门式起重机及其主梁结构优化设计的一般性浅述

【摘要】随着经济和社会的快速发展，我国的物流产业发展进入了蓬勃发展的黄金时期。物流装备也不断进行着更新换代。科技人员和工程技术人员需要根据当前技术的发展，不断对门式起重机及其主梁结构进行优化设计，以适应物流产业发展的需要。本文是对门式起重机及其主梁结构优化设计的一般性的阐述。

【关键词】门式起重机；主梁结构；优化设计；一般性的阐述

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.门式起重机及其主参数概述

1.1门式起重机概述

门式起重机是桥架通过两侧支腿支承在地面轨道上运行的桥架型起重机，又称龙门起重机。根据结构的不同分为双主梁A型门式起重机、双主梁U型门式起重机、单主梁L型门式起重机及双主梁桁架门式起重机等多种形式。门式起重机主要由主梁、支腿、上横梁、下横梁、起重小车及大车运行机构等部件组成。一般主梁两侧均设有悬臂便于从跨中转运物品到跨外。另外设有司机室操纵人员由地面经安装在支腿侧的梯子平台进入司机室。小车导电采用电缆滑车导电。大车导电分以下两种形式：高空滑线导电装置和电缆卷筒导电装置。高空滑线导电装置需设立数根电线杆，将地面电源线架起，建设费用较高，且由于电源线架空较高，维修比较苦难。电缆卷筒导电装置需在地面预埋电缆并引出起重机全行程所需的电缆，机上设电缆卷筒，将引出的电缆缠绕到卷筒上随起重机的运行进行卷缆和放缆，实现起重机的电气驱动和控制。门式起重机可配抓斗、电磁吸盘等取物装置满足用户吊运多种类型物料的需求。

1.2门式起重机主参数概述

门式起重机主要用于露天作业，其工作环境温度为-20-40℃，海拔高度不超过1000m，工作风速应≤6级，当大于6级时严禁工作。普通门式起重机多采用箱型结构和桁架式结构，门式起重机用途很广泛，可以搬运各种成件物品和散状物料，起重量多在100吨以下，跨度为4～35米。用抓斗的普通门式起重机工作级别较高。普通门式起重机主要是指吊钩、抓斗、电磁、葫芦门式起重机，同时也包括半门式起重机。水电站龙门起重机主要用来吊运和启闭闸门，也可进行安装作业。起重量达80～500吨，跨度较小，为8～16米；起升速度较低，为1～5米／分。这种起重机虽然不是经常吊运，但一旦使用工作却十分繁重，因此要适当提高工作级别。造船龙门起重机用于船台拼装船体，常备有两台起重小车：一台有两个主钩，在桥架上翼缘的轨道上运行；另一台有一个主钩和一个副钩，在桥架下翼缘的轨道上运行，以便翻转和吊装大型的船体分段。起重量一般为100～1500吨；跨度达185米；起升速度为2～15米／分，还有0.1～0.5米／分的微动速度。集装箱龙门起重机用于集装箱码头。拖挂车将岸边集装箱运载桥从船上卸下的集装箱运到堆场或后方后，由集装箱龙门起重机堆码起来或直接装车运走，可加快集装箱运载桥或其他起重机的周转。可堆放高3～4层、宽6排的集装箱的堆场，一般用轮胎式，也有用有轨式的。集装箱龙门起重机与集装箱跨车相比，它的跨度和门架两侧的高度都较大。为适应港口码头的运输需要，这种起重机的工作级别较高。起升速度为8～10米／分；跨度根据需要跨越的集装箱排数来决定，最大为60米左右相应于20英尺、30英尺、40英尺长集装箱的起重量分别约为20吨、25吨和30吨。

2.门式起重机主梁结构优化设计的一般性的阐述

2.1门式起重机载荷计算

门式起重机主梁结构是起重机的承载主骨架。保证起重机安全可靠，以及保证起重机具备良好的使用性能，是金属结构设计的基本目标。为了达到上述目标，合理地分析和计算载荷，合理地确定设计计算准则是至关重要的。作用在起重机主梁结构上的载荷种类很多，通常根据裁荷的性质划分：（1）重力载荷。起重机的重力载荷包括自重载荷和起升载荷两大部分。自重裁荷是指起重机的结构、机械设备、电气设备以及附设在起重机上的存仓、连续输送机和它们所带物料等的重力。起升载荷是起升质量的重力。起升质量包括允许起升的最重的有效物品、取物装置(吊钩、吊环或用梁等下滑轮央套、抓斗、容器和起重电磁铁等)、挠性悬挂件及其它在起升机构驱动下作升降运动的设备的质量。悬挂长度小于50m的起升钢丝绳的重力可略去不计。在有移动载重小车的起重机中，考虑到小车相对于结构有位置变化，有必要引进移动载荷的概念。移动裁荷由自重载荷中的小车自重及起升载荷组成。（2）惯性裁荷和振动裁荷。这类裁荷均属于动力载荷。惯性载荷是指狭义的惯性力，即不计体系弹性振动、由刚体动力学求得的惯性力，包括运行机构不稳定运动时，起重机自身质量和起升质量的水平惯性力；回转机构工作时回转质量的法向惯性力和回转机构不稳定运动时回转质量的切向惯性力，变幅机构不稳定运动时作变速运动的质量的惯性力等。振动裁荷是指弹性体系对各种激励的动力响应的效应，即弹性体系在各种载荷的非静态作用下，由于振动所产生的载荷增长，通常称为这些载荷的动裁效应，振动载荷包括起升质量离地起升或下降制动时，所激发的起重机自身质量和起升质量的最大振动惯性力；运行机构行驶在不平路面或轨接头上时，由于冲击作用所引起的起重机自身质量和起升质量的最大振动惯性力；运行、回转和变幅机构不稳定运动时由于驱动力或制动力的快速作用，或者说由于刚体运动惯性力的快速作用所造成的振动效应小车或大车撞击缓冲器时的振动效应等。（3）自然或其他载荷。风、冰、雪、地震和温度变化等自然因素所造成的载荷。共他载荷包括有起重机偏斜运行时，轨道作用在车轮上的水平侧向力；结构在运输和安装过程中所受到的各种特殊载荷，静态超载实验和动态超载试验时所受到的试验载荷等。

2.2门式起重机主梁结构的优化设计

门式起重机主梁结构优化设计包括多方面的因素，主要包括以下几个方面：（1）结构型式及其选择。起重机结构型式很多，归纳起来可分两大类，即单梁和双梁。箱形双梁主要用于5―100吨桥式起重机系列。结构简单、工艺性好、可采用自动焊或半自动焊、易成批生产，采用较多。箱形偏轨双粱水平刚性较好，自重轻，工艺性与箱形差不多，大起重量起重机常采用。四桁架双梁刚性好、制造复杂、成本高，因难于采用自动焊成半自动焊，不易成批生产，很少采用。从理论上讲，中、小起重量的双梁起重机主梁，当跨度Lo＜17米时用箱形结构；当跨度Lo＞17米时用桁架结构为合理选型。但在实际上因箱形梁有上述优点，故当跨度Lo＞l7米时仍用箱形。当起重量Q＞75吨时，常用箱形或箱形偏轨梁。箱形单梁自重轻、刚性好，但小车运行机构布置、检修不便，并需增加防止小车倾翻的安全措施。目前，中、小起重量的门式起重机采用较多。

（2）起重量(Q)。龙门起重机的起重量是指起重机所允许起吊最大重量．一般把这一起重量称为集装箱龙门起重机的额定起重量。额定起重量加上用具的重量称为总起重量或起重量。龙门起重机的起重量是根据起吊最大重量而确定的。龙门起重机的跨度是指大车运行轨道的两条钢轨中心线之间的距离，单位是米。跨度是根据起重机工作范围，如起重机跨内铺设装卸线的股数、拖挂车通道及集装箱堆放尺寸而定的。在确定跨度时，通常都采用一般用途龙门起重机的跨度系列。有效悬臂长度是根据起吊集装箱的尺寸和跨车、叉车的尺寸而确定的。如30.5吨轨道式龙门起重机要跨越三股铁路装卸线，同时考虑稳定性，按照跨度系列表选定18米。有效悬行长度根据搬运40英尺跨车叉车的尺寸和起重小车能在悬臂端起吊任何方位的40英尺集装机确定有效悬臂长度为7．5米。（3）轴距(D)。轴距是指龙门架侧向两门腿与车轮平衡架连接饺轴中心线之间的距离。轴距根据横向通过门腿的尺寸要求确定的。如30.5吨轨道式龙门起重机起吊40英尺集装箱。为了保证能横向通过门腿，取门腿中心距为16米。大车走轮平衡架饺铀中心距亦为16米。起升高度是指，当吊具上升到极限位置时，大车运行轨道顶面至吊具最低点之间的垂直距离。对于装卸船用的龙门起重机吊具需要下放到大车运行轨道以下，进入船舱装卸货物。此时起升高度皮包括轨道顶面以上的起升高度和下放深度。起升高度与下放深度之和称为总起升高度。起升高度是根据作业需要而确定的。如30．5吨轨道式龙门起重机需要堆码货物，并且起吊的货物应能在箱顶上顺利通过。（4）工作速度。龙门起重机工作速度包括起升速度、小车运行速度、大车运行速度等。起升速度与起重机的工作性质、起升高度有关。龙门起重机起升速度一般为8―12米／分。龙门起重机吊具旋转速度一般在1~2转／分，用此调整货箱方位。30.5吨轨道式龙门起重机的旋转速度为1.35转／分。必须对以上几个方面进行分析，设计人员才能进行门式起重机主梁结构的科学、高效的优化设计。

结束语：

随着经济和科技的快速发展，门式起重机的应用越来越广泛。基于不同方面的应用，技术人员需要进行针对性的门式起重机主梁的优化设计，设计时需要对起重机不同方面的载荷进行计算，以保证优化设计的针对性和科学性。

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