門(mén)式起重機(jī)抗風(fēng)能力的檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

蔡福海 朱建康 陳晨

1.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164;2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 江蘇太倉(cāng) 214171;3.大連理工常州研究院有限公司 江蘇常州 213164

門(mén)式起重機(jī)主要用于室外的裝卸、搬運(yùn)和堆碼作業(yè),風(fēng)載荷對(duì)其影響很大。尤其是在工作狀態(tài)突發(fā)強(qiáng)陣風(fēng)或非工作狀態(tài)遭遇大風(fēng)侵襲時(shí),如果不采取相應(yīng)的抗風(fēng)防滑措施,則起重機(jī)很容易沿軌道滑行,以至相互碰撞或傾翻造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷害。國(guó)內(nèi)外因風(fēng)災(zāi)引發(fā)的起重設(shè)備傾覆事故不在少數(shù)［1-2］,對(duì)門(mén)式起重機(jī)抗風(fēng)防滑能力的檢測(cè)和監(jiān)管提出了更高的要求。所以為了確保戶(hù)外門(mén)式起重機(jī)的工作安全,迫切需要一種抗風(fēng)能力的檢測(cè)裝置,以準(zhǔn)確測(cè)定其抗風(fēng)能力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

基于以上原因,本文研發(fā)設(shè)計(jì)了一套面向門(mén)式起重機(jī)抗風(fēng)能力的檢測(cè)裝置,可以對(duì)工作狀態(tài)下的門(mén)式起重機(jī)的整體抗風(fēng)能力進(jìn)行檢測(cè)。

1 硬件設(shè)計(jì)

對(duì)門(mén)式起重機(jī)兩根軌道上的大車(chē)同時(shí)施加水平推力,以模擬風(fēng)載作用。風(fēng)載模擬裝置布置如圖1所示。

圖1 風(fēng)載模擬裝置布置圖

檢測(cè)裝置的原理簡(jiǎn)圖如圖2所示。

該裝置主要由如下幾部分組成:同步液壓千斤頂、電動(dòng)泵、測(cè)力傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、加速度傳感器、無(wú)線發(fā)射接收模塊與控制顯示模塊。

2 軟件開(kāi)發(fā)

裝置采用的軟件計(jì)算流程如圖3所示。

圖2 風(fēng)載檢測(cè)裝置的原理簡(jiǎn)圖

圖3 測(cè)試采用的計(jì)算流程

風(fēng)載荷計(jì)算采用公式(1)計(jì)算［3］。

式中,P——風(fēng)載荷,kN;

VS——計(jì)算風(fēng)速,通過(guò)風(fēng)速傳感器采集計(jì)算,m/s;

A——迎風(fēng)面積,m2;

C——風(fēng)力系數(shù);

η——擋風(fēng)折減系數(shù);

θ——風(fēng)向與構(gòu)件的縱軸線或構(gòu)架表面的夾角,通過(guò)風(fēng)向傳感器采集計(jì)算,°。

起重機(jī)的整體抗風(fēng)能力(Fs)采用公式(2)計(jì)算［4-6］。

式中,Fs——起重機(jī)的整體抗風(fēng)能力,m/s;

Fm——靜摩擦力,kN;

F1——制動(dòng)器制動(dòng)力,kN;

P——風(fēng)載引起的力,kN。

風(fēng)載引起的力具有方向性,當(dāng)風(fēng)載與油缸頂推力同向時(shí)取正值;當(dāng)風(fēng)載與油缸頂推力異向時(shí)取負(fù)值。

頂推力與風(fēng)載之間的關(guān)系設(shè)定,采用虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析法得到,通過(guò)大量的模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定建立［7］。

當(dāng)風(fēng)載計(jì)算、摩擦力和制動(dòng)力都測(cè)試完畢后,就可以進(jìn)行整機(jī)抗風(fēng)能力的測(cè)試。可以通過(guò)加載油缸頂推力,換算成模擬的風(fēng)力等級(jí),達(dá)到測(cè)量目的,檢測(cè)流程如圖4所示。

圖4 抗風(fēng)能力檢測(cè)流程圖

3 案例分析

對(duì)某100/32t×35m剛?cè)峄旌现鹊拈T(mén)式起重機(jī)進(jìn)行測(cè)量,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖如圖5和圖6所示,其主要計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1,主要測(cè)量參數(shù)見(jiàn)表2。可以看出,在僅僅大車(chē)制動(dòng)器作用情況下,該門(mén)式起重機(jī)可以抵抗23.1m/s的計(jì)算風(fēng)速而不移動(dòng)。

圖5 被測(cè)門(mén)式起重機(jī)

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種門(mén)式起重機(jī)抗風(fēng)能力的檢測(cè)裝置,可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量計(jì)算單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)效果,還可以測(cè)量整機(jī)的制動(dòng)效果。更重要的是,可以作為測(cè)量整機(jī)的整體抗風(fēng)能力等級(jí)的一種便攜式測(cè)量?jī)x器,因此具有重要的參考價(jià)值。

表1 起重機(jī)風(fēng)載計(jì)算參數(shù)

圖6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖

表2 儀器測(cè)量計(jì)算結(jié)果