基于水平拉索的岸橋防臺系統的研究

鄭宇鵬

（廈門集裝箱碼頭集團有限公司海天分公司，福建 廈門361000）

1 概述

廈門集裝箱碼頭集團有限公司目前使用的兩臺岸橋（Q21、Q22）是2002 年大連大起集團有限公司所設計生產的，主要承擔著集裝箱船舶的裝卸任務。岸橋的臂架和主梁采用單梁箱型結構，門腿拉桿、水平拉桿和后拉桿為螺旋焊管，其余結構件為箱形結構，整體結構為剛性連接，小車為自行式小車，整機質量為1072.4T，這兩臺岸橋設計上非工作防臺狀態須將前大梁處于掛鉤位置。其俯仰機構設在機器房內，操作人員在位于海側上橫梁的俯仰室內操作前大梁的升降，能將前大梁仰起至與水平面呈約80°角位置后用掛鉤固定，也可放開掛鉤將前大梁放回落至水平工作位置。由于這兩臺岸橋所在的泊位受航空限高管制，在防臺時無法提前對岸橋進行防臺加固，須在得到管制解除允許升起前大梁的通知后，才能對岸橋進行防臺緊固。在以往的防臺過程中都會遇到以下問題：（1）當接到允許升起大梁的通知時，往往是臺風影響非常強烈的時候，在大風的作用下，大梁進入鉤區的角度可能發生偏離，造成無法完全落鉤的情況；（2）維修及操作人員需冒著狂風暴雨進入俯仰室進行操作，且需爬上梯形架觀察大梁是否正常落鉤，以確保大梁的安全可靠，以上兩點問題對于設備及人員在防臺錨固過程中都造成極大的不利影響，需對其進行改造，以消除事故隱患。

2 岸橋防臺系統改造分析

文獻1 對岸橋防臺系統進行改造，主要從機械和電氣兩個方面對岸橋大車頂軌器進行改造，機械上將原有的頂軌器替換為夾輪器，電氣上增加限位檢測信號提供給電氣控制系統，該改造方法解決了原有頂軌器在防風防臺中的缺陷和對軌道的傷害，但沒有解決岸橋進行緊固受航空限高管制、防臺緊固受大風影響、維修和操作不便的問題，本文針對上述兩個問題，提出了基于水平拉索的岸橋防臺系統的研究，解決岸橋防臺時存在的問題。

經查閱圖紙及技術參數兩臺岸橋的臂架和主梁采用單梁箱型結構，門腿拉桿、水平拉桿和后拉桿為螺旋焊管，其主要尺寸和工作參數如表1 所示。

表1 岸橋主要尺寸和工作參數

受航空限高管制，采用前大梁掛鉤防臺，因受時機所限，將對人員及設備產生極不利的影響，如果能在前大梁水平狀態時也達到同樣的防臺效果，將有效的避免航空限高的影響。因此采用加裝前大梁水平防臺錨定裝置方式進行改造，如圖1 所示，使其在非工作狀態下前大梁位于水平位置時能滿足防臺要求。為確保安全，防止在防臺狀態誤仰起大梁，加裝的水平防臺錨定裝置有可靠的安全聯鎖進入岸橋主程序，水平防臺錨定檢測限位采用SCHMERSAL 重型限位開關檢測，開關信號進入俯仰室模塊。

圖1 前大梁水平防臺錨定裝置

2.1 大梁水平拉索受力分析

經計算，大梁水平，風平行大車軌道，大梁風載荷，大梁水平拉索受力如下：

前大梁水平迎風面積A=107m2

非工作狀態風速VS=55m/s

風壓Q=1852.8N/m2

大梁風力中心到鉸點距離L=27.27m

大梁水平拉桿力臂Lp=11.894m

前大梁的水平風力F=1.35*Q*A=267638.77N

大梁水平拉索拉力Fp =F*L/Lp=613629.49N

可以根據水平拉索在風速VS=55m/s 時所需承受的拉力進行拉索選型。

2.2 輪壓和穩定性分析

2.2.1 輪壓情況

增加水平拉索后，經計算：

工作風速，前大梁水平、小車位于前伸距時最大輪壓50.80T；

工作風速，前大梁水平、小車位于后伸距時最大輪壓39.80T；

非工作風速，前大梁水平、小車位于停車位時最大輪壓47.11T；

各種狀態下的輪壓均符合要求。

2.2.2 整機穩定性情況

增加水平拉索后，經計算：

無風靜載，前大梁放平，小車位于前伸距和后伸距，穩定力矩分別為18786t.m 和16821.55t.m，傾覆力矩分別為-11713.45t.m 和-2111.39t.m；

有風動載，前大梁放平，垂直軌道方向，小車位于前伸距和后伸距的有風動載慣性力狀態，穩定力矩分別為18786t.m 和16821.55t.m，傾覆力矩最大分別為-12265.10t.m 和-3058.75t.m；

有風動載，前大梁放平，平行軌道方向的慣性力狀態，穩定力矩為9450.17t.m，傾覆力矩為-1318.18t.m；

有風動載，前大梁放平，垂直軌道方向，小車位于前伸距和后伸距，穩定力矩分別為18786t.m 和16821.55t.m，傾覆力矩分別為-15077.45t.m 和-5871.10t.m；

有風動載，前大梁放平，平行軌道方向的沖擊狀態下，穩定力矩為9450.17t.m，傾覆力矩為-3316.09t.m；

有風動載，前大梁放平，垂直軌道方向，小車位于前伸距和后伸距的突然卸載或吊具脫落狀態下，穩定力矩分別為19411.31t.m 和20244.74t.m，傾覆力矩分別為-1800.68t.m 和-5786.96t.m；

有風動載，前大梁放平，平行軌道方向的突然卸載或吊具脫落狀態下，穩定力矩為8659.99t.m，傾覆力矩為-765.28t.m；

暴風下非工作狀態，前大梁放平，小車位于停車位置，垂直軌道方向海測風和陸側風，穩定力矩分別為14291.3t.m 和19797.04t.m，傾覆力矩分別為-5960.24t.m 和-7579.52t.m；

暴風下非工作狀態，前大梁放平，平行軌道方向風，穩定力矩為8878.49t.m，傾覆力矩為-6900.76t.m。

由以上輪壓和穩定性力矩計算得知，增加水平防風拉索后，與原設計無明顯差異，但改造后岸橋前大梁處于水平，大車進入錨定，系固的非工作狀態能抵御風速55m/s 的臺風襲擊。

3 改造后的效果

改造后岸橋前大梁處于水平、大車進入錨定的非工作狀態時能抵御風速為55m/s（2 分鐘時距）的臺風襲擊，且水平防臺錨定裝置方便操作使用和維修保養，并有可靠的安全聯鎖進入岸橋主程序。在工作狀態下，前大梁可正常操作升降，滿足船舶的靠離泊需要及航空限高要求。這兩臺岸橋在防臺時將不再受航空限高管制影響，為岸橋提前做好防臺工作創造了有利條件，保證了岸橋自身的安全。同時，也保障了維修及操作人員在防臺時的人身安全，間接降低了生產成本。

4 結論

采用加裝前大梁水平防臺錨定裝置方式進行改造，改造后經過慣性力狀態、沖擊狀態、突然卸載或吊具脫落狀態、暴風下非工作狀態下的穩定性分析，得出改造后的岸橋防臺系統在非工作狀態能抵御風速為55m/s 的臺風襲擊，改造后效果顯著，解決了岸橋防臺系統因航空限高所帶來的問題并保障了維修操作人員的人身安全，保障了設備生產的連續性與穩定性。