岸邊集裝箱起重機的防風設計

郭德強

潤邦卡哥特科工業有限公司設計二室 江蘇太倉 215400

1 風災破壞的成因

僅2018年就有多起暴風引起的事故發生。2018年6月，國內某碼頭遭遇12級暴風襲擊，5臺岸橋倒塌，部分船只受損；2018年9月，第21號臺風“飛燕”（瞬時風速超過50m/s）在日本本州登陸，造成數臺岸橋倒塌；此外，還有意大利熱那亞、南非伊麗莎白港等多起暴風事故。在這些事故中，岸橋處于工作狀態下時，錨定板尚未插入坑位，致使岸橋在暴風下發生大車軌道方向滑移進而失速（夾輪器或頂軌器只能保證車輪和軌道不發生相對滾動），撞向相鄰岸橋或碼頭設施，造成機器損毀。在非工作狀態下，可分為防風拉鎖和錨定板等防風設備未及錨入坑位、防風拉鎖和錨定板等防風設備已錨入坑位這兩種情形。第一種情形發生過程類似于工作狀態；第二種情形或是防風拉鎖和碼頭預埋件被連根拔起，或是防風拉鎖被拉斷[1]。

1.1 港口設計和起重機設計不協調

港口設計依據的規范和起重機設計依據的規范并不相同。通常碼頭基建分包商和起重機設備分包商是不同的公司，且兩家之間并無直接聯系，造成部分碼頭防風地錨的承載能力和起重機防風拉鎖的抗拉能力并不一致，特別是20世紀建成的老碼頭，在訂單增長后采購了新的更大參數的港機設備。

1.2 颶風預報技術和碼頭颶風應急機制

暴風的準確預報尚存在技術難點，依據雷達和衛星很難捕捉到清晰的云圖，NASA使用全球鷹無人機在平流層觀測取得了不錯的效果，但仍有誤報率。對于經常發生暴風襲擊的碼頭，應建立一套規范化流程化的應急機制，以避免人為因素造成的失誤。

2 起重機的防風設計

2.1 加強鋼絲繩換繩工藝

（1）鋼絲繩的纏繞系統。由滑輪和鋼絲繩組成的用于改變力、速度和方向的組件稱為滑輪組卷繞系統。卷筒與貨物之間通過鋼絲繩構成聯系，鋼絲繩依次通過各卷繞元件，形成卷繞系統。它能將回轉運動轉換成直線運動，并且還能改變運動傳遞的方向；參與著運動形式的轉換和能量的傳遞。卷筒繞出后，沿以下路徑纏繞：機器房后壁出繩罩——主起升機構卷筒——后大梁尾部的傾轉/防掛艙系統滑輪——主小車架滑輪——吊具上架滑輪——返回主小車架滑輪——前大梁端部鋼絲繩夾繩板。

（2）單條鋼絲繩的換繩工藝。岸橋的起升鋼絲繩是要在大梁水平的狀態下進行的，因此需要先對岸橋進行落橋操作。落橋過程：俯仰機構低速制動器打開——大梁上升0．1度——俯仰安全鉤抬鉤——前大梁拉銷與安全鉤分離——大梁下降——當前大梁離開安全鉤一定距離后，安全鉤恢復到正常狀態——前大梁落至水平。

換繩過程：①先把吊具放到地面，因為要把鋼絲繩完全放下，所以還需要繼續操作下降；②因為此時吊具沒有發生位移，而起升機構繼續下降，所以吊具卷盤的偏碼器和變頻器都會出現故障，報出吊具電纜卷盤變頻器編碼器斷線（PGO）故障、吊具電纜卷盤變頻器故障和吊具電纜卷盤起升允許故障；③關掉吊具電纜主電源開關，保護吊具電纜卷盤的變頻器和電機。此時會報出吊具電纜卷盤主電源開關故障，717程序里強制斷開此信號，才能進一步松繩；④以更換內側的鋼絲繩為例（卷筒的B和C端為鋼絲繩的兩頭）；⑤把鋼絲繩放下之后，把B端和C端固定，把卷筒上的鋼絲繩尾端壓碼松開，把纏繞在卷筒上的鋼絲繩退下放平。把新的鋼絲繩從機房的專用孔拉上來，跟舊鋼絲繩的B端繩尾連接起來（燒焊連接）。把C端從機房專用孔拉到岸橋底下，這時新的鋼絲繩就會跟著舊的鋼絲繩纏擾到后橋的防掛艙系統、小車、吊具、前橋的滑輪上。當焊接處重新回到C端位置的時候，把舊的鋼絲繩切掉，把新的的鋼絲繩纏繞到卷筒上，壓緊卷筒上的壓碼（注意鋼絲繩纏繞在卷筒上的長度，要跟卷筒上D端的長度一樣，我們用纏繞的圈數來計算）。

2.2 防風拉鎖的設計優化

防風拉鎖的作用是抵消暴風時岸橋4個角的上拔力，是起重機抗暴風最關鍵的部件，許多風災事故中防風拉鎖或被拉斷，或是與碼頭錨樁一起被連根拔起。

（1）上拔力的計算。暴風下的風載荷決定了防風拉鎖的設計抗拉強度，其計算依據的不同標準和規范也有較大不同。在設計階段，用戶一般會直接給出最大風速，設計者根據這個最大風速計算鋼結構或防風拉鎖，并沒有差異性對待。實際上，防風拉鎖是起重機傾覆與否最關鍵部件，針對防風拉鎖適當使用更為嚴格的規范并不像鋼結構一樣顯著增加制造成本，而岸橋造價較高，一旦防風拉鎖被拉斷便會是機毀人亡。所以，針對防風拉鎖的設計應用更嚴格的規范，從經濟效益上考慮很具性價比[2]。

（2）防風拉鎖結構形式簡析。以往的岸橋體型較小，風載荷也小，一般采用鋼絲繩套環式防風拉鎖，鋼絲繩柔韌性好，能保證水平方向的自由度。然而，由于鋼絲繩抗拉能力有限，隨著船舶大型化，岸橋也隨之大型化，于是鋼絲繩開始被高強鋼拉板所替代。

在一些碼頭和地區，防風拉鎖的單角設計上拔力可達到1000t以上，這種情況下如果僅在一個角使用一根防風拉鎖，會使防風拉鎖體形巨大，不便于安裝和系固，更甚則可能與大車驅動或大車平衡梁結構干涉。所以，該情況下一個角需要使用一對防風拉鎖，既能解決上述問題，對結構而言又能使兩邊受力均勻更有益。

一個角的兩只防風拉鎖在起作用時受力不一定能均勻分配，有結構誤差、碼頭預埋件誤差的原因，另外，左右兩根防風拉鎖在受力作用時很難呈現與軌面完全垂直的理想狀態。因此，在一些風災事故中，往往是一邊的防風拉鎖先開始受力，一旦被拉斷后，另外一邊防風拉鎖才開始起作用，然后同樣被拉斷[3]。

圖1 防風拉鎖與碼頭、下橫梁結構的連接形式

3 結語

橋式起重機實現安全運行是保證相關工作順利進行的基礎。但受到各種因素的影響,起重機運行期間會受到風災的影響，因此要求采取事故預防措施，進而實現降低的出現安全事故的概率，確保生產的有效性。