轨行式起重机行走运行阻力计算探讨

路琳 邰运辉

摘要：关于探讨起重机在稳态运行时的行走阻力，进行分析，对计算公式进行注解，从而为解决际工程中计算行走功率遇到的相关问题提供了理论计算依据和基础。

关键词：稳态运行；轨行式起重机；摩擦阻力；计算分析

一、引言

起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移動物品的机械，其工作特点有动作间歇性和作业循环性等。

起重机可按构造特征、行动形式和主要用途进行分类：

按构造特征可分为：桥架型起重机、缆索型起重机和臂架型起重机。

按运动形式可分为：旋转式起重机和非旋转式起重机；固定式起重机和运行式起重机。运行式起重机又分为轨行式起重机（在固定轨道上运行），和无轨式起重机（无固定轨道，由轮胎或履带等支承运行）。

按主要用途可分为：通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、铁路起重机、港口起重机、造船起重机、甲板起重机等。

本文分析探讨的起重机种类就是按运动形式分类的轨行式起重机，该类型起重机常见的有通用门式起重机、集装箱门式起重机、造船门式起重机、电站门式起重机、抓斗装卸桥、岸边集装箱起重机、集装箱装卸桥等等。

起重机在移动运行时就必须要克服自身载荷及起重载荷与轨道之间的摩擦阻力和风阻力等。

二、运行阻力的计算

起重机在直线轨道上稳定运行的静阻力Fj和主要由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp、和风阻力Ff三部分组成。

Fj=Fm+Fp+Ff（单位：N）

（一）摩擦阻力Fm

起重机在直线轨道上满载稳定运行时的最大摩擦阻力Fm主要包括车轮踏面的滚动摩擦阻力、车轮轴承的摩擦阻力以及附加摩擦阻力三部分：

Fm=（Q+G）·（2f+μd）/D·β=（Q+G）·ω（单位：N）

式中Q为起升载荷（N）；

G为起重机自裁载荷（N）；

f为车轮沿轨道的滚动摩擦力臂（mm），由附表查取；

μ为车轮轴承的摩擦阻力系数，由附表查取；

d为与轴承相配合处车轮轴的直径（mm）；

D为车轮踏面直径（mm）；

β考虑车轮轮缘与轨顶侧面摩擦或牵引供电电缆及集电器摩擦等的附加摩擦阻力系数，见附表；

（二）坡道阻力Fp

Fp=（Q+G）·tanα（单位：N）

式中α为坡度角（°），当坡度很小时，在计算中可用轨道坡度i（具体值可查阅相关技术规范或由经验值确定）代替tanα，即公式变为：

Fp=（Q+G）·i（单位：N）

i值与起重机类型有关，桥式起重机为0.001，门式和门座式起重机为0.003，铁路起重机为0.004，建筑塔式起重机为0.005，桥架上的小车为0.002。

（三）风阻力Ff

在露天工作的起重机要考虑起重机和起吊物品所受的风阻力，工作状态风载荷是指起重机在工作时应能承受的最大风力。

作用在起重机上的工作状态风载荷有两种情况：

a.当风向与构件的纵轴线或构架表面垂直时，沿此风向的风载荷按下式计算：

Ff=C·P·A1（单位：N）

b. 当风向与构件的纵轴线或构架表面呈某一角度时，沿此风向的风载荷按下式计算：

Ff=C·P·A2·sin? θ（单位：N）

式中Ff为作用在起重机上的工作状态最大风载荷（N）；

C为风力系数（由于其受机型、结构形状等影响，其计算较为繁琐复杂，难以简要形容并计算，可查阅相关设计手册进行计算）

P为工作状态计算风压，（根据风压计算公式可得）；

A1为起重机构件垂直于风向的实体迎风面积（㎡）；

A2为起重机构平行于构件纵轴线的正面迎风面积（㎡）；

（四）特殊运行阻力Ft

除以上三项基本运行阻力外，有时还需考虑特殊运行阻力，如在曲线轨道上运行的起重机，还要考虑曲线运行附加的特殊运行阻力Ft：

Ft=k·（Q+G）（单位：N）

式中k为曲线运行附加阻力系数，一般需由试验测定。对于塔式起重机，可取k=0.005。

三、结论

综上分析，我们可以得出轨行式起重机行走稳定运行的静阻力Fj阻力主要由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp、和风阻力Ff三部分组成，如有曲线运行情况还要考虑其附加的特殊阻力，其静阻力的准确计算为我们实际工程中的行走电机功率的计算提供了相应的依据，为电机的选型优化等提供了理论支撑。

起重机是力与美的象征，本文只是站在前人的肩膀上对美景的一次眺望，只是对前人成果的一次分析探讨，如有不妥不当之处，敬请指正。

参考文献

[1] 起重机设计规范（GB/T3811-2008）

[2] 起重机设计手册

[3] 机械设计手册