文献综述---L型支腿门式起重机大车行走机构设计

本科毕业设计（论文）文献综述

课题名称： L型支腿门式

起重机大车行走机构设计

学院（系）：机械学院

年级专业： 07级工程机械

一、课题国内外现状

1.1门式起重机概述[1]

门式起重机是一种循环、间歇运动的机械。它具有构造简单、操作灵活、维修方便、起重量和跨度大及占用作业面积小的特点。广泛用于铁路货场、港口码头、现代化工厂和仓库等场所。门式起重机一般由金属结构部分、机械部分和电气部分组成。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机的金属结构部分主要由主梁、支腿、下端梁和司机室组成。它一般沿着铺设在地面上的轨道上运行。机械机构主要由起升机构和运行机构组成。电气部分由电气设备和电气线路组成。

门式起重机的形式很多，根据用途的不同可以分为通用型门式起重机，集装箱门式起重机，电站门式起重机，造船门式起重机等。

1）普通龙门起重机

这种起重机多采用箱型式和桁架式结构，用途最广泛。可以搬运各种成件物品和散状物料，起重量在100吨以下，跨度为4～39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。

2）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。3）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。4）集装箱龙门起重机

用于集装箱码头。拖挂车将岸壁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，一般用轮胎式。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。

按照结构形式分为：

1）单主梁门式起重机

单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。整体刚度要弱一些，起重量Q≤50t、跨度S≤35m。门腿有L型和C型两种形式。

2）双梁桥式起重机

双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。

1.2国内

我国的门式起重机发展自从上世纪五十年代中期开始经历了仿制、改进和自主研发三个阶段。2011年由武桥重工制造的我国最大的一台龙门起重机该起重机跨度为230米，为国内最大跨度，标准载重为900吨，实际载重可以达到1500吨。在结构设计、材料、装置等方面都实现了跨越式的发展，基本上确立了研发，制造体系。

随着我国基本建设高峰的逐渐到来，造船、风力发电安装、石油化工(包括煤化工)建设、冶金建设、火电(包括核电)建设、市政等等的发展使大型起重机吊装市场出现供不应求的“火暴”现象。如今，我国的建设工程中的大

型吊装模式，已经从相对原始的桅杆辅以卷扬机和滑轮组的方式，转变为以大型桅杆辅以液压提升和大型起重机吊装为主的模式。中国造船业从2006年开始进入了一个突飞猛进发展阶段。造船最主要的辅助工具就是大型龙门起重。首钢的搬迁、宝钢的改扩建等的大面积开工和扩建，起重量逐级攀升，达到600t以上[27]。

1.2国外

目前，国外制造大型厂商主要有美国的Paceco、德国的Noell、英国的Morris、芬兰的Valmet、韩国的三星和现代，以及日本的三菱、三井、住友等。随着国际集装箱运输事业的飞速发展，对轨道吊的要求越来越高，使得各大厂商在新研制的起重机堆码高度、跨度以及速度等主要参数上都有了较大的进展。目前世界上比较先进的机型其堆高已达7~8层、吊具下的起重量已达45t、满载起升速度达30m/min、小车速度超过50m/min、大车运行速度超过120m/min。日本三井公司成功地采用了交流变频调速装置，解决了起升机构位势负载和车轮支承压力变化导致车轮转速变化的关键技术，达到了集装箱堆场作业的使用要求。德国派纳公司将其在自动控制领域所拥有的丰富经验成功地应用在大型轨道吊上，满足了现代化集装箱堆场对自动化控制的需要。欧洲联合码头公司应用光缆传输技术，可靠地将轨道吊与港站管理计算机联网，实现了无人装卸作业和堆物全盘自动化[22]。

二、研究主要成果

2.1 新材料的应用[2,15]

H型钢、T型钢、MC铸型尼龙材料等等,都促成了起重机结构的改进和机械零部件的发展,降低了制造成本,改善了使用性能。

2.2 新装置的研制和新零部件的采用[2,12,5]

激光防碰撞装置、柔性部件、三合一减速器、新型径向棒销联轴器、新型电力液压块式制动器、钳式制动器、电线滑车、滑接输电装置等等行装置的采用,都为起重机产品的更新和系列改进提供了切实的基础。

2.3 新设计思想的应用[2]

近几年,一些高等院校在起重机优化设计和推广现代设计方法方面做了许多有成效的工作, 对门式起重机进行了按静强度、静刚度、动刚度等多项控制指标的综合分析优化设计,从单机优化到系列优化设计理论方面的开拓

和探索都已进入实用阶段。依据Miner线性累积损伤理论,形成饿对角线通用原则,使得用同样的结构或同样的机械部件,形成多种规格起重机提供了理论基础。模块单元化设计等等。整个起重机行业的技术、生产和管理水平的提高,老产品的更新、新产品的研发速度都将大大加快。

2.4 主梁结构形式多样化[21]

主梁的结构形式不在拘泥于单一的品种，为了满足小车的上下布置等各种实际需求，龙门起重机的主梁结构形式开创出梯形截面双主梁形式、π型截面单主梁形式、梯形截面单主梁形式等等。

2.5 新设计工具的普及运用[25]

Proe、ANSYS、APDL语言等方便快捷的设计和测试等计算机软件的开发和运用大大提高了新产品的研发能力，缩短了研发周期[23]。比如虚拟样机技术对龙门起重机小车进行整体动态安全性仿真试验，通过仿真试验获得小车突然加速和碰撞时所产生的动态接触力，这些准确的数据可以供龙门起霞机结构分析时参考为设计师设计安全可靠的龙门起重机缓冲器提供了快速、有效的途径。

2.6 吊具防摇系统的研发[26]

集装箱龙门起重机的吊具防摇系统是各起重机制造商一直在研究及创新的项目，好的“防摇”措施将会大大提高起重机械的生产效率。振华港机、上海港机重工、等起重机生产厂商制造种类繁多。防摇系统是指吊具起吊集装箱时，在小车、大车平移的情况下，在一定的摇摆周期内，集装箱达到公认的对箱要求。如今已开发出机械式减摇装置、液压减摇装置、八绳双向防摇技术等。

2.7 自动纠偏技术[20]

跨度大于40 m的龙门起重机在实际使用中由于众多因素的影响，刚、柔腿运行一段时间后会产生快慢不一的现象，常用电气自动纠偏的方法通常有计算脉冲编码器输入PLC的脉冲、通过安装在柔腿顶部的角位移传感器、用橡胶摩擦轮带动旋转编码器的闭环控制、等

1.8 啃轨现象的改善[24]

啃轨，就是起重机运行过程中车轮轮缘与钢轨侧面压触，发生强烈的磨

损。严重的啃轨，使车轮与轨道剧烈磨损，并且大大增加附加载荷，运行阻力比正常状态时增大3.5 倍左右，一般中型工作类型的龙门起重机车轮的使用寿命约8~10年，若有啃轨现象，寿命可降为1~2年，甚至几个月。在实际生产中最常用而且最有效的方法是调整和移动车轮，消除过大的误差横向力。

三、发展趋势

由于生产发展提出新的使用要求,起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新,性能参数也需要不断变化与完善。现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的应用,使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新。起重机将向现代化、智能化、更安全可靠方便的方向发展。具体体现在：

3.1数据总线管理系统开发[2]

数据总线管理系统使起重机的控制系统在发动机与传动系统各功能块之间实现数字式数据传输和电子控制,可降低起重机油耗及排放值,简化布线,提高整机可靠性与维修方便性。

3.2模块单元化设计[2,13]

所谓模块单元化设计,就是根据市场调查和预测的统计数字以及积累的资料和图表,在严密的科学理论指导下,拟定起重机结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化和单元化。只对几个模块进行修改即可实现起重机的改进,选用不同的模块重新进行组合便设计出不同规格具有不同功能的起重机,以满足市场的需求,增强竞争能力。这将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平以及产品更新。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12％，生产成本下降45％，经济效益十分可观。

3.3控制元件的研发[2,15]

采用转角码盘、齿轮链、激光头等装置,使定位精度可到±1mm。接收器、控制器遥控系统应用节省人力,提高工作效率,而且使操作者的作业条件得到改善。在距离检测方面,采用无线电信号型防撞装置来监控起重机前端行驶距离,在发出警告信号后,大车车速将减小到50%,最后切断电机电源,将

大车制动。起重机的刹车系统也应用微机进行控制和监视工作。

3.4复杂的起重机更加完善,通用的起重机更加简便[2,13]

对高速重载大生产率的冶金、港口、建筑等专用起重机,不仅机构性能参数更趋完善和提高,而且其可靠性、自检查和故障显示等能力也有所提高,整机向有机、完善、协调、适配方向发展,这在近年来的宝钢等重点工程从日本、德国、美国进口的起重机中均可看出来。而大量通用的中小型起重机在通用化、系列化前提下更加简单化如德国、荷兰、意大利的一些公司近些年大规模推出了电动葫芦及葫芦小车的悬挂、双梁、门式起重机,并取代了老式电动双梁起重机、电动门式起重机。

3.5产品大型化，高速化和专用化[13,18]

由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。

3.6产品性能自动化、智能化和数字化[13,15,18]

大型高效起重机新一代电气控制装置己发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控应用使起重机具有更高的柔性。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，可进行操作的起重机运行的自动保护与自动检测、特殊场合的远距离遥控等。

3.7产品组合成套化、集成化和柔性化[2,13,18]

在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。起重机通过系统集成，瞳形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统等。

四、存在问题

我国从50年代开始着手研制门吊，由于受各方面条件的限制，与国外同类产品相比，国产轨道吊还存在不少差距，如技术性能、质量水平、作业效率等相对较低，尤其是海港堆场使用的现代化轨道吊，国内尚属空白，国内

市场均被进口产品所占领[14]。

在设计技术上极限应力设计法有很大局限性应加强向塑性应力设计法的理论研究工作。大型起重机设备的可靠性研究还有待进一步完善提高、大车高速运行状态下的结构变形问题严重。大车高速运行状态下的输配电问题，大车高速运行对整机的输配电系统提出了较高要求，采用电缆卷筒供电，高速运行时大车与电缆卷筒须有较好的同步性。传统的磁滞式电缆卷筒不能满足这一要求，因此需采用由专门控制的电缆卷筒。目前电缆卷筒需从国外进口。大车高速运行状态下的电气控制问题，因为采用了高速行走的大车，两条轨道上的大车电机运行必须高度同步，否则很容易发生大车跑偏以至啃轨的现象。集装箱桥吊的远程管理系统通讯系统未解决，远程控制的电气控制问题亟待解决[3]。

五、主要参考文献

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指导教师审阅签字：

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