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液压轮边制动器在造船门机中的应用及其防风效果分析

信息来源:plantb2b.com  时间:2008-10-16  浏览次数:76

  门座式起重机是各大型修造船厂使用最多的起重设备。近年来,随着船舶的大型化和超大型化的发展,30t以上的中大型门座式起重机在各大型修造船厂的应用越来越多。在过去,由于修造船厂使用的门机绝大部分使用的都是16t以下的中小门机,防风问题显得不突出、甚至无关紧要,从而长期被有关部门和单位忽视。现在,随着门机的大型化和超大型化(如某造船厂已经有120t以上的门机),门机的防风问题、尤其是工作状态下的防风问题,显得非常突出。我国每年都有多起门机被大风刮跑的风灾事故发生,几乎全部发生在30t及其以上规格的中大型门机上。所以,门机(尤其是中大型门机)的防风(特别是工作状态下的防风)问题,已经是有关单位十分关注的重要课题,也是各主机制造商和相关配套商研究的重要课题。本文重点介绍一种新的防风方式——“利用起重机自重产生的轮压来产生抗风阻力”及其相应的新型防风装置——“液压轮边制动器(亦称夹轮器)” 。
  2 液压轮边制动器的作用原理和作用特点
  大家知道,过去门机使用的防风装置一般都是夹轨器(手动和液压式)。夹轨器是一种传统的老产品,具有较长应用历史。长期的使用经验表明,夹轨器有着一些严重的不足,主要表现在:受码头轨道状况的影响严重,作用不稳定;只能实施静态制动,不能进行动态制动;安装数量受到限制,防风能力非常有限(现在也有许多学者从事对老式夹轨器进行更进一步的研究,试图克服其缺点,这里不多叙述)。夹轨器是通过一定的夹持力直接作用在轨道上,从而产生与风力作用相反的摩擦(静态)阻力,达到抵抗风力的作用。而轮边制动器的作用原理是:当机构减速停车后,通过对车轮施加一个足够的制动力矩,使得起重机在风力的作用下,车论的滚动阻力增大(直至车论打滑),从而产生与风力作用相反的滚动摩擦(静态或动态)阻力或滑动摩擦阻力(车论打滑时变成滑动摩擦阻力),达到抵抗风力的作用。当机构要起动(开车)时,轮边制动器通过PLC(或其它方式)控制提前进行驱动释放(开闸),使制动器的制动衬垫脱离车轮制动覆面,消除制动力矩。轮边制动器一般只用于大车运行机构的被动车论的制动。
  采用轮边制动器具有如下一些显著特点:
  a) 体积小,结构紧凑、安装简易,无需较大的安装支架,可降低整机重量;
  b) 轮边制动器是通过复合材料制成的摩擦衬垫与轮缘侧面形成摩擦副,而不是钢对钢摩擦,所以具有非常稳定的摩擦性能和防风(维持)制动效果;
  c) 一台车上可设置多台轮边制动器(20台以上),使整机具有较高的抗台风能力;
  d) 在紧急状态下可实施动态紧急制动,这是夹轨器等轨道作用式防风装置无法实现的。
  3 应用实例及其效果分析
  某大型造船厂订购了一台120t门座式起重机,由于设备庞大,业主对起重机的防风提出了较高的要求,要求起重机在工作状态下能够抵抗短时35m/s风速强台风的能力。
  起重机的主要参数为:吊具下额定起重量:最大120t;变幅范围:86m;轨距:18m;最大起升高度:轨面上90m;大车车轮数量:40;大车轮压:工作状态最大56t、平均40t,非工作状态最大58t;大车驱动轮高速轴制动力矩120Nm,总传动比102。
  起重机的风载参数为:计算总迎风面积A=1100㎡;计算风速V=35m/s;风力系数C=1.3;起重机在工作状态下可能承受的最大风载FW为:
  起重机的防风制动方案:该起重机共有车轮40个(每侧各20个)、车轮直接为800mm;大车驱动采用了16点驱动方式,既驱动轮16个,被动轮24个。为满足这种高等级的防台要求,该车采用了全轮制动方案。全部驱动轮在高速轴上采用了外置式盘式制动器,用于起重机运行过程中的正常减速制动和辅助防风制动;全部被动轮采用了专业厂家生产的制动器,用于工作状态下的防风制动(同时作为非工作状态下的辅助防风制动)。轮边制动器的布置(四分之一腿下)如图1所示。
  轮边制动器规格的选定:轮边制动器的规格主要根据起重机工作状态下最大轮压来确定;在本案中,起重机的最大轮压为56t,故选择YLZ63规格的轮边制动器(规格中63表示适配的轮压为63t,在此轮压下,制动器的制动力矩可保证车轮在外力的作用下不能产生滚动而只能打滑)。
  防风能力验算:为简化计算和便于说明问题,我们仅对轮边制动器和驱动轮高速轴制动所产生的防风能力进行验算,忽略轨道坡道阻力影响。由轮边制动器产生的抗风阻力FRL和由驱动轮高速轴制动产生的抗风阻力FRB分别计算如下:
  式中:nzL——轮边制动的制动点数量,在本案中为24;
  P——平均轮压,在本案中为400000N;
  μ——车轮与轨道之间的滑动摩擦系数,一般取0.12;
  FRL=24×400000×0.12=1152000(N)。
  式中:nzB——驱动轮高速轴制动的制动点数量,在本案中为16;
  D——车轮踏面直径,0.8m;
  Mb——驱动轮高速轴制动力矩;
  i——驱动轮总传动比,i=102
  这样总的抗风阻力:
  FR=FRL+FRB=1152000+489600=1641600>1073823(N),可完全满足35m/s风速下的抗风要求;实际可抵抗风速为:
  4 与传统防风装置的防风性能比较
  过去对于一些大型的港口装卸机械,一般都采用传统的液压夹轨器。轮边制动器与这些传统的防风装置比较,具有十分明显的优越性,下面从防风能力、可靠性两方面进行一些比较。
  防风能力比较:以上述门座式起重机为例:
  a) 当使用夹轨器时:一台车一般只能使用2台(每侧各1台),产生的抗风阻力十分有限;如采用2台夹紧力444kN(目前较大能力的夹轨器),其可能产生的抗风阻力为2×2×444000×0.25=444000(N),总抗风阻力: FR=444000+489600=933600<1073823(N),不能满足35m/s风速下的抗风要求;
  b) 当使用轮边制动器时:采用轮边制动可实现多点制动(对于大型的门座式起重机可实现16点以上的制动),在上述起重机采用了20点制动后,轮边制动器可产生的抗风阻力为1152000(N),总抗风阻力:
  FR=1152000+489600=1641600>1073823(N),可完全满足35m/s风速下的抗风要求,实际可抵抗风速可达43.3m/s;
  从上例比较结果可看出,对于大型的门座式起重机,采用轮边制动方案可完全满足35m/s强台风的防台要求,而采用夹轨器则很难满足这一要求。
  可靠性比较:大家知道,夹轨器的夹持效果容易受到轨道不平和弯曲以及轨道沟异物等的影响;此外由于夹轨器的夹持面较小,力学稳定性较差,当受到外力(如起重机在风力等作用下产生振摆时或起重机作业产生较强振动时)容易失效;所以说,采用夹轨器进行防风时可靠性是比较差的。而轮边制动器是利用轮压及车轮与轨道之间的摩擦产生抗风阻力,轮压和摩擦系数都是非常稳定的参数,所以采用轮边制动器进行防风具有很好的稳定性和很高的可靠性。

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