港口轨行式设备风力自锁防滑装置机理及试验研究

发布时间：2020-03-24 12:01

【摘要】：港口设备发展大型化,导致其重心提高和迎风面积增大,极易遭受大风破坏,特别是在风载作用下设备沿轨道的滑动极易与周边设备发生碰撞或碰到限位装置而倾翻。港口设备沿轨道防风抗滑能力直接关系到设备使用的安全性和可靠性,因此该技术的发展一直是港口设备安全使用领域关注和研究的难点。而现有的港口设备抗风防滑装置最大防滑力是港口设备自重或防滑装置的夹紧力与摩擦系数等参数的函数,而与风载荷无关;此外现有装置不能实时适应风载的变化,特别是对自然风和阵风适应能力较差,还达不到港口设备对阵风预防要求。因此,本论文基于风载激励自相关与机械自锁原理提出了一种风力自锁防滑装置,其特点是风载荷是装置防滑能力的原动力,防滑力与作用在港口设备的风载荷呈单调递增性。论文通过理论分析、数值仿真和试验方法研究了新型港口轨行式风力自锁防滑装置的机理和性能,为港口设备在防风抗滑方面研究工程运用提供理论依据和参考。本文主要的工作如下:(1)首先基于风载激励自相关与机械自锁原理提出了一种风力自锁防滑装置,并介绍了该防滑装置的结构特点、工作原理以及技术特点,推导出防滑装置的力学性能理论计算公式,以及该装置的自锁条件和设计准则。在此基础上,采用控制变量法,对防滑装置的关键结构参数进行了敏感性分析研究,并得到了优化模型。建立了风力自锁防滑装置的虚拟样机,仿真分析得到防滑装置各零部件间的结构强度、位移响应以及整机防滑力曲线。结果表明,港口设备在风载荷达到一定强度作用下被迫与风力自锁防滑装置产生相对微小距离滑移后,防滑装置进入防滑状态,设备停止沿轨道方向的滑移,且整机防滑力是外载荷单调递增函数。(2)基于风力自锁防滑装置的自锁原理,提出了一种港口轨行式设备抗风防滑能力检测装置。该装置通过锁紧机构固定在被测设备轨道上,采用液压加载方式来模拟沿轨道方向的风载,通过监测港口设备开始产生位移时的风载模拟器输出力,得到港口设备抗风防滑能力值。论文建立了该装置的机理模型,获得了锁紧机构的自锁条件,采用试验方式验证了机理模型的准确性,研究了该装置在模拟沿轨道方向风载作用下港口轨行式设备的防滑力值。试验结果表明:利用该装置原理设计的抗风防滑能力检测装置,能够检测港口轨行式设备防滑性能,且该装置采用模块化设计拆装方便,便于在现场对不同设备的检测。(3)对安装了风力自锁防滑装置的港口设备在自然风载作用下防风动态特性进行了深入探讨。论文针对港口设备的近地风场的特性,采用线性滤波法编程得到了不同随机自然风载,并将其施加到仿真模型中进行研究。分析结果表明:安装了防滑装置的设备能够有效的抵抗随机风载荷;当防滑装置完全进入工作状态后,整机防滑力变化规律与自然风力变化趋势相同。
【图文】：

港口设备,现场图

港口作为海洋运输的枢纽，多位于沿海地带，而沿海地区在春、夏季节易发生强台风、强阵风，这使得码头大型设备的安全使用受到了严重的威胁，尤其是起着重要角色的港口轨行式设备[1]。为了提高港口的装卸效率，港口设备的设计必将趋向于大型化，这将会导致设备自身结构尺寸和迎风面积增大，更容易遭受风载的破坏。近年来强台风和突发性阵风对港口大型设备造成灾难性损毁的事故日趋增多，如 2003 年 9 月，台风“鸣蝉”正面袭击了韩国釜山港，导致 6 台岸桥被吹倒，2 台起重机坍塌，多台起重机脱轨，该码头随即处于瘫痪状态[2]，其风灾破坏现场如图 1-1 所示；2008 年 8 月，美国的佛罗里达州 Jaxport 港务局某港口，一台岸桥防风制动器在暴风作用下失控导致岸桥被迫滑行，继而撞上临近另一台岸桥，导致两台岸桥倒塌；2015 年，受 22 号强台风“彩虹”影响，湛江某码头的 3 台大型卸船机全部倾覆入海，严重影响了整个港口的正常运作；2017 年8 月，台风“天鸽”（强台风级）在广东珠海南部沿海登陆，登陆时中心附近最大风力有 14 级，造成至少 4 台岸桥和 3 台轮胎吊倒塌，其中一台轮胎吊被吹入海中，所幸无人员伤亡。由台风引起的港口大型设备破坏案例很多，在此不再赘述。

防风装置,港口设备

将从这三个方面对港口设备防风策略的研究现状进行阐述。风装置的研究现状用于码头上的防风装置主要分为两类：一种是工作状态下的非工作状态下的防风装置。作状态下的防风装置态下的防风装置是指港口设备在工作状态下使用的防风装防风装置和顶轨类防风装置。由于港口设备在码头工作时经，而正在作业的港口设备无法移动到锚定位置，，也无法将防风时，港口设备需要依靠这类防风装置确保整机的安全性。轨类防风装置类防风装置主要是指夹轨器，其结构如图 1-2 所示，该装置轨道的夹紧力来产生摩擦力。夹轨器按照钳口闭合方式可以式、液动式等，手动式夹轨器结构单一，夹紧力小，需要频电动式夹轨器结构笨重，安全性低。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U653

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