集成型鋼軌吊具的應(yīng)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(yīng)用

楊文超 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

針對(duì)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(shí)，進(jìn)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(zhì)量和效率，同時(shí)縮短了船舶在港停留時(shí)間，降低了船、貨方運(yùn)營成本，得到了客戶的肯定和好評(píng)。

集成型鋼軌吊具 聯(lián)動(dòng)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(xiàng)目和鋼軌出口貿(mào)易日益增加，如：迄今世界上運(yùn)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(shè)備作業(yè)名牌企業(yè)，自2010年起將超長鋼軌列入我公司的重點(diǎn)貨類。針對(duì)新貨源，工藝部開展科技攻關(guān)活動(dòng)，研制新型專用裝卸吊具，提高裝卸質(zhì)量及效率。

2 工具現(xiàn)狀

現(xiàn)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(shí)，支杠的上吊系掛在起重機(jī)械的鉤頭上，下吊系連接一組或多組帶自鎖機(jī)構(gòu)的專用夾鉗，通過人工用夾鉗夾住鋼軌，手控自鎖機(jī)構(gòu)，完成鋼軌的裝卸作業(yè)。

為提高作業(yè)效率，一般使用三組夾鉗同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，因此，一條作業(yè)線至少需要8名以上的操作人員兼顧夾鉗的卡、摘環(huán)節(jié)，不僅用工數(shù)量多，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。由此也導(dǎo)致作業(yè)效率無明顯提高。

3 新工具選型

針對(duì)上述狀況，在充分調(diào)研鋼軌規(guī)格、特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合剪式夾具原理，研發(fā)了一種新型的集成型鋼軌吊具。

依據(jù)國標(biāo)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(jī)械的額定工作負(fù)荷及其作業(yè)的靈活性，該工具設(shè)計(jì)了7對(duì)夾鉗，可以同時(shí)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(jì)算和超負(fù)荷的安全檢驗(yàn)，設(shè)為16 t。單只吊具負(fù)荷8 t，作用力通過剪式聯(lián)動(dòng)裝置的曲臂轉(zhuǎn)遞到兩個(gè)聯(lián)結(jié)螺栓。

4.1 吊具各個(gè)聯(lián)結(jié)處的聯(lián)結(jié)螺栓受力分析（見圖1）

經(jīng)計(jì)算每個(gè)聯(lián)結(jié)螺栓承受的作用力為P=4 t/sin42°=58 595 N。

螺栓剪應(yīng)力計(jì)算：

其中：

τ——橫向力作用下的切應(yīng)力，N/mm2。

Q——剪力（橫向力），N。

A——橫截面面積，mm2。

計(jì)算可得：

將數(shù)據(jù)帶入公式：

4.2 吊具齒板的受力分析

對(duì)單片齒板彎曲正應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)分析A-A截面為危險(xiǎn)截面，是矩形截面，如圖2所示。

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

P1、P2、P3——鋼軌對(duì)鉗齒的作用力，N；

P4——聯(lián)結(jié)螺栓對(duì)齒板的作用力，N；

L1、L2、L3、L4——各作用力相對(duì)于危險(xiǎn)截面的作用力臂，mm；

W——截面抗彎模量，mm3。

計(jì)算可得：

將數(shù)據(jù)帶入公式:

經(jīng)驗(yàn)算，工具滿足使用要求。

5 新工具的基本結(jié)構(gòu)

該工具可分解為夾緊裝置、剪式聯(lián)動(dòng)裝置，內(nèi)設(shè)鎖緊裝置，如圖3所示。

5.1 剪式聯(lián)動(dòng)裝置

包括吊耳板、直臂、曲臂、連接板、聯(lián)結(jié)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(jìn)行聯(lián)結(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

5.2 夾緊裝置

包括外側(cè)齒形夾板（簡稱外齒板）、內(nèi)側(cè)齒形夾板（簡稱內(nèi)齒板）、聯(lián)結(jié)螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

夾緊裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是由兩對(duì)齒板組成的長方形框架結(jié)構(gòu)。其中外側(cè)齒板加工有一個(gè)圓孔、一個(gè)長孔，內(nèi)側(cè)齒板的對(duì)應(yīng)位置分別是一個(gè)長孔、一個(gè)圓孔。夾緊裝置與聯(lián)動(dòng)裝置由螺栓進(jìn)行聯(lián)結(jié)，如圖6所示。

在剪式聯(lián)動(dòng)裝置的作用下，聯(lián)結(jié)螺栓（1）、（2）沿長孔方向移動(dòng)，帶動(dòng)兩對(duì)齒板發(fā)生相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)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(jìn)行作業(yè)。

內(nèi)、外齒板上均加工有圓孔，內(nèi)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(dǎo)向套管內(nèi)，利用其彈性使頂桿復(fù)位。圖7為外型結(jié)構(gòu)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(shí)，聯(lián)動(dòng)裝置因自重向下疊放，頂桿處于鎖緊狀態(tài)，即頂桿1插入外側(cè)齒板的定位孔內(nèi)，頂桿2插入內(nèi)側(cè)齒板的定位孔內(nèi)，內(nèi)、外齒板相對(duì)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(tài)時(shí)內(nèi)部剖視圖。

此時(shí)，可將吊具放置在碼放整齊的鋼軌垛上，使每對(duì)夾鉗間夾有一根鋼軌，作業(yè)人員通過下壓解鎖拉桿，將兩頂桿推出板孔，解除鎖緊狀態(tài)。起重機(jī)械起升機(jī)構(gòu)緩慢起吊，使兩齒板向內(nèi)相對(duì)滑動(dòng)，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(tài)時(shí)內(nèi)部剖視圖。

當(dāng)鋼軌底面放置到指定位置后，起重機(jī)械起升機(jī)構(gòu)繼續(xù)緩慢下降，吊索隨著緩緩下落，該吊具的聯(lián)動(dòng)裝置因自重向下移動(dòng)，兩齒板分別向兩側(cè)滑動(dòng)、打開，鋼軌解除了夾緊，被卸放在指定位置處。

當(dāng)剪式聯(lián)動(dòng)裝置的鉸接結(jié)構(gòu)疊放到最低位置時(shí)，鎖緊裝置起作用，在彈簧力的作用下，頂桿進(jìn)入板孔內(nèi)，使兩齒板相對(duì)固定。此時(shí)，即可將該吊具吊起，進(jìn)行下一次吊裝作業(yè)循環(huán)。

6 新工具的工作原理

起重機(jī)械的提升力通過吊索、剪式聯(lián)動(dòng)裝置、聯(lián)結(jié)螺栓等傳遞到內(nèi)、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(jī)械繼續(xù)緩慢釋放吊索到適當(dāng)位置，在慣性作用下，剪式聯(lián)動(dòng)裝置的重力作用在鉸軸上，通過鉸軸將內(nèi)、外齒板向兩側(cè)推開，使鋼軌脫離齒板的約束。

7 新工具的使用要求

根據(jù)鋼軌的長度和剛性，確定鋼軌的吊點(diǎn)位置，依此選擇適宜長度和負(fù)荷的支杠。用鋼絲繩吊索將兩個(gè)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(diǎn)之間的距離相等，以保證鋼軌的垂直起吊。

使用時(shí)，將鉗口與鋼軌上端面對(duì)準(zhǔn)后，放下吊具，壓下解鎖手柄后，再進(jìn)行起吊。

8 新工具的特性優(yōu)勢(shì)

①安全性高。最大的特點(diǎn)體現(xiàn)在夾緊機(jī)構(gòu)，常規(guī)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(gè)夾鉗，同時(shí)，每對(duì)夾鉗與鋼軌的接觸點(diǎn)由原來的兩點(diǎn)或三點(diǎn)變?yōu)樗狞c(diǎn)（或兩個(gè)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(dòng)、碰撞。

②適用性強(qiáng)。適用于多種規(guī)格的鋼軌，可選用不同長度的支杠配合作業(yè)。

③使用方便。作業(yè)時(shí)，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(dòng)松開鎖緊裝置，起重機(jī)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(shí)，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度降低了。

④保養(yǎng)維修簡便。結(jié)構(gòu)簡潔，各鉸接處、各連接部位易于觀察、保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)磨損等現(xiàn)象，拆卸方便。

⑤作業(yè)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(yè)。因此，在降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高了作業(yè)效率。■

2012-07-09