门座起重机的构造大体可分为两大部分,即上部回转部分与下部非回转部分,上部回转部分包栝臂架系统、人字架、回转平台以及起升机构、回转机构、变幅机构、机房、司机室等;下部非回转部分主要由门架、均衡梁、运行台车、夹轨装置、防风抗倾覆装置等组成。
门座起重机根据其构造又可分为金属结构、机构与电气系统三大部分,金属结构主要指臂架系统、平衡重系统、回转平台、人字架、门架、均衡梁、机房、司机室等;机构有起升、变幅、回转与运行机构;电气系统包括供电、电器与电气控制等。
现代门座起重机广泛应用于港口、码头货物的机械化装卸,造船厂船舶的施工安装以及大型水电站工地的建坝工程中,是实现生产过程机械化不可缺少的重要设备。
根据臂架结构形式的不同,可分为四连杆组合臂架门座起重机和单臂架门座起重机。根据使用场合的不同,可分为港口用门座起重机、造船用门座起重机和建筑用门座起重机,它们的工作特点和具体要求各有不同。
港口用门座起重机用于港口(码头)船舶和车辆的机械化装卸、转载。提高装卸生产率、加快船/车的周转是这种起重机的特点。
这种门座起重机用于船厂、船坞在修、造船时大型结构分段的拼装和机电设备的安装中,其工作特点是吊重吨位大、吊装准确可靠。对它的要求如下:
类似港口门座起重机,设计时应力求外形尺寸小,为满足修造大型船舶的需要,应充分利用起重机的幅度,保证司机的视野开阔,因此门架应有更大的高度。
其吊重对象为单个工件或设备,且重量大小不一,在设计时应在考虑具有最大起重钩的同时,还要设有起重能力较小的副钩。此外在保持起重力矩(起重量×工作幅度)不变的条件下,主钩的起重量随工作幅度的变化而不同。
安装准确可靠。该起重机的工作速度比港口用门座起重机低,并要考虑安装时的微速升降要求,正常速度一般取为2〜45m/min,安装速度0.1〜5m/min。
特殊的要求。如为了满足工件翻身作业的要求,设计时要考虑到主、副钩协同作业的可能性;跨船作业的大幅度要求;安装在浮船坞上的门座起重机还应考虑小轨距要求以及抗风浪颠簸的稳定性要求等。
这种门座起重机一般用于水电站工地,进行大坝的混凝土浇筑、钢筋安装、模块装拆以及闸门、机电设备吊装等。装卸、安装并重是这种门座起重机的工作特点,对其相应的要求为:
大起升髙度、大幅度。根据大坝建筑髙度与宽度的需要,起升髙度在轨面以上一般可达30〜70m,在轨面以下可达100m以上;工作幅度可达50m以上。
考虑到装卸效率,其起重量、工作速度的取值范围一般类似于港口用门座起重机;但变幅、回转速度较低,以减小大长度钢丝绳悬吊物品时的摆动。
特殊要求。如为了满足在临时性工地上进行临时性作业的需要,在构造上容易装拆,搬运方便;可多台起重机协同起吊大吨位物件。
门座起重机的主要性能参数有起重量、起升高度、下降深度、最大与最小幅度、最大尾部半径、轨距、基距、工作速度、轮压、工作级别等。
港口门座起重机的轨距L根据起重机所跨越的轨道数目而定。对于只跨越两条轨道的门座起重机,轨距L取为6.5m;对于跨越3条轨道的门座起重机,轨距L取为10.5m;而当起重机的门架跨越4条轨道时,轨距L取为16m。
港口门座起重机的基距B取决于回转支承装置的外形尺寸、运行台车的长度以及起重机的起重量和最大工作幅度。通常,基距B之值在9〜14m之间。
对于港口门座起重机,货物自轨面向上的起升髙度一般在10〜30m的范围内取值,轨面以下的下降深度可以达到15〜20m。对于造船门座起重机,货物自轨面以上的起升高度可以增大到50m,轨面以下的下降深度可以达到15〜20m。港口门座起重机的最小幅度尽可能取得越小越好,以增大起重机的工作范围。通常,最小幅度约为最大幅度的1/4〜1/3。
门座起重机的工作速度根据工作需要而定。港口装卸用门座起重机要求尽可能高的速度;安装用门座起重机要求较低的工作速度,还备有专门的微速装置。起升、变幅与运行机构的工作速度的确定,还需考虑其行程的长短;短行程取较低的速度,长行程取较髙的速度。当行程不长时,由于起、制动过程的限制,真正高速运行的时间较短,用提高速度来缩短工作时间的效果不大。回转机构速度与幅度大小有关,最大圆周线m/min以下,或者回转速度限于n≈(R为幅度,m)。
对于港口装卸用门座起重机各类机构的工作速度范围一般为:起升机构(主钩) 15〜90m/min;变幅机构 20〜60m/min;回转机构 0.5〜3r/min;运行机构 15〜35m/min。
门座起重机的运行机构是有轨运行机构的典型形式。门座起重机大多数不是长期地固定工作于某一地点,故而有轨运行机构能充分地发挥其技术效果。为了避免起重机轨道对地面交通带来不便,港口和造船门座起重机轨道的轨面总是铺设得与地面一样平齐。
对于装有侧面下横梁的门架,运行机构的车轮或台车总是装设于下横梁的两端。如果门架没有下横梁,则运行机构的车轮或台车就布置在支腿下端。在上述两种情形下,如果起重机需要沿弧线轨道运行或者台车的长度太大,则应该使车轮或台车具有绕垂直轴线自由转动的可能性。
通常,全部车轮中只有1/2车轮是主动车轮,其余为从动车轮。但是当轨道坡度较大时(例如浮船坞用的门座起重机)或起、制动时间较短时,也把全部车轮设计成主动车轮。因此,主动车轮的具体数目一般需要通过起重机的打滑验算后才能最终确定。初步设计时,主动车轮可以取为全部车轮的1/2。
在设计门座起重机运行机构时,对于釆用柱式回转支承装置的门座起重机,按刚性车架假定计算垂直支承反力。对于采用滚盘式回转支承装置的门座座起重机,则应按铰接车架的假定确定垂直支承反力。
门座起重机在露天工作,承受着风载荷的作用,回转机构工作较频繁。为了提离工作效率,港口门座起重机甚至在臂架位于最大幅度时,回转转速也较大。立式电动机—行星齿轮减速器传动系统传动效率较髙,结构紧凑,目前是港口门座起重机回转机构传动的主要方案,即大齿轮固定在门架上,行星小齿轮及其驱动机构则装在起重机的回转部分上。
为了避免回转机构起、制动过猛或者由于臂架触及到障碍物而可能出现的机构过载、起重机和货物剧烈振动等现象,一般都装有摩擦式极限力矩联轴器。为了保证工作可靠,极限力矩联轴器大都装设在传动系统末级的行星小齿轮轴上。
门座起重机起升机构通常由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮组和动滑轮组等部件,取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂梁等多种形式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、超速保护装置等,根据需要配置。
门座起重机总是依靠臂架摆动实现变幅,大多数情况下要求起重机在取物装置带载的情况下实现变幅。采用非平衡式变幅系统方案变幅时,会引起臂架重心和取物装置升降的现象。如果这种变幅是工作性的,由于货物随着取物装置升、降,推动臂架变幅所需要的驱动力矩将显著增大,因此该方案仅适用于非工作性变幅机构。对于工作性变幅机构,一般采用具有臂架平衡系统和货物升降补偿装置的平衡式变幅系统。