專利名稱：軌行式起重機動態防風設計方法
技術領域：
本發明建立一種軌行式起重機動態防風設計方法，考慮制動器和輔助防風裝置共
同防風抗滑，計算對制動器和輔助防風裝置的制動能力需求。
背景技術：
目前國內起重機規范和手冊中關于軌行式起重機動態防風能力的計算，都是建立 在制動器防風的基礎上的，也就是說起重機防風能力完全由制動器承擔。其數學驗算公式 如下 PZ1 > 1. lPWII+Pa+PD_Pf (1) PZ1——運行機構制動器在車輪踏面上產生的制動力，單位為牛頓(N); PWII——起重機承受的工作狀態風載荷，包含結構本身所受風載荷和吊運物品所
受風載荷，單位為牛頓(N)，估算此工作狀態風載荷的風速是起重機的防風極限風速。 Pa——起重機自重載荷與起升載荷沿坡道方向產生的滑行力，單位為牛頓(N)，一
般情況下可取為零。 PD——起重機運行停車減速慣性力，單位為牛頓(N)。
Pf——起重機運行摩擦阻力，單位為牛頓(N)。 上述方法根據起重機工作狀態防風要求計算制動器的制動力，防風要求是指起重 機在突遇最大防風風速時，制動器應能制動起重機。起重機制動器不僅承擔防風功能，平時 工作中還要起剎車制動作用，起重機工作狀態遇到大風的概率其實并不大，多數情況起重 機都在沒有風或小得多的風下剎車制動，因此，由上述方法得到的制動力計算結果在起重 機日常制動時往往偏大。頻繁地使用過大的制動力制動起重機，會對起重機本身結構產生 損害，起重機上操作室的司機也會因強烈的震動感到不適，這就造成了很多司機調松制動 器，以減小制動力矩，這樣雖然滿足了起重機平時工作狀態的平穩制動要求，但是卻使起重 機失去了本應具有的防風能力。可見這種設計計算方法存在缺陷。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種軌行式起重機動態防風設計方法，將工作狀
態日常制動和防風制動區分開，分別設置制動器和輔助防風裝置。平時工作狀態日常制動
由制動器承擔，防風制動由制動器和輔助防風裝置共同承擔。
技術方案本發明的軌行式起重機動態防風設計方法如下 a、將起重機的工作制動按風力大小分成兩類日常制動狀態和防風制動狀態； b、軌行式起重機安裝兩套制動裝置制動器和輔助防風裝置；日常制動由制動器
承擔，防風制動由制動器和輔助防風裝置共同承擔， C、分別計算制動器和輔助防風裝置的制動力大小，基本驗算公式如下 PZ1+PZ2 > 1. lPWII+Pa+PD_Pf PZ1——制動器制動力，單位為牛頓；
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-輔助防風裝置的制動力，單位為牛頓；
-起重機承受的工作狀態風載荷，包含結構本身所受風載荷和吊運物品所
受風載荷，單位為牛頓； Pa——起重機自重載荷與起升載荷沿坡道方向產生的滑行力，單位為牛頓，
PD——起重機運行停車減速慣性力，單位為牛頓，
Pf——起重機運行摩擦阻力，單位為牛頓， d、在制動力的計算中，計入地表粗糙度和輔助防風裝置作用延遲時間的影響，各 個部分的計算過程如下 首先，將風速v*按大小分為兩類， 一類是日常工作狀態下制動時的風力，另一類是
防風制動時的風力。
廣
V*《
V! < v'《v2
日常工作狀態 防風工作狀態
/>v2 超過防風能力
v2是防風極限風速，公式(1)中的制動力PZ1即是根據v2計算得來。對于Vl和v2 的界定上，^是時距3s的陣風風速，其對應的時距為10min的平均風速即為^，二者之間可 以通過一個陣風系數得到。公式如下
v2 = k v丄 (3) 其中k是陣風系數，對于不同的地表情況，陣風系數取不同的數值，一般取1. 5，但 是對于地表粗糙度較大的地區(周圍建筑物較多，場地不太空曠的地區)，應適當提高，最 高至1.7。 1)制動器的制動力(平時工作狀態的制動力)PZ1計算
PZ1 > 1. lPwm+Pa+PD「Pf Pwm——平時工作狀態下，起重機所受的最大風載荷。包含結構本身所受風載荷和 吊運物品所受風載荷，單位為牛頓(N);估算風載荷時的計算風壓選為^對應的風壓Pp即 Pi = 0. 625v/。
PD a!
MG-
一起重機運行停車減速慣性力，單位為牛頓(N)。 v/t
:(MQ+MG)*ai
-起重機最大運行速度，單位m/s。 -停車時間，單位s。 一加速度間，單位 m/ s 。
一起重機自身重量，單位kg;
一起重機吊運重物重量，單位kg。 一起重機運行摩擦阻力，單位為牛頓(N)。
2)輔助防風裝置制動力Pz2計算
PWII2——起重機承受的防風工作狀態最大風載荷，包含結構本身所受風載荷和吊
4運物品所受風載荷，單位為牛頓(N);估算此風載荷時的計算風壓選為^對應的陣風風壓 P2。 PD2——遇陣風后起重機運行停車減速慣性力，單位為牛頓(N)。 &2的計算分成兩種情況，第一，突發陣風時，制動器和輔助防風裝置可以在第一時
間起作用，沒有延遲時間；第二，突發陣風時，制動器第一時間起作用，輔助防風裝置延遲^
秒后作用。延遲時間由監測裝置和啟動裝置以及輔助防風裝置本身的特點決定。
對于第一種情況PD2 = PD1 ; 對于第二種情況，要計算在延遲^秒后，起重機增加的速度Vl。
a2= (1. lPWII2-Pz「Pa-Pf)〃MQ+MG)
= a^t,v a3二v乂(t-1》
PD2 = (MQ+MG) *a3 據此，計算出總制動力Pn+P^扣除掉Pn的部分，即算出PZ2。 PZ1為起重機制動器 的制動力大小，作用于起重機所有制動狀態；P^為輔助防風裝置的制動力大小，只在防風 制動狀態時起作用。 有益效果本發明提出了軌行式起重機安裝兩套裝置來動態防風的思想，及制動 器和輔助防風裝置；建立了動態防風設計方法，分別計算兩套裝置的制動力。將工作狀態日 常制動和防風制動區分開，避免了單一靠制動器防風帶來的缺陷，可自動適應日常制動和 防風制動，不需要人工調節。按照本發明的計算結果，大大減小了制動器的制動力，滿足了 日常工作狀態的平穩制動，減小了制動過猛對起重機結構本身的損害，同時也可達到防風 抗滑的目的。
具體實施方式
舉例 某造船廠300t龍門起重機，自重Pe為1298t，最大運行速度v為0. 5m/s，規范中規
定的一般風力工作下的起重機，最大計算風壓(陣風風壓)為150N/m2，對應的一般正常工
作狀態平均風速Vi = 10. 3m/s，陣風風速v2 = 15. 5m/s，即平均風力五級，陣風風力七級。 1)風載荷估計PWII 起重機結構本身風載荷PWI = C*Pl*A Pl = 0 . 6 2 5*10 . 32 = 66 . 3N/m2PWI = Pl* E C*A = 66. 3 (1. 4*530. 1+1. 3*227. 5+0. 7*90) = 72989N
起重機所吊重物風載荷PWQI = 1. 2氺P^A。 = 1. 2*66. 3*75 = 5967N
由以上，得起重機風載荷PWII = 72989+5967 = 78956N [OO61 ] 2) —般正常工作狀態下水平慣性力PD1計算
設一般正常工作狀態下減速時間(制動時間)為10s。
減速加速度a: = v/t = 0. 5/10 = 0. 05m/s2，取。5為1. 0。
得PD1 = (MQ+MG)*ai = (1298+300) *1000*0. 05*1. 0 = 79900N [OO65] 3)摩擦阻力PfPf = (1298+300)*1000*9. 8*0. 006 = 93962N
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假設起重機自重載荷與起升載荷沿坡道方向產生的滑行力Pa為零。 4)制動器的制動力PZ1 PZ1 > 1. lPWII+Pa+PD-Pf = 1. 1*78956+0+79900-93962 = 72789. 6N 5) —般正常工作狀態下，制動器的最大制動距離的計算 F = Pzl+Pf = 72789. 6+93962 = 166751. 6N 制動距離S = *附v2 / F =會(1298 + 300) * 1000 * 0.52 /166751.6 = 1.2附 6)陣風風速下的風載荷估計 起重機結構本身風載荷 PWI = p2* E OA = 150(1. 4*530. 1+1. 3*227. 5+0. 7*90) = 165133. 5N 起重機所吊重物風載荷PWQI = 1. 2*p2*AQ = 1. 2*150*75 = 13500N 由以上，得起重機風載荷PWII = 165133. 5+13500 = 178633. 5N 7)陣風風載荷下的慣性力計算 輔助防風裝置作用時，相對于起重機制動器，有一定的延時，即為以上介紹的第二 種情況。設延時2s起作用，、=2s，即前兩秒是起重機制動器在作用，后8秒，是制動器和 輔助防風裝置一起起作用。 制動器制動力為72789. 6N，此時起重機所受合力沿風向 F合二 1. lPWII2-Pzl-Pa_Pf = 1. 1*178633. 5+79900-93962-727896 = 109645N起重
機在此2s內的加速度為fl =_腦猜_= o o686m/s2
2 (1298+ 300)* 1000kg ' 2s后，當輔助防風裝置開始作用時，起重機的速度為 Vl = v+a^^ = 0. 5+0. 0686*2 = 0. 6372m/s 剩余8s，輔助防風裝置起作用后，其減速加速度為 a = ^~ = 0.6372/8 = 0.07965^/^ 水平慣性力PD = ma05 = 1598000*0. 07965*1. 0 = 127280. 7N 此時總的制動力需求 PZ1+PZ2 > 1. lPwlI+Pa+PD-Pf = 1. 1*178633. 5+127280. 7-93962 = 229815. 55N輔助
防風裝置需要的制動力PZ2 = 229815. 55-72789. 6 = 157025. 95N
8)陣風作用下制動距離
前2s s = vt+0. 5a山2 = 0 . 5*2+0 . 5*0 . 06 86*22 = 1. 4m
后8s s = 0. 5*a3(t_t2 = 0. 5*0. 07965*82 = 2. 6m
即，突發陣風時，制動距離為4m。 如不采用本文介紹的方法，而使用傳統計算方法，根據公式(l)，設定相同的制動 時間，計算出來的起重機制動力為182640N，也就是說，無論起重機在制動時所受的風力多 大，始終用182640N的力去制動起重機。對照按照新方法計算出的平時工作狀態下起重機制動力72789. 6N，前者是后者的2. 5倍，可知傳統方法在平時制動狀態時的制動過猛程度c
權利要求
一種軌行式起重機動態防風設計方法，其特征在于a、將起重機的工作制動按風力大小分成兩類日常制動狀態和防風制動狀態；b、軌行式起重機安裝兩套制動裝置制動器和輔助防風裝置；日常制動由制動器承擔，防風制動由制動器和輔助防風裝置共同承擔，c、分別計算制動器和輔助防風裝置的制動力大小，基本驗算公式如下PZ1+PZ2≥1.1PWII+Pα+PD-PfPZ1——制動器制動力，單位為牛頓；PZ2——輔助防風裝置的制動力，單位為牛頓；PWII——起重機承受的工作狀態風載荷，包含結構本身所受風載荷和吊運物品所受風載荷，單位為牛頓；Pα——起重機自重載荷與起升載荷沿坡道方向產生的滑行力，單位為牛頓，PD——起重機運行停車減速慣性力，單位為牛頓，Pf——起重機運行摩擦阻力，單位為牛頓；d、在制動力的計算中，計入地表粗糙度和輔助防風裝置作用延遲時間的影響。
全文摘要
軌行式起重機動態防風設計方法提出一種軌行式起重機動態防風設計方法，既滿足日常工作狀態的平穩制動要求，又滿足突遇大風時的防風抗滑要求。首先，將起重機制動狀態按風力大小分成兩類——日常制動狀態、防風制動狀態；日常制動由制動器承擔，防風制動由制動器和輔助防風裝置共同承擔。然后，根據日常制動的需要，計算出日常所需制動力PZ1；接著，根據防風制動狀態的風力大小，選取合適的陣風系數和裝置作用延遲時間，計算防風狀態的總制動力需求PZ1+PZ2，可得到輔助防風裝置的制動力大小PZ2。本發明大大減小了制動器的制動力，滿足了日常工作狀態的平穩制動，減小了制動過猛對起重機結構本身的損害，同時也可達到防風抗滑的目的。
文檔編號B66C15/00GK101780922SQ20101011996
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者吳曉玲, 王立彬, 靳慧 申請人:東南大學