风力自锁装置:如何攻克港口大型设备防阵风安全世界性难题?

    风灾是一种破坏力极大的自然灾害。风灾损失及严重后果在港口的表现尤为突出,其主要形式是大型港口机械因突发性强阵风作用,导致设备滑移、碰撞,进而引起工程结构的损坏和整机倒塌。特别是高、细、长的柔性工程结构,其抗风设计计算的合理和全面与否是工程安全的关键所在,因而深入研究港口大型设备防阵风坏的关键技术并研制新型防阵风安全防爬装置,是我国港口设备安全、生产安全高度关注并迫切需要解决的重大课题。

风灾对港口大型设备的危害

    处于港口码头前沿的大型设备属于典型的高、细、长柔性工程结构,迎风面积大、风力作用中心高,对风载作用十分敏感,当台风或突发性阵风发生时很容易遭受到风力的袭击,极易造成事故,世界各国的港口大型设备每年因风的作用被吹走而倒塌或损坏的事故不断发生。

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大型港口设备风灾事故原因探究

为什么现在大型港口设备做足了防风措施,但设备遇到台风和突发阵风依然会安全事故频发?这需要从现有防风装置的防风原理进行探究。

现有轨行式设备主要的3大类防风装置及其防风原理:

1、顶轨类:如现有各种类型的制动器、夹轮器、顶轨器、铁鞋等。该类防风装置是基于将设备行走机构转动部件变滚动摩擦为滑动摩擦,即任何设备只要确定了自重与迎风面积,其最大的抗风防滑能力就是该设备自重与滑动摩擦系数的乘积。一旦作用于该设备的风载荷大于其最大滑动摩擦力,顶轨类防风装置就会失效,设备将产生滑移,进而可能发生相互碰撞甚至整机坍塌等严重事故。

2、夹轨类:夹轨类防风装置主要利用对轨道的夹紧力产生较大的摩擦制动力。为什么夹轨类装置普遍港口不采用,有2个主要原因,一是该类装置与设备刚性联结,无法适应基础轨道的沉降、偏移和其他恶劣的现场工况;二是该装置开闭均需要非常大的主动力来形成夹紧摩擦力,长期频繁动作易导致装置疲劳失效。

3、固接类:防风拉索与防风锚定属于该类装置,在固定位置防台非常有效,但不能满足设备工作状态停放在任意位置时防突发强阵风的需求。值得指出的是,防风拉索与防风锚定均按照抗台最大静载荷设计,但风载荷是动载荷,对冲击载荷考虑不周是引起设备台风事故的主要原因。

综上所述,设备处在非工作状态的设计防风能力不足,以及设备处在工作状态下的防滑能力不足,是导致设备风灾事故的主要事故原因

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2017年“港口机械防风防台安全技术”研讨会

港口大型轨行式设备该如何应对无预警突发性强阵风?

《宋史*岳飞 传》有曰:“撼山易,撼岳家军难。”对于港口大型设备而言,行业也有一致的看法:抗台易,防阵风难”。因无预警突发性强阵风而导致的重大悲痛安全事故很多,除了直接的设备损坏损毁,还有人员伤亡,如2016年广东东莞东江口龙门吊侧翻事故,导致18位人员死亡、33人受伤;2018年青岛4台岸桥损毁1人死亡1人受伤。近年来极端天气频发,国内港口阵风事故随之增多,北至曹妃甸港、盘锦港,南至湛江港、广州港、盐田港、防城港、珠海港,已完全突破了传统认知的“北方无阵风”,除了海港之外,长江内河港、珠三角内河港也频遭强阵风袭击。

风力自锁防爬器工作原理

风力自锁防爬器的工作原理是借助作用在设备上的风力,通过合理设计的机械结构将风力转化为沿轨道水平方向的分力和垂直于轨道方向的分力。水平方向的分力通过夹钳装置的杠杆比放大,夹轨装置下端两侧夹紧块对轨道侧面产生夹轨力;垂直方向的分力通过滚轮支架底面与轨道顶面相接触,产生顶轨力。

风力自锁防爬器提供的防风抗滑力由这两个夹轨力和顶轨力构成,这两个力均来源于风力且与风力成正比,风力越大,防爬器能够产生防滑力就越大,利用风力形成可靠机械自锁,保证设备沿轨道方向不发生滑移。

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◆风力自锁防爬器优点:

1、无需提供主动力,动力源自风力作用,纯机械自锁、维护简单、可靠性好;

2、同时利用顶轨力和夹轨力,防滑能力超强,防爬装置的着力点三维空间随动、对轨道适应性好;

3、带黑匣子功能,可记录、监测设备防风受力状态,可构建整机防风安全监测系统;

4、可广泛适用于港口、堆场、铁路站场、造船厂等各行业大型轨行式设备。

◆严格试验验证和检测报告:

通过完成风力自锁防爬器样机试制,模拟风载试验,产品研制取得圆满成功。整过研发过程接受了交通部、特检院、科研院校及全国主要港口码头专家的多次现场验证,对风力自锁防爬器防风抗滑新技术给予充分认可、帮助与支持。

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制造车间现场:

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风力自锁防爬器应用实例

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总结语

风力自锁防爬器新技术的出现,攻克了大型设备防阵风安全的世界性难题。随着应对台风的实践和抗台经验的积累,只要严格按照标准和规范进行防御(除了超出设计范围允许的风速),各行各业基本都能从容应对有预警的台风,基本能保证设备的防台安全。但对于无预警突发性强阵风,配置风力自锁防爬器将有效保障现有大型轨行设备工作状态下的防阵风安全,同时提升设备有效工作时间,且风力自锁防爬器亦能在抗台时有效削弱风力动载荷对防风拉索及防风锚定的冲击,具有辅助抗台的功能。

最后引用一位行业负责大型设备安全的权威人士管理心得:设备安全不能存在侥幸心理!能依靠技术解决设备安全问题必须依靠技术,若无则靠管理,但管理人为因素较强,容易缺失,存在风险,设备的最终安全还得依赖可靠的技术!


号外:图片

1、2017年8月,风力自锁防爬器通过了质量监督检验严格测试;

2、风力自锁防爬器被武汉市列为2018年度创新产品;

3、交通运输部于2018年7月24日颁发《港口大型机械防阵风防台风安全工作指南》,风力自锁防爬器在指南5.12条被列为推荐产品;

4、2019年6月3日ISO伦敦防风会议专题介绍中国防风技术,国内外专家开始关注风力自锁防爬器;

5、风力自锁防爬器作为中国“颠覆性或高度创新的港口工业技术”产品代表,联合ZPMC参加PEMA组织的2019秋季全球港口设备制造竞赛。

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