轨行式起重机动态防风设计方法 【技术领域】
本发明建立一种轨行式起重机动态防风设计方法，考虑制动器和辅助防风装置共同防风抗滑，计算对制动器和辅助防风装置的制动能力需求。
背景技术
目前国内起重机规范和手册中关于轨行式起重机动态防风能力的计算，都是建立在制动器防风的基础上的，也就是说起重机防风能力完全由制动器承担。其数学验算公式如下：
PZ1≥1.1PWII+Pα+PD-Pf (1)
PZ1——运行机构制动器在车轮踏面上产生的制动力，单位为牛顿(N)；
PWII——起重机承受的工作状态风载荷，包含结构本身所受风载荷和吊运物品所受风载荷，单位为牛顿(N)，估算此工作状态风载荷的风速是起重机的防风极限风速。
Pα——起重机自重载荷与起升载荷沿坡道方向产生的滑行力，单位为牛顿(N)，一般情况下可取为零。
PD——起重机运行停车减速惯性力，单位为牛顿(N)。
Pf——起重机运行摩擦阻力，单位为牛顿(N)。
上述方法根据起重机工作状态防风要求计算制动器的制动力，防风要求是指起重机在突遇最大防风风速时，制动器应能制动起重机。起重机制动器不仅承担防风功能，平时工作中还要起刹车制动作用，起重机工作状态遇到大风的概率其实并不大，多数情况起重机都在没有风或小得多的风下刹车制动，因此，由上述方法得到的制动力计算结果在起重机日常制动时往往偏大。频繁地使用过大的制动力制动起重机，会对起重机本身结构产生损害，起重机上操作室的司机也会因强烈的震动感到不适，这就造成了很多司机调松制动器，以减小制动力矩，这样虽然满足了起重机平时工作状态的平稳制动要求，但是却使起重机失去了本应具有的防风能力。可见这种设计计算方法存在缺陷。
【发明内容】
技术问题：本发明的目的是提供一种轨行式起重机动态防风设计方法，将工作状态日常制动和防风制动区分开，分别设置制动器和辅助防风装置。平时工作状态日常制动由制动器承担，防风制动由制动器和辅助防风装置共同承担。
技术方案：本发明的轨行式起重机动态防风设计方法如下：
a、将起重机的工作制动按风力大小分成两类：日常制动状态和防风制动状态；
b、轨行式起重机安装两套制动装置：制动器和辅助防风装置；日常制动由制动器承担，防风制动由制动器和辅助防风装置共同承担，
c、分别计算制动器和辅助防风装置的制动力大小，基本验算公式如下：
PZ1+PZ2≥1.1PWII+Pα+PD-Pf
PZ1——制动器制动力，单位为牛顿；
PZ2——辅助防风装置的制动力，单位为牛顿；
PWII——起重机承受的工作状态风载荷，包含结构本身所受风载荷和吊运物品所受风载荷，单位为牛顿；
Pα——起重机自重载荷与起升载荷沿坡道方向产生的滑行力，单位为牛顿，
PD——起重机运行停车减速惯性力，单位为牛顿，
Pf——起重机运行摩擦阻力，单位为牛顿，
d、在制动力的计算中，计入地表粗糙度和辅助防风装置作用延迟时间的影响，各个部分的计算过程如下：
首先，将风速v*按大小分为两类，一类是日常工作状态下制动时的风力，另一类是防风制动时的风力。
v2是防风极限风速，公式(1)中的制动力PZ1即是根据v2计算得来。对于v1和v2的界定上，v2是时距3s的阵风风速，其对应的时距为10min的平均风速即为v1，二者之间可以通过一个阵风系数得到。公式如下：
v2＝k·v1 (3)
其中k是阵风系数，对于不同的地表情况，阵风系数取不同的数值，一般取1.5，但是对于地表粗糙度较大的地区(周围建筑物较多，场地不太空旷的地区)，应适当提高，最高至1.7。
1)制动器的制动力(平时工作状态的制动力)PZ1计算：
PZ1≥1.1PWII1+Pα+PD1-Pf
PWII1——平时工作状态下，起重机所受的最大风载荷。包含结构本身所受风载荷和吊运物品所受风载荷，单位为牛顿(N)；估算风载荷时的计算风压选为v1对应的风压p1，即p1＝0.625v12。
PD1——起重机运行停车减速惯性力，单位为牛顿(N)。
a1＝v/t
PD1＝(MQ+MG)*a1
v——起重机最大运行速度，单位m/s。
t——停车时间，单位s。
a1——加速度间，单位m/s2。
MQ——起重机自身重量，单位kg；
MG——起重机吊运重物重量，单位kg。
Pf——起重机运行摩擦阻力，单位为牛顿(N)。
2)辅助防风装置制动力Pz2计算：
PZ1+PZ2≥1.1PWII2+Pα+PD2-Pf
PWII2——起重机承受的防风工作状态最大风载荷，包含结构本身所受风载荷和吊运物品所受风载荷，单位为牛顿(N)；估算此风载荷时的计算风压选为v2对应的阵风风压p2。
PD2——遇阵风后起重机运行停车减速惯性力，单位为牛顿(N)。
PD2的计算分成两种情况，第一，突发阵风时，制动器和辅助防风装置可以在第一时间起作用，没有延迟时间；第二，突发阵风时，制动器第一时间起作用，辅助防风装置延迟t1秒后作用。延迟时间由监测装置和启动装置以及辅助防风装置本身的特点决定。
对于第一种情况：PD2＝PD1；
对于第二种情况，要计算在延迟t1秒后，起重机增加的速度v1。
a2＝(1.1PWII2-PZ1-Pα-Pf)/(MQ+MG)
v1＝a2*t1+v
a3＝v1/(t-t1)
PD2＝(MQ+MG)*a3
据此，计算出总制动力PZ1+PZ2，扣除掉PZ1的部分，即算出PZ2。PZ1为起重机制动器的制动力大小，作用于起重机所有制动状态；PZ2为辅助防风装置的制动力大小，只在防风制动状态时起作用。
有益效果：本发明提出了轨行式起重机安装两套装置来动态防风的思想，及制动器和辅助防风装置；建立了动态防风设计方法，分别计算两套装置的制动力。将工作状态日常制动和防风制动区分开，避免了单一靠制动器防风带来的缺陷，可自动适应日常制动和防风制动，不需要人工调节。按照本发明的计算结果，大大减小了制动器的制动力，满足了日常工作状态的平稳制动，减小了制动过猛对起重机结构本身的损害，同时也可达到防风抗滑地目的。
【具体实施方式】
举例：
某造船厂300t龙门起重机，自重PG为1298t，最大运行速度v为0.5m/s，规范中规定的一般风力工作下的起重机，最大计算风压(阵风风压)为150N/m2，对应的一般正常工作状态平均风速v1＝10.3m/s，阵风风速v2＝15.5m/s，即平均风力五级，阵风风力七级。
1)风载荷估计PWII
起重机结构本身风载荷PWI＝C*pI*A
pI＝0.625*10.32＝66.3N/m2
PWI＝pI*∑C*A＝66.3(1.4*530.1+1.3*227.5+0.7*90)＝72989N
起重机所吊重物风载荷PWQI＝1.2*PI*AQ＝1.2*66.3*75＝5967N
由以上，得起重机风载荷PWII＝72989+5967＝78956N
2)一般正常工作状态下水平惯性力PD1计算
设一般正常工作状态下减速时间(制动时间)为10s。
减速加速度a1＝v/t＝0.5/10＝0.05m/s2，取Φ5为1.0。
得PD1＝(MQ+MG)*a1＝(1298+300)*1000*0.05*1.0＝79900N
3)摩擦阻力Pf
Pf＝(1298+300)*1000*9.8*0.006＝93962N
假设起重机自重载荷与起升载荷沿坡道方向产生的滑行力Pα为零。
4)制动器的制动力PZ1
PZ1≥1.1PWII+Pα+PD-Pf＝1.1*78956+0+79900-93962＝72789.6N
5)一般正常工作状态下，制动器的最大制动距离的计算
F＝PZ1+Pf＝72789.6+93962＝166751.6N
制动距离S=12mv2/F=12(1298+300)*1000*0.52/166751.6=1.2m]]>
6)阵风风速下的风载荷估计
起重机结构本身风载荷：
PWI＝p2*∑C*A＝150(1.4*530.1+1.3*227.5+0.7*90)＝165133.5N
起重机所吊重物风载荷：PWQI＝1.2*p2*AQ＝1.2*150*75＝13500N
由以上，得起重机风载荷PWII＝165133.5+13500＝178633.5N
7)阵风风载荷下的惯性力计算
辅助防风装置作用时，相对于起重机制动器，有一定的延时，即为以上介绍的第二种情况。设延时2s起作用，t1＝2s，即前两秒是起重机制动器在作用，后8秒，是制动器和辅助防风装置一起起作用。
制动器制动力为72789.6N，此时起重机所受合力沿风向：
F合＝1.1PWII2-PZ1-Pα-Pf＝1.1*178633.5+79900-93962-727896＝109645N起重机在此2s内的加速度为：
2s后，当辅助防风装置开始作用时，起重机的速度为：
v1＝v+a2*t1＝0.5+0.0686*2＝0.6372m/s
剩余8s，辅助防风装置起作用后，其减速加速度为
a=v1t-t1=0.6372/8=0.07965m/s2]]>
水平惯性力PD＝maΦ5＝1598000*0.07965*1.0＝127280.7N
此时总的制动力需求：
PZ1+PZ2≥1.1PWlI+Pα+PD-Pf＝1.1*178633.5+127280.7-93962＝229815.55N辅助防风装置需要的制动力：
PZ2＝229815.55-72789.6＝157025.95N
8)阵风作用下制动距离
前2s
s＝vt+0.5a1t12＝0.5*2+0.5*0.0686*22＝1.4m
后8s
s＝0.5*a3(t-t2＝0.5*0.07965*82＝2.6m
即，突发阵风时，制动距离为4m。
如不采用本文介绍的方法，而使用传统计算方法，根据公式(1)，设定相同的制动时间，计算出来的起重机制动力为182640N，也就是说，无论起重机在制动时所受的风力多大，始终用182640N的力去制动起重机。对照按照新方法计算出的平时工作状态下起重机制动力72789.6N，前者是后者的2.5倍，可知传统方法在平时制动状态时的制动过猛程度。