王磊
浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310020
摘要：因为门式起重机工作功能、性质，其主要作业于宽阔的露天施工现场。并随着我国机械领域研发力度的不断增强，创新型改进门式起重机结构中的核心部位大幅度提升了其作业成效与质量，可以作业的工作范围也随之得到了进一步扩大，现已成为建筑工程施工过程中不可或缺的大型机械设备装置之一。而门式起重机的关键性金属结构主梁部分作为其正常、稳定工作的基础支撑，所以这一结构的设计、安装质量水准至关重要，直接决定着施工效率与工作人员安全。立足于起重机作业运转受吊重影响产生的摇摆通病，文本将着重探究其对主梁受力的具体作用。
关键词：吊重；门式起重机；主梁受力；影响
在门式起重机执行吊重任务时，由于物资直接连接钢丝绳，起升装置又作为钢丝绳与小车的中间枢纽，且钢丝绳柔性较强。起重机在起吊后运输物资途中会受到速度更改、振动、风力大小等诸多客观外部因素影响，难以彻底规避吊重摇摆这类起重机作业中的常见难题、阻碍。同时，起重机主梁刚度受吊重摇摆影响较大，为其高效作业、安全施工潜移默化的形成了一定风险隐患。现阶段，我国主流机械学者将精力、目光聚焦于吊重摇摆交流研究中，旨在早日解决起重机工作中形成的定位精度不高问题，整体强化起重机工作效果与稳定性。
一、构建起重机模型
以L型支腿式的门式起重机为例，其基础构成组织包含主梁结构、支腿、起升机构运行小车、下横梁与电气设备等装置，在起重机建模时，应完全按照其细致化结构组建。可以高效缩短求解时间，提升计算效率。但起重机组成较为复杂，可在不干预最终结果的前提下进行适当简化调整，以保证快速完成研究，具体做法为：
一是运用现代化技术搭建门式起重机模型。以Sodlidworks3D建模软件为主，辅以ANSYS Workbench软件。实现高度兼容、有限元分析，避免出现漏洞、误差；二是3D建模内容设计。将走台的栏杆、主控制室梯子等不会对起重机整体结构产生威胁的小型次要元素做忽略处理，便于快速建模。运用刚性连接取代起重机设施中的安装螺栓、螺母等，将倒角、圆角一并不做建模处理。小车、电气设备、重物与走台等重要设备需要转化为外力，将其增设于主梁结构中；三是设立约束条件。此门式起重机的大车桥架运输机构的车轮直接触及于地表上的对应轨道，但因在模型搭建时将其完成了简化显示，所以在模型开展有限元分析环节中，应注重有效固定下横梁地面部位[1]。
二、计算吊重摇摆动力
起重机在工作状态下，因为自身启动、制动的根本原因导致，物资在起吊上升、运输时会形成不可抗的摇摆晃动；加之露天施工场地存在各种类外部因素，例如其中风荷载对起重机作业的负面影响极大；而起重机装置设施中的运输设备大车、小车在作业运动时，会在途经轨道间各个接茬缝隙时形成颠簸、卡顿，促使吊重出现摆动现象。针对这些问题，为方便深层次研究可以通过在模型中做出假设前提，一是吊绳的非弹性形变，二是吊重规律运动。
1当吊重摇摆致最高点时吊绳的所受外力
物资在被吊起呈圆周运动时，其达到最高位置时设加速度为a，因其方向垂直于起重机钢丝吊绳，当物资质心加设外在惯性力时，可以得出F1T=aT。按照“达朗贝尔原理”与惯性力公式，可以计算出aT=gnsinθ且F=Gcosθ。
2当吊重摇摆致最低点时的速度
物资在最高位置时，吊重所持有的动能为0，下降致最低点的动能为
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三、有限元分析
1单元选择与网格密度
钢板作为门式起重机的重要金属结构，采取的工艺技术为焊接操作，因此其形状完全具备规则性，选取六面体单元网格最为契合、恰当。并且六面体质量较高，收敛性强，匹配规则模型特征，随后可采用Solid-186单元实现起重机模型的网格划分工作。兼顾起重机复杂特性，将其纳入大型装配体行列，在保证计算效率时，可以以200mm为规格标准设立网格尺寸参数。
2力学曲线
经以上分析结果显示，吊重发生摇摆运动时，当其达到摆动最大角度（最高点）情况下，钢丝绳所承受的负荷受力较小；角度0时（最低点），受力最大。而起升小车起重机主梁产生的力以方程形式表现为曲线方程，这与正弦函数曲线相近。
因起重机最大限度且安全的标准起重量为16t，小车装置的金属结构总重量约为4.5t，添加栏杆等部位重量，可以得知其整体设立对主梁的作用力函数方程应为Ｆ=Qgncosθd+3Qgn（1-cosθd）|sinα|+Ｆq当抛除阻尼振动现象影响时，力的函数曲线呈规律性上下运动。然而在起重机实际作业时，必定会遭受阻尼影响，其吊重摆角将会趋于减少，直到静止[3]。
3瞬态动力分析
相较于静力分析特点，在瞬态动力剖析中增加的荷载可以随时间变化做出相应联动表现。为减少计算时间与加强结果精度，将步长设为1s。此瞬态力学的跨中位移曲线结果显示为位移距离随步长增长减少，代表吊重摆致自身极限位置时，起重机主梁受力处于最小值，且位移同样最小；反之，吊重摆致临界最低点时，主梁结构受力与位移最大。
四、总结语
通过构建起重机模型对吊重摇摆的多角度探究、吊重形态最高、最低两处情况的计算求解、在有限元、瞬态动力分析处理中得出：一是吊重摇摆问题对起重机主梁影响为直接加设了一个正弦荷载，同时因为阻尼现象的影响逐渐降低、衰减；二是当吊重摇摆致最低处时，相继形成的瞬时力会大大超出吊重处于静止时对主梁结构产生的作用力，而吊重摇摆通病会深刻威胁到起重机主梁结构的刚度，出现安全隐患；三是吊重摆动会对起重机正常作业施工造成质量、效率不高等诸多不良影响，不利于施工现场秩序的稳定性、有序性，致使工作任务完成滞后。综上所述，本文围绕吊重摇摆对门式起重机主梁受力的影响展开了一系列研究探索，希望相关科研人员早日研发出更为先进的机械设备与工艺技术，彻底解决吊重摇摆问题，提高建筑施工成效。
五、参考文献：
[1]李瑞斌,王腾飞,吴淑芳,李松,靳通通.吊重摇摆对门式起重机主梁受力的影响研究[J].煤矿机械,2018,39(09):57-60.
[2]邓秀华.门式起重机安装施工技术及管理措施[J].智能城市,2020,6(15):82-83.
[3]王友权,刘秀琪,刘彬,孙晶.门式起重机远程监测与故障诊断系统研发探讨[J].内燃机与配件,2020(15):200-201.