门机防风系统设计

刘伟

摘 要：为解决门机防风缺乏设计依据和参考的问题，本文对防风系统进行分析，整合现有各方面研究门机防风的设计要求，对门机的轮压及整机稳定性、锚定力、防风铁鞋和惯性制动器、防风拉索和缓冲器等进行设计计算，确定门机的防风设计方案。

关键词：门机；防风；稳定性；设计计算

1.概述

随着门机的大型化，其安全性越来越受到关注，防风安全成为码头作业中一项最为重要的安全防治工作。门机防风是个系统，目前国家规范繁杂，不同部门对防风要求不一样，我们针对这种情况，整合现有各方面研究门机防风的设计要求，对门机的轮压及整机稳定性、锚定力、防风铁鞋和惯性制动器、防风拉索和缓冲器等进行设计计算，确定门机的防风设计方案。以此作为门机防风的设计依据和参考，解决设计防风系统缺乏设计依据的问题。

2.门机防风系统计算

2.1轮压计算

门机的轮压关系着码头基础建设和整机稳定性。分为工作状态和非工作状态的轮压，并以门机在最不利位置，受最不利的风向条件下的理论计算。

四支点门机按刚性支承假定计算支承压力和轮压，即假定门机的四个支点始终保持在同一个平面上。

式中： 非回转部分总重量； 回转部分的总重量（包括货重）；t旋转中心和门架中心的距离；

、 总力矩M沿X和Y轴的分量；l、S轨距；b、B基距；n每条支腿的行走轮数量。

2.1.1工作状态最大轮压

当门机最大幅度、满载、风由后向前吹，且臂架处于支承平面垂直于对角线连线AC，即 ，货物外摆10度时，出现最大轮压（B点）和最小轮压（D点）。

式中： 工作状态下风作用在门机上的最大风压

风力系数；

工作状态下最大计算风压；

构件平行于纵向轴线的正面风作用面积（ ）；

风力方向与构件表面纵向轴线呈的夹角（ ）

倾覆力矩：

式中：e门机回转以上部分质量的重心到回转中心的距离

h风载荷作用于整机的型心高度； 风载荷作用于货物的高度

最大轮压： ；最小轮压：

2.1.2非工作状态最大轮压

门机空载最小幅度臂架平行于轨道放置，非工作状态最大风压沿臂架从前往后吹时，有最大轮压。

式中： 非工作状态下风作用载荷； 风压随高度变化系数；

非工作状态计算风压 ； 构件平行于纵向轴线正面受风作用面积（ ）。

倾覆力矩 最大轮压 ；最小轮压

整机稳定性

根据GB/T3811-2008规定，门机的稳定性计算按无风静载、有风动载、突然卸载或吊具脱落和非工作状态最大风压四种工况进行（基础一定情况下，不考虑坡道、轨道高低差和惯性力等附加力矩）

（1）无风静载：门机吊起试验载荷的重量，位于最大幅度时的状态；

（2）有风动载：门机吊起额定载荷重量，位于最大幅度，貨物外摆10°，并且整机受到沿着臂架方向，由后向前吹的Ⅱ类风的状态；

（3）突然卸载或吊具脱落：门机起吊额定载荷重量，位于最小幅度，并且整机受到沿着臂架方向，由前向后吹的Ⅱ类风，此时门座机悬停在空中的货物发生突然卸载（或吊具突然脱落）的状态；

锚定力和防风计算

大车锚定装置和防风绳的作用一样，均为防止非工作状态下，起重机不沿轨道滑移，设计时只考虑一种保护单独作用的情况。当臂架处于最小幅度平行于轨道放置，非工作状态最大风压沿轨道吹时，大车锚定处于最不利状况。

锚定力计算

风载荷

式中：C风载系数； 风压高度变化系数； 计算风压；A垂直于风向的迎风面积。则主动轮和轨面的粘着力

式中： 主动轮的总轮压；f主动轮和轨面的粘着系数。

得总锚定力和防风水平力为

一般门机配备四个锚定插板，所以单个锚定插板的水平力为 。

防风拉索计算

防风拉索装置主要具有防止门机在非工作状态下发生倾覆作用，当门机遭受最大风速作用时，可根据不同的工况计算出门机各腿的的腿压值，以此作为垂直方向上防风拉索装置的受力情况。根据拉索装置的空间布置，（如图2）防风系缆图）可求出拉索的受力 的大小。

根据空间几何关系，得：

式中 为负腿压值。由此式可以见，只有减小防风拉索系缆装置顺着和垂直于轨道两个方向上的距离，才可以减小防风拉索受到的拉力，也就是 为零时，防风拉索所受力为最小值。

电动铁鞋计算

起重机处于最小幅度，并且起重机变幅平面垂直于轨道。风顺着轨道方向吹的情况下进行计算，此时起重机受风面积最大，即风载荷最大、最不利情况。此时风速按 ，风压为 （ ） 风载荷

由整机水平方向力平衡得

式中 是行走机构从动轮的数量， 是电动铁鞋的数量， 是每个电动铁鞋所可以提供的水平方向力。

缓冲计算

由计算式： 得

式中： 运行机构速度；S缓冲器缓冲行程。

总结

本文在对门机的相关防风装置进行设计计算，主要包括：门机轮压计算、整机稳定性计算、锚定和防风水平力计算、防风拉索设计、电动铁鞋的选型计算和缓冲器的选型计算等，确定了相关防风装置的通用设计方案及其验算方法，提供防风系统设计依据。

展望

在进行防风系统设计时，对如何正确预估风载荷需要深入研究，使防风设计更加合理，要适时对气候的变化进行可预见性的研究，及时调整防风的设计标准。而是要因地制宜，因时而变，采用最优化的组合防风方式。