集成型鋼軌吊具的應用

楊文超 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

集成型鋼軌吊具的應用

楊文超 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

針對貨物特性研制的集成型鋼軌吊具投入使用后，在提高裝卸效率的同時，進一步提升了公司的市場知名度。新型吊具的使用不僅保證了貨物的裝卸質量和效率，同時縮短了船舶在港停留時間，降低了船、貨方運營成本，得到了客戶的肯定和好評。

集成型鋼軌吊具 聯動裝置 夾緊裝置 自鎖裝置

1 背景

近兩年，我國承建的國外鐵路項目和鋼軌出口貿易日益增加，如：迄今世界上運能最大的沙特麥加輕軌鐵路等。2009年全港鋼軌出口總量近30萬t。我公司作為天津港異型鋼材及設備作業名牌企業，自2010年起將超長鋼軌列入我公司的重點貨類。針對新貨源，工藝部開展科技攻關活動，研制新型專用裝卸吊具，提高裝卸質量及效率。

2 工具現狀

現用鋼軌吊具多為夾鉗，是利用剪式原理而制成的專用夾具，通常由夾鉗、支杠、吊系組成。使用時，支杠的上吊系掛在起重機械的鉤頭上，下吊系連接一組或多組帶自鎖機構的專用夾鉗，通過人工用夾鉗夾住鋼軌，手控自鎖機構，完成鋼軌的裝卸作業。

為提高作業效率，一般使用三組夾鉗同時進行作業，因此，一條作業線至少需要8名以上的操作人員兼顧夾鉗的卡、摘環節，不僅用工數量多，而且操作人員的勞動強度較大。由此也導致作業效率無明顯提高。

3 新工具選型

針對上述狀況，在充分調研鋼軌規格、特性的基礎上，結合剪式夾具原理，研發了一種新型的集成型鋼軌吊具。

依據國標鋼軌的截面尺寸，確定了夾鉗的形狀、夾鉗間距離。考慮到起重機械的額定工作負荷及其作業的靈活性，該工具設計了7對夾鉗，可以同時吊裝7根鋼軌。

4 新工具受力分析

吊具和貨物重量的最大值15 t，為便于計算和超負荷的安全檢驗，設為16 t。單只吊具負荷8 t，作用力通過剪式聯動裝置的曲臂轉遞到兩個聯結螺栓。

4.1 吊具各個聯結處的聯結螺栓受力分析（見圖1）

經計算每個聯結螺栓承受的作用力為P=4 t/sin42°=58 595 N。

螺栓剪應力計算：

其中：

τ——橫向力作用下的切應力，N/mm2。

Q——剪力（橫向力），N。

A——橫截面面積，mm2。

計算可得：

將數據帶入公式：

4.2 吊具齒板的受力分析

對單片齒板彎曲正應力進行計算，經分析A-A截面為危險截面，是矩形截面，如圖2所示。

計算公式：σ=∑PL/W=（P4×L4-P1×L1-P2×L2-P3×L3）/W其中：

P1、P2、P3——鋼軌對鉗齒的作用力，N；

P4——聯結螺栓對齒板的作用力，N；

L1、L2、L3、L4——各作用力相對于危險截面的作用力臂，mm；

W——截面抗彎模量，mm3。

計算可得：

將數據帶入公式:

經驗算，工具滿足使用要求。

5 新工具的基本結構

該工具可分解為夾緊裝置、剪式聯動裝置，內設鎖緊裝置，如圖3所示。

5.1 剪式聯動裝置

包括吊耳板、直臂、曲臂、連接板、聯結螺栓等主要零部件，吊耳板與直臂、直臂與曲臂、曲臂與連接板之間通過不同長度的螺栓進行聯結，其結構如圖4所示。

5.2 夾緊裝置

包括外側齒形夾板（簡稱外齒板）、內側齒形夾板（簡稱內齒板）、聯結螺栓，其結構如圖5所示。

夾緊裝置的結構特點：是由兩對齒板組成的長方形框架結構。其中外側齒板加工有一個圓孔、一個長孔，內側齒板的對應位置分別是一個長孔、一個圓孔。夾緊裝置與聯動裝置由螺栓進行聯結，如圖6所示。

在剪式聯動裝置的作用下，聯結螺栓（1）、（2）沿長孔方向移動，帶動兩對齒板發生相對位移，實現夾緊鋼軌的目的。

5.3 鎖緊裝置

包括拉桿、頂桿、彈簧、端蓋等主要零件。其作用在于固定夾鉗鉗口間距，使該工具能安全插入鋼軌之間進行作業。

內、外齒板上均加工有圓孔，內置頂桿，為便于頂桿裝置的制作、安裝，將其加工成3部分，插接后組成一體。將壓簧放置在與齒板相通的導向套管內，利用其彈性使頂桿復位。圖7為外型結構示意圖。

鎖緊裝置工作過程：該吊具空載放置，未受到吊索的提升力時，聯動裝置因自重向下疊放，頂桿處于鎖緊狀態，即頂桿1插入外側齒板的定位孔內，頂桿2插入內側齒板的定位孔內，內、外齒板相對固定，兩齒板夾鉗的鉗口間距處于最大位置（如圖8所示），圖9為鎖緊狀態時內部剖視圖。

此時，可將吊具放置在碼放整齊的鋼軌垛上，使每對夾鉗間夾有一根鋼軌，作業人員通過下壓解鎖拉桿，將兩頂桿推出板孔，解除鎖緊狀態。起重機械起升機構緩慢起吊，使兩齒板向內相對滑動，直至鋼軌上端被夾緊（如圖10所示）。吊挺、檢查無誤后，即可起吊，放到指定位置。圖11為非鎖緊狀態時內部剖視圖。

當鋼軌底面放置到指定位置后，起重機械起升機構繼續緩慢下降，吊索隨著緩緩下落，該吊具的聯動裝置因自重向下移動，兩齒板分別向兩側滑動、打開，鋼軌解除了夾緊，被卸放在指定位置處。

當剪式聯動裝置的鉸接結構疊放到最低位置時，鎖緊裝置起作用，在彈簧力的作用下，頂桿進入板孔內，使兩齒板相對固定。此時，即可將該吊具吊起，進行下一次吊裝作業循環。

6 新工具的工作原理

起重機械的提升力通過吊索、剪式聯動裝置、聯結螺栓等傳遞到內、外齒板上，形成夾緊力，將鋼軌上部夾持牢固。

鋼軌落至平面后，起重機械繼續緩慢釋放吊索到適當位置，在慣性作用下，剪式聯動裝置的重力作用在鉸軸上，通過鉸軸將內、外齒板向兩側推開，使鋼軌脫離齒板的約束。

7 新工具的使用要求

根據鋼軌的長度和剛性，確定鋼軌的吊點位置，依此選擇適宜長度和負荷的支杠。用鋼絲繩吊索將兩個鋼軌吊具分別連接在支杠上，使兩吊具之間的距離與鋼軌兩吊點之間的距離相等，以保證鋼軌的垂直起吊。

使用時，將鉗口與鋼軌上端面對準后，放下吊具，壓下解鎖手柄后，再進行起吊。

8 新工具的特性優勢

①安全性高。最大的特點體現在夾緊機構，常規剪式夾具的夾鉗是單一的，而該工具的夾鉗是一組，共有7個夾鉗，同時，每對夾鉗與鋼軌的接觸點由原來的兩點或三點變為四點（或兩個面），避免了夾鉗的滑移，使鋼軌受力更加均勻，減少了鋼軌的晃動、碰撞。

②適用性強。適用于多種規格的鋼軌，可選用不同長度的支杠配合作業。

③使用方便。作業時，將吊具齒鉗插放在排列整齊的鋼軌縫隙間，操作人員僅手動松開鎖緊裝置，起重機械即可直接用吊具夾起7根鋼軌，無需操作人員逐根卡掛，因此在用工少的同時，操作人員的勞動強度降低了。

④保養維修簡便。結構簡潔，各鉸接處、各連接部位易于觀察、保養，發現磨損等現象，拆卸方便。

⑤作業效率高。正常情況下，一次可吊起7根鋼軌，而且吊裝后的鋼軌擺放整齊，減少了操作人員的二次作業。因此，在降低人員勞動強度的同時，提高了作業效率。■

2012-07-09