門式起重機(jī)配置安裝抗風(fēng)防滑裝置，是保障起重機(jī)在非工作狀態(tài)下遭遇強(qiáng)風(fēng)襲擊時，能有效阻止起重機(jī)滑移、傾覆。手動夾軌器是最常見的一種抗風(fēng)防滑裝置。通過對手動夾軌器的抗滑機(jī)理研究，得出了夾軌器的夾持板不但與鋼軌側(cè)面形成摩擦副阻抗門機(jī)滑移，且槽形鉗口產(chǎn)生的被動抗滑力更大，即自鎖效應(yīng)。以使這類結(jié)構(gòu)簡單，抗風(fēng)效果好，操作便捷的手動夾軌器能更好的發(fā)揮其功能。

1 概述

門式起重機(jī)由于具有良好的工藝性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及故障率低等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于工程施工領(lǐng)域。室外工作的門式起重機(jī)按要求需配置安裝抗風(fēng)防滑裝置，以保障起重機(jī)在非工作狀態(tài)下遭遇強(qiáng)風(fēng)襲擊時，防風(fēng)裝置能有效阻止門式起重機(jī)在軌道上的滑移碰撞、傾覆。

由于抗風(fēng)防滑裝置屬起重機(jī)在非工作狀態(tài)下的附屬配套件，長期以來在業(yè)內(nèi)，不論是設(shè)計、制造、安裝以及使用都未引起足夠的關(guān)注，也較少對其抗風(fēng)防滑的機(jī)理、結(jié)構(gòu)工藝性、操作工藝性等進(jìn)行較多的研究。以至于許多現(xiàn)有的產(chǎn)品五花八門，有些抗風(fēng)防滑能力較弱，操作工藝性不佳，給使用帶來諸多不便，時有出現(xiàn)疏忽的情況。特別是近年來異常氣候增多，風(fēng)災(zāi)事故頻發(fā)，當(dāng)門機(jī)遭遇強(qiáng)風(fēng)襲擊時，可能因安裝配置的防風(fēng)裝置性能不佳、操作人員未按規(guī)程正確操作及使用，造成門機(jī)被強(qiáng)風(fēng)吹跑、傾覆，甚至造成人員的傷亡事故。手動夾軌器是一種常用的門機(jī)抗風(fēng)防滑裝置，通過對手動夾軌器的防風(fēng)抗滑機(jī)理的分析及了解，可以結(jié)合施工現(xiàn)場門機(jī)的特點、防風(fēng)等級等要求，選配合適的防風(fēng)抗滑裝置，滿足工地門式起重機(jī)的防風(fēng)要求。

2 抗風(fēng)防滑機(jī)理分析

手動夾軌器主要由2塊左右對稱，帶有槽形“鉗口”的夾持板組成。由于夾持板從擱置狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)（夾持狀態(tài)）為一個組合動作，鉗口運(yùn)動軌跡雜、旋轉(zhuǎn)角大，夾持行程長，實現(xiàn)“電液驅(qū)動”在機(jī)構(gòu)及工藝上有一定的難度，因此該類夾軌器的操作主要靠“手動”完成，故稱其為“手動夾軌器”。

2.1 鋼軌側(cè)摩擦抗滑阻力

通過圓桿旋轉(zhuǎn)雙頭鎖緊螺桿，使手動夾軌器的左右兩塊夾持板的槽形“鉗口”卡入鋼軌頭部，繼續(xù)旋緊螺桿，夾持板的槽形鉗口底面與鋼軌側(cè)面緊密貼合，并建立起一對摩擦副，起到一定的抗風(fēng)防滑的作用。這也是一般“鉗型”夾軌器的基本抗風(fēng)防滑原理。一般條件下，鋼與鋼的靜摩擦系數(shù)僅0.1耀0.2，即使采用鋼與鑄鐵組成的摩擦副，無潤滑狀態(tài)下的靜摩擦系數(shù)最大值也就0.3。門機(jī)在陣風(fēng)的作用下，一旦出現(xiàn)了滑移的趨勢，即形成了動摩擦條件，摩擦系數(shù)將迅速降為0.05耀0.1，摩擦阻力急劇下降。

施加在夾持板槽形鉗口上的夾持力主要靠人工旋緊雙頭鎖緊螺桿，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩T獲得。（設(shè)旋緊圓桿長400 mm，人力為200 N，可獲得80 N·m的扭矩），夾持板與鋼軌側(cè)面產(chǎn)生的摩擦阻力為P：

d為螺桿的中徑；Q為螺桿施加在夾持板上的夾緊力；琢為桿的螺旋角（當(dāng)螺桿為公制螺紋M24耀30時：2.60毅耀2.30毅）；漬為螺紋當(dāng)量摩擦角（當(dāng)螺紋為普通公制螺紋約為：9.5毅耀11毅）；f為鋼軌側(cè)面與夾持板鉗口的摩擦系數(shù)（鋼與鋼?。?.15耀0.2）；k為夾持板為簡支結(jié)構(gòu)，實際作用在鋼軌側(cè)面上的壓力與夾持板計算長度及螺桿位置有關(guān)：跨支比k抑0.5耀0.7。

假設(shè)螺桿M30、摩擦系數(shù)0.2、跨支比0.65，上式計算得出鎖緊力Q抑13 750 N，鋼軌側(cè)面產(chǎn)生的摩擦阻力P抑3 600 N。因此，如理解為靠鎖緊螺桿產(chǎn)生的夾緊力來防風(fēng)，則是致命的錯誤[5]。僅靠鋼軌側(cè)摩擦力原理設(shè)計的各類手動及電動抗風(fēng)防滑裝置，要想獲得數(shù)噸的摩擦力難度較大。

2.2 槽形鉗口嚙合阻滑力

夾持板的槽形鉗口與鋼軌頭部之間形成了一種近似嚙合的狀態(tài)，當(dāng)門機(jī)出現(xiàn)滑移趨勢時，夾持板在門機(jī)的水平推力F作用下，除了夾持板與鋼軌側(cè)面的摩擦力P；夾持板重力G作用下槽形鉗口與軌道面交點C的摩擦阻力Gf外；還有一個繞槽形鉗口中心O點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的附加摩擦力2Nf。為便于分析，假設(shè)附加摩擦力作用點在槽形鉗口上下邊與鋼軌頭部的交點C、D。如忽略其他的阻力情況下，上述各力達(dá)到平衡。

2.3 抗傾覆效應(yīng)

夾軌器的槽形鉗口與鋼軌頭部近似閉合，夾持板與銷軸、支座、門機(jī)臺車機(jī)座（或下橫梁）通過銷軸、螺栓與門機(jī)行走軌道形成了半剛性連接，近似一個固定約束的端點。極大的約束了門機(jī)結(jié)構(gòu)與鋼軌軌道之間的垂向位移。阻止了門機(jī)在強(qiáng)風(fēng)襲擊下，下橫梁（支腿）的“上浮”，具有一定的“錨固”作用。產(chǎn)生的抗傾覆力矩由安裝于門機(jī)一側(cè)軌道上的夾軌器之間距、夾軌器結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度以及與門機(jī)的連接強(qiáng)度限制。

3 手動夾軌器試驗

為驗證上述分析的手動夾軌器抗風(fēng)防滑機(jī)理的正確性，以及實際抗風(fēng)防滑的能力，在車間條件下進(jìn)行了模擬試驗，試驗臺架見圖3。試驗中分別在起重機(jī)輪軌臺車架的前后對稱安裝一套手動夾軌器。夾持板主要參數(shù)：L=210 mm、B=80 mm、b=15 mm；安裝角茁=60毅，鋼軌規(guī)格50 kg/m；加載油缸最大推力250 kN。

試驗過程采用分級加載：

1）當(dāng)頂推油缸的推力加載到10耀15 kN（與鎖緊螺桿施加的扭矩有關(guān)），輪軌臺車開始有滑移趨勢，即油缸加載的水平推力超過了鉗口與鋼軌側(cè)面摩擦副的最大抗力。

2）繼續(xù)加載，輪軌臺車開始有微小位移，主要是進(jìn)一步消除各結(jié)構(gòu)件連接的間隙，臺車右側(cè)夾軌器的夾持板有向順時針方向的微轉(zhuǎn)動，之后趨于穩(wěn)定。即夾持板與鋼軌頭部依靠摩擦力等條件建立起了“自鎖”。

3）繼續(xù)加載到80耀110 kN，輪軌臺車基本保持原態(tài)，夾持板本體結(jié)構(gòu)基本完好，但槽形鉗口的前部開始出現(xiàn)微小變形，即夾持板槽形鉗口的前部最薄弱區(qū)域的擠壓應(yīng)力已超過材料的應(yīng)力值。

4）再繼續(xù)加載，鉗口邊角開始出現(xiàn)明顯的塑變，最終加載到約190 kN（試驗過程中的最大值），鉗口變形嚴(yán)重，銷軸彎曲，結(jié)構(gòu)基本失效。

上述試驗同時得到了一個結(jié)論：手動夾軌器在門式起重機(jī)上應(yīng)“成對安裝”，上風(fēng)向的夾軌器僅能產(chǎn)生鋼軌側(cè)摩擦阻力（不滿足自鎖條件），下風(fēng)向的夾軌器在與鋼軌頭部形成“自鎖”的條件下，能夠提供較大抗風(fēng)防滑能力；但上風(fēng)向的夾軌器與鋼軌頭部形成的“錨固”作用，又可起到抗傾覆的效果。

現(xiàn)場的試驗情況及采集的數(shù)據(jù)，基本與本文中舉例的計算數(shù)據(jù)相符。證實了手動夾軌器具有優(yōu)越的抗風(fēng)防滑效果。

4 結(jié)語

通過對手動夾軌器抗風(fēng)防滑機(jī)理的分析研究，得出了手動夾軌器的抗風(fēng)防滑原理主要是依靠：夾持板槽形鉗口與鋼軌頭部“嚙合”作用產(chǎn)生的“自鎖”效應(yīng)承擔(dān)抗風(fēng)防滑的作用。夾持板與鋼軌側(cè)面形成的摩擦阻力量值較小，但為創(chuàng)造“自鎖”提供了前提條件。