科技创新 ２０１３年第ｌ７期Ｉ科技创新与应用 起重机防风措施的探讨 龚徐科 （宁波市特种设备检验研究院，浙江宁波３１５０４８） 摘要：探讨分析了常见各种防风装置类型及缺陷，并对防风装置的计算和选择进行了详细的分析，最后深入探讨了日常防风工 作中存在的主要问题，提出了从完善和具体落实各项规程制度、完善防风装置等方面做好防风工作的建议和措施。 关键词：起重机；防风装置；措施 １常见的各种防风装置及其缺陷 动摩擦力来制动。 防风装置按其功能可以分为防台风装置和防突发性阵风装置。 １．２．３第三种是轮边制动器，主要是在大车运行机构的被动轮 防台风装置主要是保证起重机在非工作状态下不被风吹走；防突发 上装设一定数量的液压常闭式轮边制动器，通过轮边制动器给被动 性阵风装置，主要在起重机工作状态下使用，在紧急情况下该装置 轮施加一定的制动力矩，从而实现紧急情况下的防风制动。为增加 动作产生有效制动以防止事故的发生；同时，在非工作状态下，防突 起重机的整体防风抗滑能力，我们可在一台台车上设置多套轮边制 发性阵风装置也可以起到防台风装置的作用。 动器。此外在紧急状态下，该装置还可以当作紧急制动器来使用，这 １．１防台风装置 一点是夹轨器和锚定装置等防风装置无法达到的。 防台风装置主要是起重机在非工作状态下使用的一种装置，它 通常起重机在工作状态下的防风抗滑安全性能用制动器加以 大量应用于露天工作的门式起重机当中。目前，防台风装置主要有 保证。制动器一般装设在电动机的高速轴上，具有制动和防突发性 夹轨器、顶轨器、铁鞋和锚定装置等几种。 阵风两种功能。但在实际使用过程中为防止制动过猛、冲击过大，常 １．１．１夹轨器 常将制动力矩调得很小，这就使起重机失去了应有的防风抗滑性 夹轨器是目前应用最为广泛的一种防风装置。它的基本原理， 能，大大降低了起重机整体防风能力。 是将一定的力通过杠杆作用施加于夹钳臂上，使钳口夹紧起重机大 ２防风装置的计算与选择 车轨道两侧，利用钳口与大车轨道两侧之间的摩擦力来阻止起重机 通常起重机在工作状态和非工作状态下防风装置的选取不尽 纵向滑移。摩擦力的大小，主要取决于钳口与轨道之间的滑动摩擦 相同。下面结合实际情况分别就这二种情况进行防水平移动和防失 系数和施加于夹钳的夹持力。夹持力主要由夹轨器内部结构决定， 稳倾覆进行探讨。 选定了某一形式的夹轨器，夹持力也就固定不变了，但是风速会随 ２．１起重机工作状态阵风作用下的防滑计算 着环境的变化而变化，因此风速一旦接近或超过夹轨器的设计风 起重机在工作状态下遇到突发性阵风，起重机将承受极大的水 速，就容易导致安全事故的发生。此外，轨道表面不平整或轨道两侧 平风载，这时应通过实时增加起重机水平方向的摩擦力来抵抗风 有异物卡人时，都会影响防风装置的夹持效果。而且当夹轨器的夹 载，从而防止起重机的滑移。我们主要通过二种途径来增加起重机 持面积过小时，夹轨器的力学稳定性会大大降底。手动操作的夹轨 水平方向摩擦阻力，一是将从动轮的滚动摩擦转换为滑动摩擦，从 器由于夹持力的关系在实际操作中容易出现张开钳口错位的现象， 而增加起重机与轨道间的摩擦阻力；二是通过安装附加装置来达到 且整体抗风能力较弱，可靠性较底，因此很少在大型起重机上采用。 额外增加起重机水平方向摩擦阻力的目的。下面我们通过计算来具 １．１．２铁鞋、止轮器和压轨器 体说明在突发性阵风作用下如何确保工作状态下的起重机不被风 此类装置的基本原理是利用起重机的自重作用于该装置上，从 吹走，以及如何选取合适的防风装置和须增加额外摩擦阻力的大 而在轨道上产生一定的滑动摩擦力，当摩擦力超过风载时，起重机 小。 便被可靠锁定。铁鞋的使用方法相对比较简单，但使用不准确，往往 ２．１．１增加自身摩擦阻力 达不到应有的效果。影响铁鞋制动效果的因素较多，比如铁鞋舌尖 为了增加自身摩擦阻力，我们可以采取在大车从动轮上加装轮 的外形尺寸和与大车车轮弧面一致的止轮部分的外形尺寸不匹配 边制动器、夹轮器、电动铁鞋制动器等方法。以港口门座起重机为 时，会直接影响铁靴的制动效果。又如铁鞋的厚度，对防风的效果影 例，由于回转惯性较大，因此应使车轮在工作中有一定的游动量，以 响也较大，厚度过小时，起重机的车轮比较容易爬上铁鞋，给使用带 便释放风载荷，因此采用电动铁鞋制动防风装置比较合适。这时，我 来很大的麻烦；厚度过大时，车轮很难爬上铁鞋，起不到应用的作 们可以将电动铁鞋制动器装设在大车从动车轮上，从而使大车车轮 用。止轮器的原理和制动器相似，通过一定的夹持力使车轮无法转 的滚动摩擦转化为楔块与轨面的滑动摩擦，依靠两者间较大的摩擦 动，利用车轮和轨道之间的轮压产生滑动摩擦力，从而防止起重机 力将轮子楔死（见图１）。 的纵向滑行。压轨器则是另外一种常用的防风装置，主要通过附加 装置将起重机部分重量压到轨道顶面，通过两都之间的摩擦力来阻 止起重机的移动。 １．１．３锚定装置 锚定装置具有结构简单、自重轻、可靠性比较高、操纵方便等特 点。通常锚定装置采用刚性连接的方式，但也可以采用柔性连接的 方式，如通过一段钢丝绳或链条与地面锚定处连接。柔性连接方式 只有在起重机移动后，钢丝绳才绷紧起作用，但由于起重机运行时 存在一定的动能，起重机仍有倾翻的可能，因此刚性连接才是我们 首要考虑的。如果不是刚性连接，则应在钢丝绳或链条间增加张紧 装置，把钢丝绳或链条调紧，防止起重机被风加速而造成冲击动量 过大。锚定装置一般在天气预报有台风之前，将起重机整体锚定起 图１防风铁楔制动器及车轮受力图 来，这种方法相对比较安全，但对突发性阵风却没有没法。此外由于 根据起重机所吊运载荷和自重可计算出每个轮子上的轮压，再 锚定点不可能沿起重机整个运行轨道设置，所以使用不是特别方 由静力平衡条件可得， 便。 Ｆａｃｏｓａ－Ｐ￣ｓｉｎａ １．２防突发性阵风装置 ： ——‘。‘ｕｉＣＯＳＯ￣一ｓｌ。ｎａ＇ ，（１） 目前，国内通常使用的起重机防突发性阵风装置大体分为３ 种： 只：丝 ： ｃｏｓ ， １．２．１一种是制动轮式防突发性阵风装置，即在大车车轮的高 ＣＯＳ ｏｃ－ｓｍａ— （２） 速轴上增加一套延时制动装置，在紧急情况下，利用这套制动装置 ｔａｎ￣ｚ＝“２ （３） 抱紧高速轴上的制动轮来进行制动，以防止起重机被风吹跑。 由整机水平方向受力平衡得， １．２．２另一种是电动铁鞋式防突发性阵风装置，即在起重机停 车时用电动铁鞋直接楔住大车车轮，利用起重机与大车轨道间的滑 １尸轮 －Ｉ－ ２尸轮 ＋（Ｆｌ＋ ）Ｆ／３＝Ｆ风 （４） 一２７— 科技创新与应用ｌ ２０１３年第１７期 科技创新 由式（１０）可知，为了尽可能减小防风拉索的受力，应尽量减小 （５）拉索所受到 ＋ … 防风拉索沿轨道和垂直轨道方向的距离，当ｄ：为零时，的力为最小。 其中， ３日常起重机防风工作中存在的问题 Ｆ 为车轮与地面的摩擦阻力； 对于露天工作的起重机，国家强制性标准起重机安全规程（ＧＢ Ｆ 为铁鞋与地面的摩擦阻力； ６０６７）对防风装置的设置有明确的要求。尽管如此，由于各种原因引 分别为轮子、地面与铁靴的滑动摩擦系数； 起的防风工作不到位而导致的事故，还是屡屡发生，对我们国家造 Ｆ 为每个轮子受到的水平风力； 成了大量的人员伤亡和财产损失。起重机防风工作不到位主要存在 ｎｌ，ｎ：、ｎ，为驱动轮个数、未装设制动器的从动轮个数、装制动器 以下几个方面： ３．１管理不到位，相关制度无法健全落实 的从动轮个数； Ｆ 为水平方向风载荷（通常取３５ ｒｒｄｓ风速）。 没有规矩不成方圆。在实际使用过程中，一些使用单位管理者 ２．１．２增加额外摩擦力 缺乏足够的安全意识，未制定起重机的相关安全操作规程、日常使 安全使用管理制度、事故应急措施 目前大多数起重机要求至少采用半数以上车轮进行驱动。为了 用维护保养制度、定期检验制度、达到正常的停车制动，通常在起重机驱动机构高速轴上装设制动 和救援预案等相关操作规程和制度。由于制度缺失和不健全，对操 器，当起重机整机受风力作用后，由于驱动轮在停车时是抱死的，它 作人员行为无法正常约束，这样极易导致操作人员出现麻痹大意和 相对轨面呈滑移状态，而从动轮是自由旋转的，因此它相对轨面呈 责任心不强等状况，更严重的是许多操作人员存在无证上岗的现 这给起重机的安全运行造成了极大的安全隐患。 滚动状态。如果起重机受到的风载大于起重机自身摩擦阻力时，这 象，时可以通过加装于车轮以外的防爬装置来增加额外的摩擦力， ３．２操作人员素质差，缺乏责任心和相关的操作技能 通过调查我们发现，操作人员的责任心不强是造成事故的主要 使摩擦阻力大于风载，从而防止起重机滑移，这种防爬装置通常选 用电动铁鞋。 原因。操作人员工作不专心，安全意识淡薄，不熟悉起重机的安全操 由整机水平方向力平衡得 作规程和相关操作技能，缺乏必要的起重机防风知识，日常防风检 查工作不到位等，这些都是造成起重机防风安全隐患的根本原因。 ｌ ＋ ２ ＋ ＝ ， … ３－３起重机带病作业 起重机在使用过程中由于缺乏必要的日常维护保养，且经常遭 ，一 二竺 盘± 矗Ｆ （７） 受风吹雨淋日晒，加上在使用过程中防风装置的老化和疲劳失效， 造成了制动器失灵，夹轨器损坏，锚定装置脱焊开裂，链条开裂等严 其中， ｎ：为驱动机构从动车轮个数； 重问题，使防风装置失去了应用的保护功能。此外，由于管理不善等 原因，一些防风安全部件如夹轨器或铁鞋经常有零部件丢失现象的 ｔ为需要的防爬装置个数； 发生。上述问题如不能及时得解决，将使起重机带病作业，从而大大 Ｆ为每个防爬装置单独提供的水平力。 ２．２非工作状态下的防风计算 增加起重机发生风灾事故的风险。 ４关于防风的建议和措施 ２．２．１防止起重机沿水平方向滑移 ４．１完善和落实各项规章制度 由于起重机在非工作状态受台风袭击一般可以通过天气预报 《特种设备安全监察条例》规定使用单位应当建立建全特种设 提前得到预知，因此可以采取相应的防范措施，锚定装置在防止起 它的制 重机沿水平方向运动中起着举足轻重的作用。通过受力分析可知， 备安全管理制度和岗位安责任制度。对于在用起重机而言，安全操作规程、使用安全管理制 起重机在水平方向主要受到３个力的作用，即自身摩擦阻力、水平 度应当包括起重机定期检查制度、交制 方向风作用力、锚定装置的水平阻力。由计算可得此时锚定装置的 度、日常使用和维护保养制度、事故应急措施和救援预案、度以及对起重机操作人员进行的特种设备安全技术培训制度等。其 水平方向力 为了能更好地做好起重机防风工作，我们应做到以下几点：组织 ＝ 。 ， （８） 中，ＣＫ ｑＡ， （９） 相关操作人员进行特种设备作业培训，使其了解防风装置的工作原 理和内部结构及其相关的维修保养知识，根据所选用的防风装置的 其中， 结构类型，制定相应的操作规程，并把防风装置作为交过程中 Ｃ为风载系数； 必须检查的项目。此外，在制定安全管理制度时，应因地制宜，根据 为风力随高度变化系数； 不同类型的起重机防风装置，提出有针对性的具体要求，并定期进 ｑ为起重机整机最大计算风压； 行防风应急演练。 Ａ为垂直于起重机方向的迎风面积； ４．２完善起重机的防风装置 Ｆ 为起重机受到的总摩擦力； 起重机不管在工作状态还是在非工作状态，都可能遭到大风的 ２．２．２防止起重机整机倾覆力作用 袭击。这就需要在日常检查和维护保养工作中充分关注防风装置的 对于露天工作的起重机，当发生整机倾覆时，某些支腿上的腿 对容易生锈的防风装置零部件应定期进行除锈、防锈和润 压在风速作用下将小于零，因此为了防止起重机负腿压的发生，必 完好性，滑，确保防风装置动作良好，无卡阻现象。此外，在选购起重机时，应 需设置相应的防倾翻装置。通常我们采用防风拉索或拉板作为起重 根据 机的防倾覆装置。当起重机受最大风速（一般取：Ｖ＝５５ｎｇｓ）作用时， 充分考虑起重机使用地点的台风和突发生性阵风等天气情况，根据不同的工况我们可以计算出起重机各支腿的负腿压值，由受力 实际情况选择足够和安全可靠的防风装置，并制定安全合理的防风 平衡可得，此时的负腿压值就是防风拉索装置垂直方向的作用力。 措施。５结束语 根据防风拉索装置的空间布置位置（见图２），可求得拉索所受到的 起重机因为各种原因导致防风装置不起作用，引起的事故已是 拉力Ｆ 的大小。 屡见不鲜。要想从根本上遏制，就得在人员综合素质、管理、使用、修 １ Ｉ 理和保养方面上予以重视。同时我们应根据起重机不同的工况进行 分析计算，选择不同的防风装置，有效地防止灾难性事故的发生。 、 ‘ ． ＝ｒ———１ ｒ一 参考文献 【１］张质文，虞和谦，王金诺，等．起重机设计手册【Ｍ】．北京：中国铁道出 版社．２００１． 『２］ＧＢ／Ｔ３８１ １－２００８起重机设计规范『Ｓ］． 作者简介：龚徐科，本科，机械工程师。 图２防风拉索装置布置图 根据拉索空间几何关系，得 ｅ？＋ｅ￣Ｒ：—ｏ，／ｈ２＋拉一Ｒ—ｈ ，’ （１０） 式中，Ｒ 为负腿压值，其余见图２。 一２８一
