軌行式起重機行走運行阻力計算探討

路琳 邰運輝

摘要：關于探討起重機在穩態運行時的行走阻力，進行分析，對計算公式進行注解，從而為解決際工程中計算行走功率遇到的相關問題提供了理論計算依據和基礎。

關鍵詞：穩態運行；軌行式起重機；摩擦阻力；計算分析

一、引言

起重機是一種能在一定范圍內垂直起升和水平移動物品的機械，其工作特點有動作間歇性和作業循環性等。

起重機可按構造特征、行動形式和主要用途進行分類：

按構造特征可分為：橋架型起重機、纜索型起重機和臂架型起重機。

按運動形式可分為：旋轉式起重機和非旋轉式起重機；固定式起重機和運行式起重機。運行式起重機又分為軌行式起重機（在固定軌道上運行），和無軌式起重機（無固定軌道，由輪胎或履帶等支承運行）。

按主要用途可分為：通用起重機、建筑起重機、冶金起重機、鐵路起重機、港口起重機、造船起重機、甲板起重機等。

本文分析探討的起重機種類就是按運動形式分類的軌行式起重機，該類型起重機常見的有通用門式起重機、集裝箱門式起重機、造船門式起重機、電站門式起重機、抓斗裝卸橋、岸邊集裝箱起重機、集裝箱裝卸橋等等。

起重機在移動運行時就必須要克服自身載荷及起重載荷與軌道之間的摩擦阻力和風阻力等。

二、運行阻力的計算

起重機在直線軌道上穩定運行的靜阻力Fj和主要由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp、和風阻力Ff三部分組成。

Fj=Fm+Fp+Ff（單位：N）

（一）摩擦阻力Fm

起重機在直線軌道上滿載穩定運行時的最大摩擦阻力Fm主要包括車輪踏面的滾動摩擦阻力、車輪軸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（單位：N）

式中Q為起升載荷（N）；

G為起重機自裁載荷（N）；

f為車輪沿軌道的滾動摩擦力臂（mm），由附表查??；

μ為車輪軸承的摩擦阻力系數，由附表查??；

d為與軸承相配合處車輪軸的直徑（mm）；

D為車輪踏面直徑（mm）；

β考慮車輪輪緣與軌頂側面摩擦或牽引供電電纜及集電器摩擦等的附加摩擦阻力系數，見附表；

（二）坡道阻力Fp

Fp=（Q+G）·tanα（單位：N）

式中α為坡度角（°），當坡度很小時，在計算中可用軌道坡度i（具體值可查閱相關技術規范或由經驗值確定）代替tanα，即公式變為：

Fp=（Q+G）·i（單位：N）

i值與起重機類型有關，橋式起重機為0.001，門式和門座式起重機為0.003，鐵路起重機為0.004，建筑塔式起重機為0.005，橋架上的小車為0.002。

（三）風阻力Ff

在露天工作的起重機要考慮起重機和起吊物品所受的風阻力，工作狀態風載荷是指起重機在工作時應能承受的最大風力。

作用在起重機上的工作狀態風載荷有兩種情況：

a.當風向與構件的縱軸線或構架表面垂直時，沿此風向的風載荷按下式計算：

Ff=C·P·A1（單位：N）

b. 當風向與構件的縱軸線或構架表面呈某一角度時，沿此風向的風載荷按下式計算：

Ff=C·P·A2·sin? θ（單位：N）

式中Ff為作用在起重機上的工作狀態最大風載荷（N）；

C為風力系數（由于其受機型、結構形狀等影響，其計算較為繁瑣復雜，難以簡要形容并計算，可查閱相關設計手冊進行計算）

P為工作狀態計算風壓，（根據風壓計算公式可得）；

A1為起重機構件垂直于風向的實體迎風面積（㎡）；

A2為起重機構平行于構件縱軸線的正面迎風面積（㎡）；

（四）特殊運行阻力Ft

除以上三項基本運行阻力外，有時還需考慮特殊運行阻力，如在曲線軌道上運行的起重機，還要考慮曲線運行附加的特殊運行阻力Ft：

Ft=k·（Q+G）（單位：N）

式中k為曲線運行附加阻力系數，一般需由試驗測定。對于塔式起重機，可取k=0.005。

三、結論

綜上分析，我們可以得出軌行式起重機行走穩定運行的靜阻力Fj阻力主要由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp、和風阻力Ff三部分組成，如有曲線運行情況還要考慮其附加的特殊阻力，其靜阻力的準確計算為我們實際工程中的行走電機功率的計算提供了相應的依據，為電機的選型優化等提供了理論支撐。

起重機是力與美的象征，本文只是站在前人的肩膀上對美景的一次眺望，只是對前人成果的一次分析探討，如有不妥不當之處，敬請指正。

參考文獻

[1] 起重機設計規范（GB/T3811-2008）

[2] 起重機設計手冊

[3] 機械設計手冊