劉偉
摘 要:為解決門機防風缺乏設計依據(jù)和參考的問題,本文對防風系統(tǒng)進行分析,整合現(xiàn)有各方面研究門機防風的設計要求,對門機的輪壓及整機穩(wěn)定性、錨定力、防風鐵鞋和慣性制動器、防風拉索和緩沖器等進行設計計算,確定門機的防風設計方案。
關鍵詞:門機;防風;穩(wěn)定性;設計計算
1.概述
隨著門機的大型化,其安全性越來越受到關注,防風安全成為碼頭作業(yè)中一項最為重要的安全防治工作。門機防風是個系統(tǒng),目前國家規(guī)范繁雜,不同部門對防風要求不一樣,我們針對這種情況,整合現(xiàn)有各方面研究門機防風的設計要求,對門機的輪壓及整機穩(wěn)定性、錨定力、防風鐵鞋和慣性制動器、防風拉索和緩沖器等進行設計計算,確定門機的防風設計方案。以此作為門機防風的設計依據(jù)和參考,解決設計防風系統(tǒng)缺乏設計依據(jù)的問題。
2.門機防風系統(tǒng)計算
2.1輪壓計算
門機的輪壓關系著碼頭基礎建設和整機穩(wěn)定性。分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的輪壓,并以門機在最不利位置,受最不利的風向條件下的理論計算。
四支點門機按剛性支承假定計算支承壓力和輪壓,即假定門機的四個支點始終保持在同一個平面上。
式中: 非回轉部分總重量; 回轉部分的總重量(包括貨重);t旋轉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
當門機最大幅度、滿載、風由后向前吹,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)和最小輪壓(D點)。
式中: 工作狀態(tài)下風作用在門機上的最大風壓
風力系數(shù);
工作狀態(tài)下最大計算風壓;
構件平行于縱向軸線的正面風作用面積( );
風力方向與構件表面縱向軸線呈的夾角( )
傾覆力矩:
式中:e門機回轉以上部分質量的重心到回轉中心的距離
h風載荷作用于整機的型心高度; 風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
門機空載最小幅度臂架平行于軌道放置,非工作狀態(tài)最大風壓沿臂架從前往后吹時,有最大輪壓。
式中: 非工作狀態(tài)下風作用載荷; 風壓隨高度變化系數(shù);
非工作狀態(tài)計算風壓 ; 構件平行于縱向軸線正面受風作用面積( )。
傾覆力矩 最大輪壓 ;最小輪壓
整機穩(wěn)定性
根據(jù)GB/T3811-2008規(guī)定,門機的穩(wěn)定性計算按無風靜載、有風動載、突然卸載或吊具脫落和非工作狀態(tài)最大風壓四種工況進行(基礎一定情況下,不考慮坡道、軌道高低差和慣性力等附加力矩)
(1)無風靜載:門機吊起試驗載荷的重量,位于最大幅度時的狀態(tài);
(2)有風動載:門機吊起額定載荷重量,位于最大幅度,貨物外擺10°,并且整機受到沿著臂架方向,由后向前吹的Ⅱ類風的狀態(tài);
(3)突然卸載或吊具脫落:門機起吊額定載荷重量,位于最小幅度,并且整機受到沿著臂架方向,由前向后吹的Ⅱ類風,此時門座機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);
錨定力和防風計算
大車錨定裝置和防風繩的作用一樣,均為防止非工作狀態(tài)下,起重機不沿軌道滑移,設計時只考慮一種保護單獨作用的情況。當臂架處于最小幅度平行于軌道放置,非工作狀態(tài)最大風壓沿軌道吹時,大車錨定處于最不利狀況。
錨定力計算
風載荷
式中:C風載系數(shù); 風壓高度變化系數(shù); 計算風壓;A垂直于風向的迎風面積。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)。
得總錨定力和防風水平力為
一般門機配備四個錨定插板,所以單個錨定插板的水平力為 。
防風拉索計算
防風拉索裝置主要具有防止門機在非工作狀態(tài)下發(fā)生傾覆作用,當門機遭受最大風速作用時,可根據(jù)不同的工況計算出門機各腿的的腿壓值,以此作為垂直方向上防風拉索裝置的受力情況。根據(jù)拉索裝置的空間布置,(如圖2)防風系纜圖)可求出拉索的受力 的大小。
根據(jù)空間幾何關系,得:
式中 為負腿壓值。由此式可以見,只有減小防風拉索系纜裝置順著和垂直于軌道兩個方向上的距離,才可以減小防風拉索受到的拉力,也就是 為零時,防風拉索所受力為最小值。
電動鐵鞋計算
起重機處于最小幅度,并且起重機變幅平面垂直于軌道。風順著軌道方向吹的情況下進行計算,此時起重機受風面積最大,即風載荷最大、最不利情況。此時風速按 ,風壓為 ( ) 風載荷
由整機水平方向力平衡得
式中 是行走機構從動輪的數(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: 運行機構速度;S緩沖器緩沖行程。
總結
本文在對門機的相關防風裝置進行設計計算,主要包括:門機輪壓計算、整機穩(wěn)定性計算、錨定和防風水平力計算、防風拉索設計、電動鐵鞋的選型計算和緩沖器的選型計算等,確定了相關防風裝置的通用設計方案及其驗算方法,提供防風系統(tǒng)設計依據(jù)。
展望
在進行防風系統(tǒng)設計時,對如何正確預估風載荷需要深入研究,使防風設計更加合理,要適時對氣候的變化進行可預見性的研究,及時調整防風的設計標準。而是要因地制宜,因時而變,采用最優(yōu)化的組合防風方式。