門機(jī)防風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

劉偉

摘 要：為解決門機(jī)防風(fēng)缺乏設(shè)計依據(jù)和參考的問題，本文對防風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，整合現(xiàn)有各方面研究門機(jī)防風(fēng)的設(shè)計要求，對門機(jī)的輪壓及整機(jī)穩(wěn)定性、錨定力、防風(fēng)鐵鞋和慣性制動器、防風(fēng)拉索和緩沖器等進(jìn)行設(shè)計計算，確定門機(jī)的防風(fēng)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：門機(jī)；防風(fēng)；穩(wěn)定性；設(shè)計計算

1.概述

隨著門機(jī)的大型化，其安全性越來越受到關(guān)注，防風(fēng)安全成為碼頭作業(yè)中一項(xiàng)最為重要的安全防治工作。門機(jī)防風(fēng)是個系統(tǒng)，目前國家規(guī)范繁雜，不同部門對防風(fēng)要求不一樣，我們針對這種情況，整合現(xiàn)有各方面研究門機(jī)防風(fēng)的設(shè)計要求，對門機(jī)的輪壓及整機(jī)穩(wěn)定性、錨定力、防風(fēng)鐵鞋和慣性制動器、防風(fēng)拉索和緩沖器等進(jìn)行設(shè)計計算，確定門機(jī)的防風(fēng)設(shè)計方案。以此作為門機(jī)防風(fēng)的設(shè)計依據(jù)和參考，解決設(shè)計防風(fēng)系統(tǒng)缺乏設(shè)計依據(jù)的問題。

2.門機(jī)防風(fēng)系統(tǒng)計算

2.1輪壓計算

門機(jī)的輪壓關(guān)系著碼頭基礎(chǔ)建設(shè)和整機(jī)穩(wěn)定性。分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的輪壓，并以門機(jī)在最不利位置，受最不利的風(fēng)向條件下的理論計算。

四支點(diǎn)門機(jī)按剛性支承假定計算支承壓力和輪壓，即假定門機(jī)的四個支點(diǎn)始終保持在同一個平面上。

式中： 非回轉(zhuǎn)部分總重量； 回轉(zhuǎn)部分的總重量（包括貨重）；t旋轉(zhuǎn)中心和門架中心的距離；

、 總力矩M沿X和Y軸的分量；l、S軌距；b、B基距；n每條支腿的行走輪數(shù)量。

2.1.1工作狀態(tài)最大輪壓

當(dāng)門機(jī)最大幅度、滿載、風(fēng)由后向前吹，且臂架處于支承平面垂直于對角線連線AC，即 ，貨物外擺10度時，出現(xiàn)最大輪壓（B點(diǎn)）和最小輪壓（D點(diǎn)）。

式中： 工作狀態(tài)下風(fēng)作用在門機(jī)上的最大風(fēng)壓

風(fēng)力系數(shù)；

工作狀態(tài)下最大計算風(fēng)壓；

構(gòu)件平行于縱向軸線的正面風(fēng)作用面積（ ）；

風(fēng)力方向與構(gòu)件表面縱向軸線呈的夾角（ ）

傾覆力矩：

式中：e門機(jī)回轉(zhuǎn)以上部分質(zhì)量的重心到回轉(zhuǎn)中心的距離

h風(fēng)載荷作用于整機(jī)的型心高度； 風(fēng)載荷作用于貨物的高度

最大輪壓： ；最小輪壓：

2.1.2非工作狀態(tài)最大輪壓

門機(jī)空載最小幅度臂架平行于軌道放置，非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓沿臂架從前往后吹時，有最大輪壓。

式中： 非工作狀態(tài)下風(fēng)作用載荷； 風(fēng)壓隨高度變化系數(shù)；

非工作狀態(tài)計算風(fēng)壓 ； 構(gòu)件平行于縱向軸線正面受風(fēng)作用面積（ ）。

傾覆力矩 最大輪壓 ；最小輪壓

整機(jī)穩(wěn)定性

根據(jù)GB/T3811-2008規(guī)定，門機(jī)的穩(wěn)定性計算按無風(fēng)靜載、有風(fēng)動載、突然卸載或吊具脫落和非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓四種工況進(jìn)行（基礎(chǔ)一定情況下，不考慮坡道、軌道高低差和慣性力等附加力矩）

（1）無風(fēng)靜載：門機(jī)吊起試驗(yàn)載荷的重量，位于最大幅度時的狀態(tài)；

（2）有風(fēng)動載：門機(jī)吊起額定載荷重量，位于最大幅度，貨物外擺10°，并且整機(jī)受到沿著臂架方向，由后向前吹的Ⅱ類風(fēng)的狀態(tài)；

（3）突然卸載或吊具脫落：門機(jī)起吊額定載荷重量，位于最小幅度，并且整機(jī)受到沿著臂架方向，由前向后吹的Ⅱ類風(fēng)，此時門座機(jī)懸停在空中的貨物發(fā)生突然卸載（或吊具突然脫落）的狀態(tài)；

錨定力和防風(fēng)計算

大車錨定裝置和防風(fēng)繩的作用一樣，均為防止非工作狀態(tài)下，起重機(jī)不沿軌道滑移，設(shè)計時只考慮一種保護(hù)單獨(dú)作用的情況。當(dāng)臂架處于最小幅度平行于軌道放置，非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓沿軌道吹時，大車錨定處于最不利狀況。

錨定力計算

風(fēng)載荷

式中：C風(fēng)載系數(shù)； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 計算風(fēng)壓；A垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積。則主動輪和軌面的粘著力

式中： 主動輪的總輪壓；f主動輪和軌面的粘著系數(shù)。

得總錨定力和防風(fēng)水平力為

一般門機(jī)配備四個錨定插板，所以單個錨定插板的水平力為 。

防風(fēng)拉索計算

防風(fēng)拉索裝置主要具有防止門機(jī)在非工作狀態(tài)下發(fā)生傾覆作用，當(dāng)門機(jī)遭受最大風(fēng)速作用時，可根據(jù)不同的工況計算出門機(jī)各腿的的腿壓值，以此作為垂直方向上防風(fēng)拉索裝置的受力情況。根據(jù)拉索裝置的空間布置，（如圖2）防風(fēng)系纜圖）可求出拉索的受力 的大小。

根據(jù)空間幾何關(guān)系，得：

式中 為負(fù)腿壓值。由此式可以見，只有減小防風(fēng)拉索系纜裝置順著和垂直于軌道兩個方向上的距離，才可以減小防風(fēng)拉索受到的拉力，也就是 為零時，防風(fēng)拉索所受力為最小值。

電動鐵鞋計算

起重機(jī)處于最小幅度，并且起重機(jī)變幅平面垂直于軌道。風(fēng)順著軌道方向吹的情況下進(jìn)行計算，此時起重機(jī)受風(fēng)面積最大，即風(fēng)載荷最大、最不利情況。此時風(fēng)速按 ，風(fēng)壓為 （ ） 風(fēng)載荷

由整機(jī)水平方向力平衡得

式中 是行走機(jī)構(gòu)從動輪的數(shù)量， 是電動鐵鞋的數(shù)量， 是每個電動鐵鞋所可以提供的水平方向力。

緩沖計算

由計算式： 得

式中： 運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度；S緩沖器緩沖行程。

總結(jié)

本文在對門機(jī)的相關(guān)防風(fēng)裝置進(jìn)行設(shè)計計算，主要包括：門機(jī)輪壓計算、整機(jī)穩(wěn)定性計算、錨定和防風(fēng)水平力計算、防風(fēng)拉索設(shè)計、電動鐵鞋的選型計算和緩沖器的選型計算等，確定了相關(guān)防風(fēng)裝置的通用設(shè)計方案及其驗(yàn)算方法，提供防風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)。

展望

在進(jìn)行防風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時，對如何正確預(yù)估風(fēng)載荷需要深入研究，使防風(fēng)設(shè)計更加合理，要適時對氣候的變化進(jìn)行可預(yù)見性的研究，及時調(diào)整防風(fēng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。而是要因地制宜，因時而變，采用最優(yōu)化的組合防風(fēng)方式。