一種新型起重機用自動啟閉防風(fēng)裝置

于婷婷 韓中成 袁俊磊 汪 濤

青島海西重機有限責(zé)任公司

1 引言

岸邊集裝箱起重機、門式起重機等設(shè)備廣泛應(yīng)用于碼頭、港口等沿海地區(qū)。起重機自身迎風(fēng)面積大、面心高，所處環(huán)境風(fēng)具有突發(fā)性、隨機性[1]等特征，風(fēng)力突然襲時，因防風(fēng)措施安裝不及時、不可靠而造成大型起重機傾覆的事故[2]時有發(fā)生，對生產(chǎn)安全和人身安全造成嚴重的威脅。因此，提高沿海或近海作業(yè)重大設(shè)備防風(fēng)裝置的及時性、可靠性和安全性成為目前亟需解決的問題。

設(shè)計了一種自動啟閉的防風(fēng)裝置，介紹其主要結(jié)構(gòu)設(shè)計及安裝步驟、計算依據(jù)。該裝置能夠快速響應(yīng)，可靠降低驟起、較大風(fēng)力對設(shè)備的傾覆力，并依靠所受風(fēng)力提供穩(wěn)定力矩，有效提高設(shè)備在受到暴風(fēng)侵襲時的安全性。

2 裝置主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

該裝置包括風(fēng)速儀、卷揚機及其控制器、擋風(fēng)板、擋風(fēng)板加強板、導(dǎo)風(fēng)板、支腿搖桿、連接板、配重等結(jié)構(gòu)(見圖1)。風(fēng)速儀聯(lián)動卷揚機控制器控制卷揚機收放鋼絲繩進而驅(qū)動擋風(fēng)板、搖桿、導(dǎo)風(fēng)板及配重結(jié)構(gòu)。

1.風(fēng)速儀 2.卷揚機控制器 3.卷揚機 4.帶支腿搖桿 5.配重 6.被保護物體圖1 裝置原理圖

擋風(fēng)板設(shè)有風(fēng)力吸納孔，邊沿通過加強板加強支撐，吸納孔背面設(shè)計有可折疊的導(dǎo)風(fēng)板，在防風(fēng)裝置打開時，風(fēng)力自動吹開導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)板通過其兩側(cè)的可折疊柔性材料拉緊，風(fēng)向改變?yōu)橄蛏戏较颉е葥u桿兩端分別與擋風(fēng)板加強板以及支座鉸接，工作時配合拉緊卷筒鋼絲繩，頂緊設(shè)備表面，使防風(fēng)裝置四連桿結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定(見圖2)。

1.卷揚機控制器 2.加強板 3.擋風(fēng)板 4.導(dǎo)風(fēng)板 5.吸風(fēng)口 6.配重圖2 擋風(fēng)板設(shè)計

鋼絲繩固定座用于擋風(fēng)板加強板與卷揚機鋼絲繩的連接。邊沿加強板兩端設(shè)置鉸接連接孔，用于與其他邊沿加強板、連接板、鋼絲繩固定座、配重等結(jié)構(gòu)上的鉸接連接孔配合組成可變連桿裝置。配重與擋風(fēng)板加強板最下部鉸接，當(dāng)風(fēng)停止后，卷揚機松鋼絲繩，靠配重重力向下拉，使得防風(fēng)裝置整體閉合，貼緊起重機設(shè)備表面。

風(fēng)速儀用于檢測風(fēng)速，達到設(shè)定最大風(fēng)速后聯(lián)動卷揚機控制器啟動卷揚機拉起裝置，達到設(shè)定最小風(fēng)速后聯(lián)動卷揚機控制器啟動卷揚機，配合配重拉力放下裝置。

卷揚機控制器用于接收風(fēng)速儀的輸入控制指令，將拉起或放下輸出指令傳遞給卷揚機，其開啟和關(guān)閉受風(fēng)速儀輸出信號和配重位置信號控制。

卷揚機受卷揚機控制器控制啟動和關(guān)閉，是防風(fēng)裝置的動力裝置。當(dāng)收到卷揚機控制器的拉起指令后，卷揚機拉起防風(fēng)裝置并自動鎖定卷筒，使得鋼絲繩在拉緊狀態(tài)，保持防風(fēng)裝置四邊形連桿機構(gòu)的打開狀態(tài)，帶支腿搖桿頂緊起重機設(shè)備表面；當(dāng)收到卷揚機控制器的放下指令后，解除拉緊鎖定狀態(tài)，松弛卷筒上的鋼絲繩。此時防風(fēng)裝置四邊形連桿機構(gòu)由于自身重力和配重的作用而自動閉合，閉合后的防風(fēng)裝置貼合被保護設(shè)備表面，即配重到達最低位置，聯(lián)動卷揚機控制器，關(guān)閉卷揚機，整個裝置處于閉合待工作狀態(tài)。

3 計算依據(jù)

對裝置導(dǎo)風(fēng)板進行受力分析(見圖3)。風(fēng)向與導(dǎo)風(fēng)板表面夾角為A，假設(shè)水平風(fēng)力為FW作用在面心O處，分解為平行于導(dǎo)風(fēng)板表面的力Fw平行導(dǎo)風(fēng)板和FW垂直導(dǎo)風(fēng)板，F(xiàn)w平行導(dǎo)風(fēng)板=FW×cosA，F(xiàn)W垂直導(dǎo)風(fēng)板=FW×sinA。

圖3 導(dǎo)風(fēng)板受力分析1

由于Fw平行導(dǎo)風(fēng)板只有摩擦力作用于導(dǎo)風(fēng)板，此處忽略不計，只研究FW垂直導(dǎo)風(fēng)板作用效果。

將FW垂直導(dǎo)風(fēng)板繼續(xù)分解為水平方向作用力FW水平作用力和豎直方向作用力FW豎直作用力(見圖4)：

圖4 導(dǎo)風(fēng)板受力分析2

FW水平作用力=FW垂直導(dǎo)風(fēng)板×sinA=FW×sinA×sinA

(1)

FW豎直作用力=FW垂直導(dǎo)風(fēng)板×cosA=FW×sinA×cosA

(2)

假設(shè)面心O與起重機傾覆邊豎直方向高度為H,與起重機傾覆邊水平距離為L，則無防風(fēng)裝置時風(fēng)傾覆力矩M傾1為：

M傾1=FW×H

(3)

安裝防風(fēng)裝置后受到的風(fēng)傾覆力矩M傾2為：

M傾2=FW水平作用力×H-FW豎直作用力×L=

FW×sinA×sinA×H-FW×sinA×cosA×L

(4)

當(dāng)0°

4 結(jié)語

本防風(fēng)抗臺裝置可依據(jù)風(fēng)速實現(xiàn)實時自動啟閉，響應(yīng)快速，通過改變風(fēng)向為被保護設(shè)備提供豎直方向的穩(wěn)定力，能有效降低驟起或長時間作用的大風(fēng)對被保護設(shè)備的水平傾覆力，提高被保護設(shè)備在受到暴風(fēng)侵襲時的安全性。