門機防風系統設計

劉偉

摘 要：為解決門機防風缺乏設計依據和參考的問題，本文對防風系統進行分析，整合現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中一項最為重要的安全防治工作。門機防風是個系統，目前國家規范繁雜，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和參考，解決設計防風系統缺乏設計依據的問題。

2.門機防風系統計算

2.1輪壓計算

門機的輪壓關系著碼頭基礎建設和整機穩定性。分為工作狀態和非工作狀態的輪壓，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量。

2.1.1工作狀態最大輪壓

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，出現最大輪壓（B點）和最小輪壓（D點）。

式中： 工作狀態下風作用在門機上的最大風壓

風力系數；

工作狀態下最大計算風壓；

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： 非工作狀態下風作用載荷； 風壓隨高度變化系數；

非工作狀態計算風壓 ； 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

整機穩定性

根據GB/T3811-2008規定，門機的穩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；

（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；

（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生突然卸載（或吊具突然脫落）的狀態；

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； 風壓高度變化系數； 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。

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下發生傾覆作用，當門機遭受最大風速作用時，可根據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量， 是電動鐵鞋的數量， 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，提供防風系統設計依據。

展望

在進行防風系統設計時，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，采用最優化的組合防風方式。