门式起重机抗风能力的检测技术研究与应用

蔡福海 朱建康 陈晨

1.常州机电职业技术学院 江苏常州 213164;2.江苏省特种设备安全监督检验研究院 江苏太仓 214171;3.大连理工常州研究院有限公司 江苏常州 213164

门式起重机主要用于室外的装卸、搬运和堆码作业,风载荷对其影响很大。尤其是在工作状态突发强阵风或非工作状态遭遇大风侵袭时,如果不采取相应的抗风防滑措施,则起重机很容易沿轨道滑行,以至相互碰撞或倾翻造成巨大的财产损失和人员伤害。国内外因风灾引发的起重设备倾覆事故不在少数［1-2］,对门式起重机抗风防滑能力的检测和监管提出了更高的要求。所以为了确保户外门式起重机的工作安全,迫切需要一种抗风能力的检测装置,以准确测定其抗风能力是否满足设计要求。

基于以上原因,本文研发设计了一套面向门式起重机抗风能力的检测装置,可以对工作状态下的门式起重机的整体抗风能力进行检测。

1 硬件设计

对门式起重机两根轨道上的大车同时施加水平推力,以模拟风载作用。风载模拟装置布置如图1所示。

图1 风载模拟装置布置图

检测装置的原理简图如图2所示。

该装置主要由如下几部分组成:同步液压千斤顶、电动泵、测力传感器、风速风向传感器、加速度传感器、无线发射接收模块与控制显示模块。

2 软件开发

装置采用的软件计算流程如图3所示。

图2 风载检测装置的原理简图

图3 测试采用的计算流程

风载荷计算采用公式(1)计算［3］。

式中,P——风载荷,kN;

VS——计算风速,通过风速传感器采集计算,m/s;

A——迎风面积,m2;

C——风力系数;

η——挡风折减系数;

θ——风向与构件的纵轴线或构架表面的夹角,通过风向传感器采集计算,°。

起重机的整体抗风能力(Fs)采用公式(2)计算［4-6］。

式中,Fs——起重机的整体抗风能力,m/s;

Fm——静摩擦力,kN;

F1——制动器制动力,kN;

P——风载引起的力,kN。

风载引起的力具有方向性,当风载与油缸顶推力同向时取正值;当风载与油缸顶推力异向时取负值。

顶推力与风载之间的关系设定,采用虚拟样机动力学仿真分析法得到,通过大量的模拟试验和现场测定建立［7］。

当风载计算、摩擦力和制动力都测试完毕后,就可以进行整机抗风能力的测试。可以通过加载油缸顶推力,换算成模拟的风力等级,达到测量目的,检测流程如图4所示。

图4 抗风能力检测流程图

3 案例分析

对某100/32t×35m刚柔混合支腿的门式起重机进行测量,现场测量图如图5和图6所示,其主要计算参数见表1,主要测量参数见表2。可以看出,在仅仅大车制动器作用情况下,该门式起重机可以抵抗23.1m/s的计算风速而不移动。

图5 被测门式起重机

4 结论

本文设计了一种门式起重机抗风能力的检测装置,可以实现测量计算单个制动器的制动效果,还可以测量整机的制动效果。更重要的是,可以作为测量整机的整体抗风能力等级的一种便携式测量仪器,因此具有重要的参考价值。

表1 起重机风载计算参数

图6 现场测试图

表2 仪器测量计算结果