”开关，属原车自带，位置在左侧联动台;

2、“两位自复位”开关，为右侧联动台最后一排备用开关;

3操作方法：

在需紧急防风转向时，轮胎吊司机将“大车转向选择”开关拨在“旁路”位置，旋转安装在右侧联动台的“两位自复位”开关后（逆时针旋转为近侧单边转向、顺时针旋转为远侧单边转向），按照正常转90度步骤，即可实现单边转向，转向到位后按转向泵停止按钮，然后松开“两位自复位”开关即可。需转回零度时，按正常操作步骤转向即可。

3.2.3注意事项：

1、在进行单边转向时，轮胎吊司机应根据现场情况选择靠近拖车通道的一侧轮胎进行90度转向，避免轮胎吊防撞架与箱区内集装箱发生干涉;

2、在进行单边转向时，轮胎吊司机必须全程按住“联锁旁路”按钮或新安装的“两位自复位”开关，直至轮胎转至90度方可松手。

3、新安装的“两位自复位”开关，逆时针旋转为近侧轮胎转向，顺时针旋转为远侧轮胎转向。

4、近侧是指轮胎吊小车后退至通道门侧（电气房侧），远侧是指小车运行最前侧（发动机、电阻箱侧）。

第四章系统软件系统设计

4.1 描述

使用联动台备用开关将单侧转向命令发动给轮胎吊PLC。

程序中将输入的单侧转向命令直接给到对应的单侧转向软件继电器，开始转向流程。

第五章总结与展望

本文从理论上验证了轮胎吊在锚定时发生移动的条件，以及从硬件和软件两个方面优化了轮胎吊的锚定方式，由于此操作流程简单快捷，在出现瞬时大风情况下，司机也能在1分钟内将轮胎吊进入防风模式，确保轮胎吊设备安全，从而也保证了港口员工的人身安全。

虽然本文对轮胎吊的锚定方式进行了优化，但还是有一些不足存在，在不久的将来，随着科技的发展，轮胎吊的锚定方式会出现更为安全快捷的方式。