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门座起重机专业知识第一章 门座起重机概述第一节 门座起重机各部分结构简介门座起重机是港口码头数量和使用最多的、结构复杂、机构最多的、最典型的电动装卸机械。它具有较好的工作性能和独特的优越结构，通用性好，被广泛地用在港口杂货码头。 门座起重机的工作机构具有较高的运转速度，起升速度可达1.17m/s，变幅速度可达0.92m/s，使用率高，每昼夜可达22h，台时效率也很高，一般可达100t/h以上；它的结构是立体的，不多占用码头的面积，具有高大的门架和较长距离的伸臂，因而具有较大的起升高度和工作幅度，能满足港口、码头、船舶和车辆的机械化装卸、转载，充分使用港口、码头场地，适应船舶的空载、满载作业，以及地面车辆的通行要求；还具有高速灵活、安全可靠的装卸能力，对提高装卸生产率，减轻繁重的体力劳动都具有重大的意义。但门座起重机也有它的缺点，如造价高，用钢铁材料多，要较大的电力供给，一般轮压较大，需要坚固的地基，附属设备也较多，如变电所、电缆、地道、坑道、电源等。 一、构造及原理 门座起重机又简称为门吊、门机，是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机之一。它的构造大体上可以分为两大部分：上部旋转部分和下部运行部分。上部旋转部分安装在一个高大的门形底架（门架）上，并相对于下部运行部分可以实现360任意旋转。门架可以沿轨道运行，同时它又是起重机的承重部分。起重机的自重和吊重均由门架承受，并由它传到地面轨道上。门座起重机正是由此门形底座而得名的。 门座起重机的上部旋转部分包括臂架系统、人字架、旋转平台、司机室等，还安装有起升机构、变幅机构、旋转机构。下部运行部分主要由门架和运行机构组成。门架底部能通火车，轨距有3种：能通过一列火车轨距为6m，称单线门架，能通过并排两列火车的轨距为10.5m，称双线门架，能通过并排三列火车的轨距为16m，称三线门架。码头前沿的门座起重机门架多属双线门架。门座底部装有行车车轮或运行台车，运行机构使整台起重机可以沿着地面上的轨道运行。 门座起重机的工作原理是：通过起升、变幅、旋转3种运动的组合，可以在一个环形圆柱体空间实现物品的升降、移动，并通过运行机构调整整机的工作位置，故可以在较大的作业范围内满足运移物品的需要。 二、分类 门座起重机根据结构类型的不同，可分为下面几种： 1.以门架的结构类型为主要标志 门座起重机可以分为全门座和半门座起重机。后者不具备完整的门架，它的两条运行轨道不在同一水平面上，一条铺设在地面上，另一条铺设在库房或特设的栈桥上。 2以起重臂的结构类型为主要标志 门座起重机可分为四连杆组合臂架式门座起重机和单臂架式门座起重机两种。前者的最大优点是臂架下面的净空高度较大，因而在一定的起升高度要求下，起重机的总高度较低，但结构复杂，重量较大，而单臂则与上述相反。目前，国内大多采用四连杆组合臂架式起重机。 3.以上部旋转部分相对下部运行部分旋转的支承装置的结构类型为主要标志 门座起重机可分为转柱式门座起重机、定柱式门座起重机、转盘式门座起重机和大轴承式门座起重机。转盘式门座起重机结构复杂，加工制造困难，目前较少采用；转柱式和定柱式整体稳定性好，是目前常用的形式，其中转柱式应用最多；大轴承式结构新颖、构件少，重量轻，具有广阔的发展前景。第二节 门座起重机的技术参数门座起重机的技术参数是说明门座起重机工作性能的指标，也是设计和选用起重机的依据。 起重机的主要参数有：起重量、幅度、起升高度、各机构的工作速度、工作级别及生产率。此外，轨距、基距、外形尺寸、最大轮压、自重等也是重要参数。以M1030港口门座起重机为例。表1-1 给出了该型门机的主要技术参数。表1-1 M10-30型港口门座起重机技术性能表起重量（t）10起升高度（m）吊钩25抓斗16幅度（m）最大30最小8.5轨距（m）10.5基距（m）10.5起升速度（m/min）60（最小下降3.5）变幅速度（m/min）52回转速度（r/min）1.48运行速度（m/min）27电动机型号起升JZR272-10变幅JZR252-8回转JZR251-8运行JZR231-6最大轮压（KN）221起重机最大高度（m）45起重机总重（t）195一、起重量 起重量是指起重机安全工作时所允许的最大起吊货物的质量，单位为“kg”或“t”，用“Q”表示。 起重量不包括吊钩、吊环之类吊具的质量，但包括抓斗、料斗、料罐、工属具之类吊具的质量。 在每一台起重机上都必须明确标出其起重量的数值。起重机起重量己有国家标准系列。表1-2列出门座起重机起重量系列。表1-2 门座起重机重量系列（JB77365）T351016254063100160 制造厂从使用角度出发，为了使用方便，提高工作效率，吊重与起重量相匹配。当起重量较大时，配有两套起升机构。其中，起重量较大的称为主起升机构或主钩，起重量较小的称为副起升机构或副钩。副钩的起升速度较快，可以提高轻货的吊运效率。主、副钩的起重量用一个分数来表示。例如15/3t，表示主钩的起重量为15t，副钩的起重量为3t。 某些门座起重机的起重量是随幅度变化的，这时的额定起重量是指最小幅度时的最大起重量，有时也用几个数分别表示几个幅度范围内的起重量。如16t门座起重机的标注：16/10922/30。意为在922m幅度内起重量为16t，在930m幅度内起重量为10t。 二、幅度 幅度是指起重机旋转轴线至取物装置中心线之间的距离，单位是“m”，用“R”表示。绝大多数起重机的幅度是随起重臂所处的位置在一定范围内变化的。当起重臂外伸处于最远极限位置时，从起重机旋转中心到取物装置中心线中间的距离称为最大幅度（Rmax）；当起重臂收回处于最近极限位置时，从起重机旋转中心到取物装置中心线之间的距离称为最小幅度（Rmin）。旋转起重机的幅度是在最小幅度和最大幅度之间变化的。这类起重机的名义幅度指的是最大幅度值。 起重机的幅度不是一个孤立的参数，与起重量密切相关。一般情况下，随着幅度的增加，起重量减少，从设计方面考虑，起重机的幅度根据所需求的工作范围确定。港口门座起重机的最大幅度根据船舶尺寸确定。随着海运事业的发展，船舶吨位和尺寸在不断增大，相应地要求起重机的工作幅度和起重量不断加大。最小幅度受到起重机的构造限制，应力减小，从而扩大工作范围。例如，国产港口门座起重机的最大幅度从20世纪60年代的25m已增加到现在的35m。 三、起升高度 起升高度是指起重机取物装置上下极限位置之间的距离，单位是“m”，用“H”表示。下极限位置通常取为工作场地的场面或运行轨道顶面，吊钩以钩口中心为准，抓斗以最低点为准。港口门座起重机的取物装置必须下降到船舱底工作，它的下极限位量在地面以下，此时，需要标出轨面上和轨面下的起升高度，分别用H上和H下表示，H上十H下H。如M1030门座起重机起升高度H为43 m，其中轨面以上起升高度H上为28m，轨面以下起升高度H下为15m。在确定起重机的起升高度时，要考虑到下列因素：起吊物品的最大高度、需要越过障碍的高度、吊具所占的高度等。对于港口门座起重机还要考虑船舶在低潮、高潮、空载、满载时的不同情况。表1-3示出了港口门座起重机的幅度和起升高度数值。表1-3 港口门座起重机的幅度和起升蒿度（JT500175）起重量（t）35101625工作幅度（m）最大252530253030最小789899起升高度（m）轨面上222225222828轨面下15 四、工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、旋转和运行4个机构的工作速度。 起升速度是指起吊额定重量的物品时，吊具上升的速度，单位是“m/s”，用“V升”表示。 起升速度通常都很高，因为它关系到起重机的生产率。但起升速度常常受到电动机功率限制，大致与起重量成反比，即： QV升常数旋转速度是指起重机旋转部分每分钟的转数，单位是“r/min”，用n旋表示。 旋转速度规定：起重机在水平场地上，10m高度处的风速在3m/s以上，臂架处于最大幅度且带载时的转速。旋转速度的快慢要适宜，若旋转速度太快，则很难使货物保持平稳，装卸时不安全；若旋转速度太慢，则影响装卸效率，不适应港口装卸作业的要求。门座起重机的旋转速度一般控制在2r/min左右。 变幅速度是指吊具自最大幅度至最小幅度间的平均速度，单位是“m/s”，用“V变”表示。 门座起重机的变幅速度一般控制在O.750.92m/s之间。 运行速度是指整台起重机沿固定轨面每秒钟运行的距离，单位是“m/s”，用“V行”表示。门座起重机大车在装卸作业中是不需运行的，只有当调整位置时才需大车运行。大车运行机构是属于非工作性的，故大车运行速度不太高，一般控制在0330.5m/s。起重机的各工作机构，其工作速度应相互协调，以免因某一机构太快或太慢而影响起重机的整个工作循环时间。 五、生产率 生产率是表明起重机工作能力的重要指标，单位是“t/h”，通常以符号“A”表示。 起重机的生产率，不仅决定于起重机本身的性能（起重量、工作速度、工作行程等），而且与货物的种类、工作条件、生产组织以及司机的熟练程度等多种因素有关。理论上，生产率可用下式计算。 对于件杂货： AnQ平 对于散货： AnVr式中：n-每小时循环次数； Q平-每次吊运货物的平均重量，t； -充填系数，一般取为0.85； V -抓斗额定容积，m3； r -散粒物料的容重，tm3 六、轨距 轨距指的是门座起重机大车运行轨道中心线之间的水平距离，单位是“m”。港口码头上的门座起重机的轨距多数是105m的。 七、基距 基距是指起重机同一轨道上前后两组行走轮中心线之间的距离，单位是“m”。轨距和基距的数值对有些起重机设计时选取是一样的。例如M1030门座起重机，基距和轨距就是相等的，都是105m。 八、轮距 轮距是指起重机相邻两轴心线之问的距离，单位是“m”。 九、轮压 所谓轮压就是起重机的一个运行车轮对运行轨道的压力。它是设计车轮装置的依据，是轨道支承结构和土建设计的重要原始数据。起重机每条支腿上的压力都不是一个常数。门座起重机由于臂架的幅度及旋转角度的改变，引起支腿的压力变化。因此，要在最不利工作条件下或最不利非工作条件下算出支腿最大腿压，从而求出最大轮压，最大轮压不能超过码头的承载能力。则受到起重机金属结构强度及刚度的限制。十、外形尺寸 在这里仅以10t港口门座起重机为例。门座起重机的外形尺寸是指起重机外部的轮廓尺寸，主要包括最小幅度时起重臂最高点距轨道顶面的尺寸、最大幅度时起重臂最远点距旋转中心线的尺寸、尾部旋转半径尺寸、门架净空尺寸、司机室高度以及在一条运行轨道上运行机构台车的边缘长度等（见图1-1）。图1-1 M1030门座起重机总图 电缆卷筒；2.转柱；3.门座；4.转台；5.机器房；6.起重量限制器；7.变幅机构；8.臂架系统；9.防转装置；10.吊钩装置；11.抓斗稳定器；12.抓斗；13.司机室；14.回转机构；15.起升机构；16.运行机构第二章 门座起重机的起升机构第一节 起升机构概述 一、起升机构任务 任何起重机械都是依靠起升机构升降货物的。起升机构是起重机不可缺少的工作机构，没有它就不能称其为起重机了。起升机构是最重要的机构，并且它的工作好坏将直接影响到整台起重机的工作性能。 起升机构通常有以下几个方面的任务： （1）从地面上起升重物以及把重物从空中放回到地面上，与其他机构配合实现货物的位移。 （2）机构能够以各种不同的速度起升和下降重物。 （3）能够在起升运动状态和下降运动状态下制动，使货物停留在空中任意位置。 （4）在电动机突然断电的情况下，重物能够悬在空中。 （5）当电机通电后，悬空状态下的重物，能够继续起升或下降，整个机构恢复正常工作状态。 二、起升机构的组成 起升机构主要由下列部分组成：驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动装置和辅助装置。 起升机构的驱动装置是指用来实现货物升降的原动机。在电动起重机械中，驱动装置就是电动机。 传动装置是用来联系原动机与卷筒的，并使其具有高转速、小转矩的原动机的动力转变为低速、大转矩驱使卷筒转动的装置。其任务是传递转矩和速度。起重机械主要采用的是机械传动，根据起重量的大小采用开式传动和闭式传动两种。三.起升机构工作原理电动机通过联轴节与减速器的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒，将钢丝绳卷入或放出，经过滑轮系统，使吊钩实现上升或下降。机构停止工作时，制动器使吊钩连同货物悬吊在空中，吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。图2-4 起升机构构造简图1-电动机；2-联轴节；3-制动器；4-减速器；，钢丝绳；6吊钩组；7-卷筒第二节 起升机构钢丝绳的卷绕方式 根据起重机起重量的不同或用途不同，各种起重机的起升机构钢丝绳卷绕方式差别很大，归纳起来有如下几种。 根据起升机构卷绕系统中的钢丝绳根数的不同，可将起升机构卷绕方式分为单绳卷绕、双绳卷绕、四绳卷绕3种类型。 单绳卷绕系统中只有一根钢丝绳。卷绕在卷筒上的钢丝绳经过导向滑轮后与取物装置连接起来，实现货物的升降。为了提高起重量和增大整个起升机构传动系统的速比，通常在卷绕系统中加人滑轮组。 双绳卷绕系统中有两根钢丝绳，它有两种卷绕形式：一种是两根钢丝绳缠绕在一个双联卷筒上；另一种是两根钢丝绳分别缠绕在两个独立的卷筒上（见图2-5）。上海港机厂生产的M1030型门座起重机起升机构就是这种形式。前者结构紧凑、经济，通常应用在桥式起重机中；后者多用在吊钩、抓斗两用的起重机中。图2-5 双绳卷筒卷绕系统示意图 第三节 起升机构的总体布置 起升机构的总体布置是受其工作特点、使用环境和使用要求制约的。在港口装卸生产中，杂货码头要求必须有吊钩、抓斗两用的起升机构，散货码头要求有抓斗的起升机构。此外，起升机构的总体布置在很大程度上取决于驱动装置的形式。 起重机的驱动形式可分为两类：集中驱动（由一台原动机带动几个机构）与分别（单独）驱动（每个机构有各自的原动机）。 目前，集中驱动只用于以内燃机为原动力的流动式起重机，其构造特点是传动装置与操纵系统复杂；分别驱动通常用于供电方便的起重机，因各机构用单独的电动机驱动，它的优点是布置方便，安装和检修容易。港口所用的门座起重机起升机构采用的就是分别驱动形式。下面介绍几种主要的起升机构布置。 、吊钩、抓斗两用起升机构 这种起升机构既适用于吊钩又适用于抓斗两种要求，最常用的是独立驱动的双电机起升机构。它是由两套完全相同的普通起升机构组成的。使用吊钩时，两套独立的起升机构同时升降，带动吊钩升降。使用抓斗时，其中一套作为起升绞车带动起升卷筒；另一套作为闭合绞车带动闭合卷筒。图2-7示出上海港机厂生产的吊钩、抓斗两用的M1030型门座起重机起升机构布置简图。图2-7 M1030型门座起重机起升机构简图1-制动器；2减速器；3联轴节；4电动机；5-卷筒 二、吊钩起升机构 吊钩起升机构是最普通最常用的起升机构。其工作原理前面已介绍过，这里不再叙述。下面仅就多速起升机构做一介绍。在港口装卸生产中，需要大量的通用吊钩、抓斗两用门座起重机。但是为了适应各种货种装卸要求，常备用特殊起升机构的起重机，多速起升机构就是其中的一种它能根据不同重量的货物，在不同工作幅度内以不同的起升速度工作。改变工作速度通常有两种方法：一种是直接控制驱动电机-电气方法；另一种是机械传动方法，通过改变速比达到变速。下面介绍后一种港口常用的方法。变速齿轮箱： 它的构造及原理与汽车的变速器相似，只是通常只有两个速度，构造较简单。通常用离合器或滑动齿轮转换速度，转换只能在无载的条件下进行。应当装设闭锁装置，保证在有载的条件下不能进行转换，以免离合器或滑动齿轮脱开时发生货物坠落的事故。 三、抓斗起升机构双电机驱动：由两套相同绞车组成的抓斗起升机构 为了使用双绳抓斗，起升机构必须具备两套相同的绞车，分别驱动抓斗上的两根钢丝绳的运动（见图2-9）。其中起升绳连接在抓斗的头部，用来保持抓斗的位置，闭合绳则卷绕在抓斗内的滑轮组后固定在抓斗的下横梁上。这种结构在门座起重机、等大型起重机械中普遍采用。其工作原理是：电动机通过联轴节与减速器的高速轴相图2-9 双电机驱动示意图（a）-卷筒；2-定滑轮；3-钢丝绳；4-导向滑轮；5-抓斗；6-动滑轮；7-吊钩（b）1-制动器；2-减速器；3-联轴节；4-电动机；5-卷筒；6-限位器连，减速器的低速轴与卷筒相连。当电机通电旋转时，通过联轴节、减速器，带动卷筒旋转，将缠绕在卷筒上的钢丝绳卷进或放出，从而实现货物的上升或下降。当机构停止工作时，制动器将使吊具连同货物悬吊在空中。货物的升降是靠电动机改变转向来达到的。当超载或超起升高度时，超负荷限制器将使电动机自动断电，起到安全保护作用。 图2-10示出抓斗工作中起升绳与闭合绳张力变化的情况。在抓取结束开始起升时，闭合绳的张力为满斗全部重量，即GQ。在起升过程中，电动机的负荷特性使两电动机的负荷趋于均匀， 图2-10 工作中起升绳张力变化S1-起升绳；S2-闭合绳；G-抓斗重量；Q-货物重量；K-动载系数使起升绳与闭合绳的张力趋于相等，各为1/2（GQ）。在开斗卸料的初始阶段，起升绳张力略有升高，但随后即降至等于空斗重量G，而闭合绳的张力则由1/2（GQ）直线下降至松弛状态。四抓 斗抓斗是一种全自动的取物装置，它的抓取与卸料动作完全由起重机司机操纵，并依靠机械的力量自动进行，不需要任何辅助人员协助，避免了繁重的体力劳动，同时也节省了辅助时间，大大提高了装卸生产率。因此，抓斗是港口装卸作业中十分重要的取物装置。抓斗除用来装卸大量的散粒物料外，还用来抓取圆木、废钢等非散粒物料。它被广泛地用于港口。抓斗自重较重，抓斗起重机的起重量等于抓斗自重与抓取物料重量之和，一般情况下抓斗自重与抓取物料重量接近。因此，抓斗的主要缺点是自重较重。 一、抓斗的种类 1，根据抓取物料的不同，抓斗可分为矿石抓斗、废钢抓斗、煤炭抓斗、粮食抓斗、圆木抓斗等。但通用的标准抓斗则根据抓取物料的容量V分为：轻型抓斗（V1 200 kg/m3、中型抓斗（V12002 000 kg/m3）、重型抓斗（V20002 600 kg/m3）及特重型抓斗（V2600kg kg/m3）。 2根据颚板数目的不同，抓斗可分为：双颚抓斗和多颚板抓斗（或多爪抓斗）（见图6-9）。多颚板抓斗颚板数为3个以上，大多数颚板数做成6个。双颚抓斗主要用来抓取容量较小的散粒物料，如粮食、煤炭等。多颚板抓斗主要用来装卸容重大或外形尺寸大的货物，如大块矿石、废钢等。图6-9 抓斗a-双颚抓斗；b-多颚抓斗 3根据结构和操作特点，双颚抓斗可分为双绳抓斗、四绳抓斗。其中最常用的是双绳抓斗，它生产率高，但需要配备两套起升机构；四绳抓斗需要两套双联卷筒起升机构。 下面叙述双绳抓斗的构造和工作原理（四绳抓斗工作原理与双绳抓斗相同）。 二、双绳抓斗的构造和工作原理 双绳抓斗是由抓斗头部、撑杆、下横梁、颚板所组成的。颚板对称地分别与下横梁和撑杆铰接，整个抓斗悬挂在两根钢丝绳上，这两根钢丝绳分别叫做起升绳和闭合绳。起升绳和闭合绳经过滑轮绕在与之相对应的两个卷筒上，也就是起升卷筒和闭合卷筒。双绳抓斗的抓取与卸料动作是利用这两个卷筒及两根钢丝绳来操纵的，其中起升绳直接固定在抓斗的头部，闭合绳以滑轮组的形式绕于头部和下横梁之间（倍率通常为26），尾端固定在头部或下横梁上。抓斗的作业环境恶劣，在工作时受到强烈冲击和严重磨损，因此要求具有良好的韧性和耐磨性。 颚板通常用钢板制成，为了增强刚性和耐磨性，边缘用厚钢板加强，刃口最好采用高锰钢ZGMn13制成。刃口一般是平直的，只有抓取难抓的物料（如大块物料或坚实的料堆）时，才装上高锰钢的钢爪。钢爪可以是焊死的，也可以制成铆接或螺栓连接的。对于抓取粮食的抓斗，为了避免泄漏，刃口制成搭接式的。 撑杆承受压力，因此要求它有足够的断面尺寸。由于撑杆重一些对于抓取性能是比较有利的，通常都用实心圆钢或方钢制成。在力求减轻抓斗自重的情况下，也可以采用厚壁管或由两个角钢或槽钢焊成方管。 图6-10示出双绳抓斗的工作原理图。其工作循环可分为四步进行。图6-10双颚抓斗工作过程第一步：抓斗以张开状态下降到货堆上，见图6-10（a）。这时起升绳和闭合绳以同样速度下降，抓斗完全张开。空抓斗的重量完全由起升绳来承担。第二步：抓取物料，见图6-10（b）。这时起升绳不动，闭合绳上升（向起升方向开动闭合卷筒），抓斗逐渐闭合。在自重作用下，抓斗插入料堆，抓取物料。第三步：载货上升，见图6-10（c）。起升绳和闭合绳同步上升，抓斗完全闭合，把满载的抓斗升到预定的高度，此时应注意闭合绳的速度不低于起升绳的速度，以免抓斗在升高过程中有自动开斗卸货现象的发生。在这个步骤的初期，载货抓斗的全部重量由闭合绳承担，然后载荷由两根绳平均分担。第四步：开斗卸料，见图6-10（d）。起升绳不动，闭合绳下降，颚板逐渐张开，物料卸出。此时，载货抓头的全部重量均由起升绳承担，抓斗在下横梁、颚板、货物重量的作用下，自动张开并将货物卸出。 依次经过四个步骤，抓斗即完成了一个工作循环，重新处于准备抓货的状态。总之，起升绳与闭合绳以相同速度同时上升或下降时，抓斗就保持一定的开闭程度起升或下降；当起升绳不动，闭合绳下降或上升则使抓斗打开或闭合。其动作如表6-4。表6-4抓斗状况空中张开逐渐闭合满载上升逐渐张开起升绳下降下降同步不动上升上升同步不动闭合绳上升下降双绳抓斗的起升绳与闭合绳常常成双布置，使抓斗工作时更稳定，抓斗不易打转，同时钢丝绳直径较细，可使卷筒和滑轮直径随之减小，这时共有4根钢丝绳，称为四绳抓斗。其工作原理与双绳抓斗是一样的。变幅机构是用来实现臂架俯仰，以改变工作幅度的机构。它主要有两个方面的作用：一是在满足起重机工作稳定性的条件下，改变幅度，以调整起重机有效起重量或调整取物装置工作位置；二是在起重量的最大幅度与最小幅度之间运移货物，以扩大起重机的作业范围。港口装卸用门座起重机变幅机构的作用主要是指后者，它与其他机构联合作业，实现货物的运移。港口门座起重机的变幅机构为摆动臂架式变幅机构。主要由摆动臂架、驱动装置、传动装置、制动装置所组成。此外，还有操纵设备、安全装置等。二、对工作性变幅机构的要求 为了适应工作性变幅的需要，变幅机构应满足下面两点要求：1载重水平位移 使载重在变幅过程中沿水平线或接近于水平线的轨迹移动。2臂架自重平衡 使臂架系统的总重心高度在变幅过程中保持不变或变化很小。第二节 载重水平位移的补偿原理 为使载重在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动，可以采用多种形式来达到，但基本上可以归纳为两种类型：起升绳补偿法和组合臂架法。在这里主要向大家介绍一下港口常用的组合臂架法。组合臂架法的基本原理是：采用组合式臂架，依靠组合臂架端点在变幅过程中，沿水平或接近水平线的轨迹移动，从而使载重在变幅过程中的高度不变或变化很小。 组合臂架法最常见的有两种：刚性拉杆式组合臂架和挠性拉索带曲线形象鼻架式组合臂架。港口装卸生产使用的门座起重机大多采用刚性拉杆式组合臂架四连杆机构。图3-1 刚性拉杆的组合臂架补偿原理 图3-1所示为采用刚性拉杆式组合臂架来使载重水平变幅的补偿原理图。组合臂架是由主臂架、直线型象鼻架和刚性拉杆三部分组成的。连同机架ea一起考虑，组合臂架实际上构成一个四连杆机构。其补偿原理是：当臂架摆动时，象鼻架端部滑轮的轨迹是一个双叶曲线，如果臂架系统的尺寸和支点e、a的位置选择适宜，则在双叶曲线中相当于起重机有效工作幅度的ef部分，接近一水平线。因此，臂架端点在变幅过程中，接近于水平线移动。此时，如果起升绳平行于主臂架（或刚性拉杆）布置，则在变幅过程中，起升绳的各部分长度均不发生变化，从而实现载重接近于水平线移动。这种方案的主要优点是：臂架下的工作空间较大，钢丝绳的悬挂长度不变，货载摆动现象减小。其缺点是：臂架为葙型结构，自重较重，结构复杂，迎风面积也较大，在变幅过程中，臂架难以沿严格的水平线变幅。第四节 变幅机构的传动形式 为使臂架绕其铰轴摆动来改变起吊货物的位置，就必须有一套专门的驱动机构。图3-5为齿条传动的变幅机构简图。臂架直接由齿条推动，齿条则由装设在机器房顶上的电动机通过一个封闭式的三级圆柱齿轮减速器减速后，带动一个小齿轮，由小齿轮的旋转运动驱动齿条做直线运动，从而推动臂架绕其轴心摆动。对于较大型的起重机，齿条常制成针齿的形状，以便制造和维修工作。图3-5 齿条传动的变幅机构驱动简图1-电动机；2-液压推杆制动器；3-圆柱齿轮减速器；4-齿型连轴节；5-齿条 因为在变幅时振动和冲击都较大，所以在齿条头部装设橡胶缓冲装置或液压缓冲装置。另外，为了避免由于齿条超程而使臂架脱落，确保变幅机构安全工作，齿条在变幅有效区段内两端都设有行程开关。 这种传动方式的主要优点是：结构紧凑，重量轻，可以双向受力，效率高。缺点是：因为存在齿间间隙，起、制动时有冲击；齿条传动是开式传动，工作条件差，所以齿面易磨损。 这种传动方式由于可以在效率较高的前提下，获得相当紧凑的结构，因而，在工作性变幅机构中得到广泛的应用。第四章 起重机的旋转机构第一节 旋转机构概述 旋转机构是用来支承旋转部分重量，并驱使旋转部分相对于不旋转部分做旋转运动的工作机构。它的作用是使被起吊的货物围绕起重机的旋转中心做旋转运动，以达到在水平面内运移货物的目的。旋转机构是起重机的主要工作机构之一。它只有与其他机构配合作业，才能将货物运送到起重机工作空间范围内的任何地方。当单独用旋转机构工作时，己被起吊的货物移动范围只是一个狭窄的圆环面（图4-1（a）；当旋转机构和变幅机构、起升机构联合作用时，其工作范围是环形圆柱体空间，在平面内是一个较宽的圆环（图4-1（b）；当旋转机构与运行机构、起升机构联合作用时，其工作范围扩大到相当大的空间（图4-1（c）。图4-1 旋转机构工作空间示意图起重机的旋转机构，不论其结构如何，均是由旋转支承装置和旋转驱动装置两部分所组成的。旋转支承装置是用来保证起重机的旋转部分和不旋转部分的对中，并把旋转部分的力（包括垂直力、水平力和倾翻力矩）传递给起重机的不旋转部分的装置。旋转驱动装置是实现起重机旋转部分相对于不旋转部分转动的执行机构。图4-2 具有转柱式旋转机构的门座起重机简图1-机房；2-转柱；3-上支承环；4-下十字横梁；5-门腿 图4-2为具有转柱式旋转机构的门座起重机结构简图。它的旋转部分由臂架系统、机房和转柱等组成，与转盘式旋转支承装置的旋转部分相比多了一个转柱；不旋转部分是由上支承环、下十字横梁和门腿组成的门座。在转柱上，与上支承环相应的位置设置滚轮，滚轮与装在不转的上支承环内的滚道组成上支承装置。转柱下部在与下十字横梁连接的地方，装有向心轴承和推力轴承，组成转柱的下支承装置。旋转部分依靠上、下支承装置支承在门座上。垂直载荷由下支承的推力轴承承受，倾翻力矩和水平力由上支承的水平滚轮和下支承的向心轴承承受。旋转部分相对于不旋转部分的旋转，同样是靠安装在机房内的旋转驱动机构驱使与固定在门架上的大齿圈啮合的小齿轮绕大齿圈做行星式的转动来实现的。第三节 旋转驱动装置的结构形式 旋转驱动机构是用来实现起重机旋转部分相对于不旋转部分转动的动力和速度的传动装置。这种装置能满足起重机低速正反转、制动平稳、安全可靠的要求。从受力方面考虑，旋转驱动机构必须克服如下阻力矩：一是旋转支承装置中的摩擦阻力矩；二是风阻力矩；三是由道路坡度或浮船倾斜造成的旋转阻力矩。 旋转驱动机构的形式和构造，主要是根据起重机的用途、工作特点、起重量的大小来确定的。在实际中应用最广泛的是机械驱动。它是由下列部分组成的：原动机、联轴节、制动器、减速器和最后一级齿轮传动。为了保证旋转机构的可靠工作和防止过载，在传动系统中一般还装设极限力矩联轴节。原动机采用电动机。 根据所采用的原动机、减速器及驱动元件的不同，机械驱动的旋转机构有以下几种主要驱动形式：卧式电动机-带制动轮的联轴器-制动器-带极限力矩联轴器的涡轮蜗杆减速器-最后一级大齿轮传动；立式电动机一联轴器一水平安装的制动器一轴线垂直布置的立式减速器（可带极限力矩联轴节）一最后一级大齿轮传动；卧式电动机一极限力矩联轴器一制动器一圆柱圆锥齿轮减速器一最后一级大齿轮传动等。港口门座起重机大多采用立式电动机-联轴器-水平安装的制动器-轴线垂直布置的立式减速器（可带极限力矩联轴节）-最后一级大齿轮传动。图4-8 采用立式电机的旋转驱动机构 图4-8示出具有这种形式的传动图。采用这种方案优点是平面布置紧凑，占据机房平面面积小，且传动效率高。立式减速器可以采用二级或三级圆柱齿轮传动、圆柱行星齿轮传动、摆线针轮行星传动、少齿差行星传动或谐齿轮传动等新型传动装置。极限力矩联轴节设在第一级齿轮传动的大齿轮上，为保证足够的摩擦力矩，不使中间轴的轴承受过大的轴向力，上、下摩擦锥体安装在第一级齿轮传动的大齿轮的齿圈内侧。 这种传动方案是起重机旋转机构比较理想的驱动方式，在大型起重机中已得到了广泛的应用。为了使传动元件受力合理，降低尺寸，常采用两套驱动机构，用两个行星齿轮驱动。上海港机厂制造的M1030型门座起重机和一些进口门座起重机均采用了这种驱动形式（图4-9）。图4-9立式电机驱动机构 1-螺钉；2-螺丝；3-连接螺钉；4-底盘；5-下支承座；6-套筒；7-球面支承垫圈；8-球面支承座圈；9-曲形枢轴；10-轴承垫圈；11-顶块；12-顶丝；13电缆导管第五章 起重机的运行机构第一节 运行机构概述在装卸作业中，往往要求起重机能够调整工作位置，改变工作地点，以扩大作业范围，提高装卸效率。因此，在起重机中通常都装有运行机构，运行机构的任务是使起重机做水平运动。 运行机构按照结构特点分为无轨运行机构和有轨运行机构两大类。港口装卸用门座起重机运行机构均为有轨运行机构。有轨运行机构起重机可沿着铺设的钢轨上运行。 由于这种运行机构的车轮和轨道都是钢铁制成的，故其运行阻力小，承载能力大，结构紧凑。尽管与无轨运行机构相比较工作范围受到轨道的限制，但是仍是港口起重机的主要运行形式。 门座起重机的运行机构属非工作性运行机构只是用来调整起重机的工作位置。 运行机构的工作速度随起重机的用途确定。非工作性运行机构为了筒化结构，减轻自重，通常采用较低的运行速度。 门座起重机运行机构的驱动形式是由独立的驱动装置分别驱动各个支点上的车轮。因为这种驱动结构简单，布置方便，在港口起重机械运行机构中获得了广泛的应用。 运行机构不论是何种结构，都是由运行支承装置和运行驱动装置两大主要部分组成的。运行支承装置的机械部分对于有轨运行机构起重机主要是均衡梁、车轮和轨道。运行驱动装置包括电动机、减速器与制动器等。 第三节 运行驱动装置 有轨式运行驱动装置主要包括原动机、制动器、联轴节、传动装置等。有轨运行起重机的运行机构大多数采用电动机驱动。为适应起重机运行机构重复短暂周期性工作的特点，与其他机构一样，交流电驱动的起重机其原动机也采用起重和冶金机械专用的三相交流异步电动机，型号为绕线式异步电动机JZR或鼠笼式异步电动机。前者由于其转子电阻可以调节，因此起动电流不大，且便于调速，故获得广泛应用。后者构造简单，价格便宜，但起动电流大，不便于调速，且不能承受较大的起动次数，因此，一般仅在功率不大或工作不十分繁重的情况下使用。 为使起重机迅速准确地停车，运行机构中必须安装制动器。常用的制动器为JWZ型交流短行程双磁双块制动器，靠弹簧上闸，电磁铁松闸。YWZ型电动液压推杆双瓦块制动器也得到广泛应用，它是靠弹簧上闸，电动液压推杆松闸的。与前者相比，后者具有制动平稳、工作可靠、制动力矩大、外形尺寸小等突出优点，被广泛地应用在各种港口起重机中。 门座起重机运行机构联轴节多数使用弹性柱销联轴节，且与制动轮制成一体，这样大大地缩小了整体尺寸，结构紧凑。制动轮一般安装在电动机的高速轴上，因高速轴所需制动力矩小，制动器可得到较小的尺寸。 传动装置主要采用圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动、蜗轮蜗杆减速器加开式齿轮传动、三合一减速器传动等。 门座起重机上常用的传动装置为蜗轮蜗杆减速器加开式齿轮传动。图5-3为港口常见的门座起重机运行机构布置图。这种方案由于采用蜗轮蜗杆传动，因此传动效率较低，且沿轨道方向的尺寸较大。为了获得结构紧凑、传动效率高的驱动形式，近年来，图5-3 门座运行机构1-电动机；2制动器；3蜗轮蜗杆减速器；4-主动车轮；5从动车轮均衡架；6-防风夹轨器在进口门座起重机的运行机构中，出现了“三合一”减速器，即将电动机、减速器、制动器三件合为一体。其优点是体积小，重量轻，结构紧凑，安装方便，外形美观。目前，国内正在研制这种减速器。这种减速器采用立式电动机驱动，通过带有一级圆锥齿轮传动的减速器，再经一级开式齿轮传动的驱动方案。第六章门座起重机的安全装置第一节防风锚定装置防风锚定装置是大型起重机的一种重要安全保护装置，它的作用是将起重机牢牢地固定在作业场地。港口起重机均在露天场地或码头前沿作业，经常承受风载荷作用。由于起重机结构庞大，迎风面积大，承受的风载荷也就很大，很容易在风力作用下移动滑行。如果不采用必要的安全保护措施，就有被损坏甚至被吹翻的危险。国内外大型起重机由于没有防风锚定装置，被大风吹走，滑移、碰击到轨道端部后倾翻的事故很多。因此，露天作业的大型起重机械必须装设防风锚定装置，以便随时将起童机固定起来，防止被暴风吹走。一、防风锚定装置的种类 1.根据作用方式，分为自动作用与非自动作用两大类 自动作用的防风装置在起重机停止运行或断电时自动地将起重机止住。这样的防风装置能在突然的暴风情况下起到保护作用。它操作方便，只要按控制按钮即可。但它们一般都有构造复杂、自重重、成本高等缺点。非自动防风装置（一般多为手动的）构造简单，重量轻，紧凑，价廉，容易维修。但操作麻烦，费力费时。2.根据工作原理不同分类分为即防风固定装置、防风压轨器和防风夹轨器3类。 二、常用防风锚定装置简介1.防风锚定装置该装置是将起重机与作业场地地面连接起来，构造简单，安全可靠。但与场地连接部位，必须在修建码头时同时造好。典型的结构形式见图8-1。使用时需4套装置，分别安装在大车运行机构的4条腿上同时使用。图8-1（a）为插销装置（大型起重机常用插板代替插销，并且用杠杆来插入与插出）。插销装置应沿轨道场地上两侧每隔一定距离装设下个，以便在大风来到时能及时将起重机锁住。图8-1 防风锚定装置（a）插销装置；（b）链条式锚定装置；（c）插板装置图8-1（b）为链条式锚定装置。它利用链条将起重机与地面固定点连接起来，达到固定起重机的目的。 2.手动胶楔 手动胶楔是一种简单、有效的防风工具，将它插入车轮和道轨之间，当起重机受风力移动后，车轮滚上胶楔，使车轮与轨道间的滚动摩擦变成胶楔与轨道间的滑动摩擦，阻力增大，阻止门座起重机继续移动。手动胶楔的缺点是需要靠人工插入和拔出，使用不方便，另外它与运行机构没有电器联锁，有时会因失误造成事故。3.楔块式防爬器压力轮固定在起重机上，其下部有凹型楔块，它们之间有一定间隙。凹型楔块通过挠性件挂在上端的电动推杆（或电动液压推杆）上，当运行电动机工作时电动推杆也工作，将楔块提起离开轨面，使之与压力轮相接触，此时，起重机可以正常运行；当起重机停止运行时，电动推杆反转使楔块放下（若采用电动液压推杆，此时楔块在自身重力作用下），落在轨面上，与起重机呈浮动连接。当起重机在风力作用下移动时，楔块不动，压力轮将沿着楔块斜面爬坡，压力轮对楔块的垂直压力使楔块与轨面产生摩擦力，当摩擦阻力能平衡风力时，起重机就停止移动。楔块提起和放下时与运动机构通过限位开关联锁，以保证防爬器正常工作并防止运行机构误动作。楔块防爬器构造简单，制造成本低，可靠性高，特别是当轨道低于码头平面时，夹轨器无法工作，它却可以正常工作。但是，它与胶楔一样，当有台风时，起重机仍可能与楔块一起沿轨面滑动，故必须安装其它防风锚定装置。第二节 超负荷限制器起重机的工作负荷是一个确定的数值，作业过程中货物的重量不能超过额定负荷值，否则就可能造成机损、货损及人身伤亡事故。那么，怎样保证起吊的货物重量不超过额定起重量呢？现在国家劳动安全部门已经明确规定，在大中型起重机械上必须装有防止起重机超载作业的安全装置。这就从根本上消除了超负荷作业的隐患。防止起重机超载作业的安全装置有两种：一种是起重量限制器（即超负荷限制器）；另一种是起重力矩限制器。后者用于臂架类起重机中。随着幅度的增加，允许的起重量减少。港口装卸门座起重机的起重量一般不随幅度变化，故很少应用。现仅就港口装卸门座起重机使用的超负荷限制器介绍如下。一、超负荷限制器的种类 超负荷限制器种类很多，按工作原理主要分为机械式和电子式2种。机械式主要有杠杆式、偏心式和凸轮式3种。这3种装置的工作原理相同，即载荷直接或间接地作用于杠杆或者偏心轮、凸轮上，当引起的力矩超过事先调整好的阻力矩时，缓冲装置活塞杆受力运动，从而碰撞限位开关，使起升机构断电，达到停车的目的。电子式超负荷限制器使用半导体和微型电子计算机等元件。它的工作原理主要是：通过压力传感器来采集信号样本，即将载荷信号变为电信号，经过运算处理。当载荷分别达到额定起重量事先调定的某些数值时，超负荷限制器分别发出预报和报警信号，最终通过控制电路自动切断起升电源，迫使起升机构停止工作。机械式超负荷限制器构造简单，但有体积大、重量大等缺点，大多数装在中小型起重机上。电子式超负荷限制器具有集成化，调整方便，体积小等特点。此外，电子式超负荷限制器较之机械式超负荷限制器反应灵敏，安装方便。二、典型机械式超负荷限制器简介1.杠杆式超负荷限制器图8-2 杠杆式超负荷限制器1起升钢丝绳；2-压绳滑轮；3-连杆；4-推杆；5-弹簧装置；6-起负荷开关；7-缓冲油缸图8-2示出国产M1030门座起重机上采用的杠杆式起重量限制器结构简图。其原理是：起升钢丝绳1从起升卷筒松出后，经过压绳滑轮和导向滑轮，最后与吊钩装置或抓斗连接。当吊重超负荷时，钢丝绳压向压绳滑轮，压绳滑轮滑转，迫使连杆3向下转动，连杆一端与推杆4相连；当连杆向下转动一角度时，推杆克服弹簧力作用也相应下降一段距离，碰断超负荷终点开关，从而使起升机构停止运转，货物就不能上升，达到控制起重量超负荷的目的。2.PCI-1002超载限制器我港门座起重机多采用杭州新华仪表厂生产的PCI-1002超载限制器。其主要原理是该仪器配以电阻应变片式荷重传感器，能在起重设备承载到额定值的90时，发出声光报警信号，提示操作人员不要超载。若负荷继续上升到额定值的110时，仪器发出控制信号，强制切断起重设备上升机构的电源，达到保护人身安全和设备安全的目的。PCI-1002超载限制器具有如下特点：1）高可靠设计，使得仪器能在恶劣环境中长期稳定使用；2）优异的动载适应性；3）清晰的数字显示，使得操作人员随时了解起重机械的载荷情况；4）调整周期可长达一年以上；技术指标1）电源电压：AC220V 20%+20%2)功率: 10VA3)传感器类型:电阻应变片式荷重传感器、100传感器阻抗700、灵敏度:0.5mV/V3.5mV/V4)传感器激励电源:DC10V,最大负载电流100mA,短路保护5)显示方式:31/2位LED 显示6)综合误差: 100db, 串模抑制比60db8)继电器触点输出:AC220V 0.1A或48V 0.5A9)工作环境温度: 20+6010)外形尺寸:高220mm*宽145mm*深75mm11)重量:2.1kg12)调整期:大于12个月按照使用说明书调试校准后, PCI-1002超载限制器即可投入正常工作。第三节 限位装置 起重机在作业过程中，难免有司机操作失误、控制失灵的现象发生。为了避免这类事情的发生，必须在各个机械中装设保护装置-限位装置。常用的限位装置有如下几种。一、行程限位器行程限位器就是一个行程开关。行程开关用在各种控制电路中，作为控制运动机构的行程，变换其运行方向或速度之用。如在门座起重机中，起升高度和下降深度的极限位置的限位，起重臂的增幅与减幅的极限位置的限位，都是采用行程开关来完成的。各种行程开关尽管其外形和内部接线各有不同，但基本结构和工作原理是相同的。图8-3 行程开关示意图（a）行程开关外形图（b）行程开关结构图1-常闭触头；2-常开触头；3-触桥；4-复位弹簧；5-推杆 图8-3分别示出行程开关外形图和行程开关结构图。行程开关都有一个封闭的铁壳，里面各有一副或几副常开和常闭触头。动触头与推杆相连，静触头装在胶木座上，当推杆被运动机构的撞块推动时，使常闭触头断开（常开触头闭合），从而切断（或接通）某控制电路，使电动机断电，或者改变转向及速度。当撞块作用消失，推杆在弹簧作用下恢复原来状态。二、起升高度限位器起升高度限位器的作用是防止司机操作疏忽或其他原因而使吊钩过卷扬，从而保证起重机在设计许可的起升高度范围内工作。吊钩过卷扬时，可能拉断起升钢丝绳使吊钩与重物一起落下，或者挤碎滑轮，也可能使起重臂后倾，甚至发生起重机倾覆的事故，造成重大损失。因此，规定起重必须装有起升高度限位器，使吊钩起升到一定高度时能自动切断电动机电源而停止工作。在门座起重机上还装有下降深度限位器，保证钢丝绳在卷筒上留有一定的安全圈数（一般为23圈）。起升高度限位器有几种类型：压绳式限位器、螺杆式限位器和重锤式限位器。1压绳式限位器图8-4 压绳式限位器1-卷筒；2-起升绳；3-小滑轮；4-光杆；5、6-起升、下降限位图8-4是压绳式限位器工作原理图。起升钢丝绳卡在小滑轮槽中，小滑轮套在光杆上，沿光杆两端装有行程开关，位置可以调节。当吊钩起升或下降时，起升钢丝绳沿卷筒左右移动，钢丝绳带动小滑轮沿光杆左右移动，当达到起升（或下降）极限位置时，小滑轮碰到起升限位开关（或下降限位开关）的推杆，而使常闭触头断开，切断电源接触的线圈电路，电动机断电停止工作。 2.螺杆式限位器图8-5 螺杆式限位器1-卷筒轴；2-卷筒限位支板；3-方头螺杆；4-固定光杆；5-移动螺母；6-限位开关；7-调整螺母；8-外壳图8-5为螺杆式限位器的原理简图。方头螺杆的方头套在卷筒的轴端方孔内。当卷筒旋转时，螺杆也随着转动，与螺杆啮合的螺母由于光杆的导向作用，沿螺杆轴向左右移动。当取物装置上升到极限位量时，螺母触动限位开关的推杆，使常闭触头断开，切断电路，电动机停止工作，从而达到控制起升高度的目的。如需改变起升高度，只要调整螺母到限位开关的距离即可。3重锤式限位器图8-6 重锤式限位器1-重块；2-限位开关；3-挡板；4-角钢；5-重锤图8-6为重锤式限位器原理筒图。重块1由于本身的重量将限位开关的右活动臂压在挡板3上，使开关的触头处于闭合状态。重块1的位置用套环来固定，套环套住吊钩的钢丝绳。当吊钩升到最高位置时，角钢4碰到重块1，并将它托起。这时由于开关在活动壁上重锤5的作用，使杠杆转过一个角度，闭合触头断开，切断控制电路，使电动机停止工作。