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门座起重机专业知识
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
1 / 42
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
2 / 42
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 M10-30 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)
起升高度(m) 吊钩
抓斗
10
25
16
3 / 42
幅度(m)最大
最小
轨距(m)
基距(m)
起升速度(m/min)
变幅速度(m/min)
回转速度(r/min)
运行速度(m/min)
电 动 起升
机 型 变幅
号回转
运行
最大轮压(KN)
起重机最大高度(m)
起重机总重(t)
30
8.5
10.5
10.5
60(最小下降 3.5)
52
1.48
27
JZR 72-10
2
JZR 52-8
2
JZR 51-8
2
JZR 31-6
2
221
45
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。
4 / 42
表 1-2 门座起重机重量系列(JB773-65)
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:
16/10-9~22/30。
意为在
9~22m 幅度内起重量为 16t,在 9~30m 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
5 / 42
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 和 H 表示,H
上下
上
十 H =H。
如 M10-30 门座起重机起升高度 H 为 43 m,其中轨面以
下
上起升高度 H 为 28m,轨面以下起升高度 H 为 15m。
在确定起重机
上下
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(JT5001—75)
起重量(t)
3
5
10
16 25
工作幅最大
度(m)最小
25
7
25
8
30
9
25
8
30
9
30
9
起升高轨面上22
22
25
22
28
28
6 / 42
度(m)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 ”表示。
升
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:
Q·V =常数
升
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 表示。
旋
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 ”表示。
变
门座起重机的变幅速度一般控制在 O.75~0.92m/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 ”表示。
行
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
7 / 42
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 0.33~0.5m/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:
A=n·Q
平
对于散货:
A=n·V·r·φ
式中:
n---每小时循环次数;
Q ---每次吊运货物的平均重量,t;
平
φ---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,t/m3
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 10.5m 的。
8 / 42
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 M10-30 门座起重机,基距和轨距就是相等的,都是 10.5m。
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)。
9 / 42
图 1-1 M10-30 门座起重机总图
⒈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
10 / 42
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。
11 / 42
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;,
⒌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 M10-30 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
12 / 42
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
13 / 42
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
M10-30 型门座起重机起升机构布置简图。
图 2-7 M10-30 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
14 / 42
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
15 / 42
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 G+Q。
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
S -起升绳;S -闭合绳;G-抓斗重量;Q-货物重量;K-动载系数
12
使起升绳与闭合绳的张力趋于相等,各为 1/2(G+Q)。
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(G+Q)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
16 / 42
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(V<1 200 kg/m3、中型抓斗(V=1200~2
000 kg/m3)、重型抓斗( V=2000~2 600 kg/m 3)及特重型抓斗( V
>2600kg 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
17 / 42
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
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