门式起重机管理制度

门式起重机管理制度（共8篇）

门式起重机管理制度 篇1

门式起重机操作培训有感

2015年1月份，经公司安排我和另外三位同事一起，到上船职业技术学 校进行了门式起重机的上岗取证培训。

通过学习，使我们不但熟悉了门式起重机的基本构造、技术参数和各组成部分的功能，还清楚了门式起重机操作的安全知识，大概归纳如下。

门式起重机主要由桥架结构、大车运行机构、小车运行机构和司机室组成，起重机的作业通常以间歇作业的方式、带有重复循环的性质，一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。经常启动、制动、正反运动是门式起重机械的基本特点。

门式起重机上的主要零部件包括减速器、联轴器、制动器、滑轮、滚筒和车轮等部件组成。各部件缺一不可，相辅相成。减速器在工作中有两大作用：一是降低运动速度，使电动机的高转速降低到适应工作机构的低转速；二是增大输出扭矩。联轴器是保证轴与轴之间的连接。制动器保证起重机运行中的安全制动，是实现起重机间歇工作的必备装置。滑轮、卷筒和车轮是载荷实现升降的一个组合。

通过学习，使我懂得了作为起重机司机必须做到“四懂” “三好” “四会”和 “四个过得硬”。“四懂”就是懂原理、懂构造、懂性能、懂工艺流程。“三好”就是要对设备用好、管好、修好。“四会”就是会操作、会保养、会排故、会小修。“四个过得硬”一是设备过得硬，就是加强对设备的维护保养和检查；二是操作技术过得硬，要求动作熟练规范；三是吊运安装质量过得硬，符合质量要求，不留事故隐患；四是在复杂情况下过得硬，能对意外情况作出正确的判断和预防事故的发生，做到防范于未然。做到这些的同时，培训老师还要求我们在工作中做到“五好”即思想集中好、互相联系好、设备检查好、吊运提放好、统一指挥好

在学习中，我结合以前工作中的一些情况，还重点向培训老师请教了吊索具的载荷要求和报废指标，这里与大家一道分享：

一、钢丝绳许用拉力的近似计算方法，钢丝绳在起重中，所受的应力很复杂，虽然可以用数学公式进行计算，但实际使用场合下计算时间有限，且也没必要算的十分精确。常用近似计算方法和估算方法。

估算公式：F≈10d²（安全系数取5时）

式中：F-----钢丝绳许用拉力，kgf d-----钢丝绳的直径，mm 钢丝绳的破断系数-----54d²

二、卸扣的受力计算，使用卸扣时，必须注意卸扣的受力方向，并按使用要求操作，以避免由于使用不当而降低卸扣的承载能力。

1、估算公式： F≈4d²

式中：F-----允许使用的负荷重量，kgf d-----卸扣弯环部分直径，mm

三、钢丝绳的报废标准：a、在一个捻距内断丝数达到总数的10﹪；b、钢丝绳直径减少量达7﹪；c、出现整股断裂时；钢丝绳扭接、弯折塑性变形、麻芯脱出，受到电焊渣或高温作用影响钢丝绳的性能指标时。

上面的内容是我在学习中总结的行车司机所要掌握的基本要点，不是简单的能操作，还要了解设备的制造结构和使用性能。不但要保证操作时的人身安全，还要保证操作的设备的安全，时刻掌握行车的运行情况和吊装人员的情况，要做到全神贯注，精心操作，眼观六面、耳听八方。看着成吨的钢材通过门式起重机的吊运，由一个地方运到另一个地方，大大提高了工作效益，为公司的发展作出了自己的一份贡献，心中自豪感油然而生。同时，起重作为公司包括用电、用气外的三大危险源之一，我也知道自己的责任，要严格遵守“十不吊”和“三不伤害”原则。

2015年的年会中，各级领导都强调了安全生产的重要性，生产要安全，安全生产、人人有责。并不是我们经常念在嘴上的一句口号，我们更应该时刻记在心中，烙在脑海里。我们不能嘴上说着安全，实际操作中忽视了安全，安全不但包括设备安全，还包括人身安全。公司安排我们去学习、取证，不但说明了公司领导对安全的重视，也证明了公司领导的眼光和智慧

(中曼装备

漆海军）

门式起重机管理制度 篇2

起重机械在国民经济生活中是一个应用相当广泛的机械设备，为我国国民经济的发展提供了强有力的支持，作出了重大的贡献。起重机械品种多、类型杂、应用广，使用的场合也比较复杂、恶劣，使用过程中存在各种安全隐患[1]，在起重机行业里有GB 6067.1《起重机械安全规程第1部分:总则》[2]、GB/T3811《起重机设计规范》、GB5226.2《机械安全机械电气设备第32部分:起重机械技术条件》等相关国家标准和一批产品标准，起重机械的设计和安装都有明确的要求和标准，但是针对起重机械安全监控方面的标准却尚不全面，行业内安全监控管理系统的研究与开发是多种多样的，功能设计也各不相同，监控的范围不够全面，不仅不能及时预警、风险提示乃至紧急制动而导致事故发生，同时还因为缺少起重机运行记录数据，造成事故技术原因分析困难。

2012年7月1号GB/T28264《起重机械安全监控管理系统》标准正式实施，为了能实时有效地监控特种设备的运行状况，又要符合安全监控标准的要求，本研究介绍GB/T28264对大型起重机械安全监控管理的要求，针对大型船厂门式起重机械的安全使用要求，设计一套不但能诊断故障、预测潜在的隐患，而且在故障发生时能实时有效地响应，还能把安全运行记录数据存储起来，以便于事故追踪的安全监控管理系统。

1 起重机械安全管理现状

近年来政府一直强调要采取法律、行政、经济、技术等措施，加强特种设备的管理，坚决遏止重特大事故的发生[3]，但由于各种原因，其事故率近几年一直居高不下，导致人员伤亡的绝对数字一直高居八大类特种设备之首[4]。

从事故原因分析，由于人为原因，例如无证操作、人为过载、操作不规范等违章操作引起的事故约占事故总数的57%[5];起重机控制装置失灵或钢丝绳质量差等制造质量引起的事故约占29%[6];还有14%的事故原因是风速大、地基下沉等自然灾害引发的事故[7]。引起事故的主要原因有:违规操作、设计缺陷、制造缺陷、维修缺陷、管理缺陷等。其中，违规操作主要原因包括:起重机操作人员未经安全与操作培训直接上岗;无视起重机的承载上限，放松警惕，导致起重机过载;未有可依的操作章程，操作人员无章可循等。

鉴于以上结果，安全监控管理系统的研究与开发非常必要，通过将现代自动化控制、计算机网络技术、无线通讯等多种技术相结合，改变原来自我封闭的单一控制方式，实现起重机智能化和管理网络化，这是起重机，尤其是船厂特种起重机的发展方向。

2 安全监控管理系统研究目标与内容

2.1 研究目标

起重机械安全监控管理系统主要是为保证起重机械运行的安全性、可控性以及可管理性而设计研发的一套设备管理解决方案，主要用于反映起重机械实时和有效的运行状况，并能够对这些状况和司机的操作指令进行实时地监控、记录和历史回放;实时监控检测起重机工况，自带诊断功能，快速危险状况报警以及安全控制。系统具有黑匣子功能，自动记录作业时的危险工况，为事故分析处理提供依据。

2.2 安全监控信息采集要求

根据GB/T28264标准的要求，大型起重机械安全监控系统信息采集源有18项[8]，但针对门式起重机，其所要求采集的信息源为11项，分别是:起重量限制器、起升高度限位器/下降深度限位器、运行行程限位器、偏斜限位器、联锁保护安全装置、抗风防滑装置、风速仪装置、同一或不同一轨道运行机构防碰撞装置、超速保护装置、供电电缆卷筒安全限位、起升机构制动器。当有远程监控要求时，还要增加远程视频监控。

3 安全监控管理系统设计

3.1 总体构思和模块划分

起重机安全监控系统主要由两个子系统组成，分别是数据信息系统、视频信息系统，其硬件设备安装位置如图1所示。

数据信息系统将起重机运行时的数据信息实时地采集进来，并且对其进行处理和存储，然后控制起重机的运行，此外，系统还将故障信号和危险信号反映出来，提醒操作人员和维修管理员。该系统包括信息采集单元(限位、重量传感器、编码器等)，信息处理单元(PLC)，信息存储单元和控制输出单元(CMS)。

视频信息系统采集起重机行走区域和吊点的图像画面，并显示在司机室内的显示器上，供司机查看，同时存储72 h。

3.2 数据信息系统

3.2.1 信息采集单元

信息采集单元用于读取信息源数据。它由机械限位、感应限位、红外线光电限位、超速开关、重量传感器、测速编码器、绝对值编码器、PLC的输入模块等组成，信息采集模块示意图如图2所示，它们将采集的信号送至信息处理单元。

PLC模块用于接收操作站和机上各个传感器的信号，并进行相应地运算和处理，然后输出控制指令，控制相关机构的运行。其具有开机自诊断功能，当检测到模块故障或通讯问题时，红色的Error指示灯会亮起。

3.2.2 信息处理单元

信息处理单元将采集到的数据进行计算和处理，同时根据起重机工况的要求，执行逻辑控制。它由可编程序控制器和工控机组成。PLC的I/O及模拟量模块将造船门式起重机上安装的各种限位、编码器、重量传感器、风速仪等信号实时地采集进来，然后通过PLC的CPU对信号进行处理，控制相关机构运行，并作出逻辑处理和故障报警等判断。对于极限限位和超速开关这类信号，则采取同时进入硬件控制回路和PLC模块，这样可以起到双保险的作用;而对于有些不会造成损失的信号则直接进PLC模块。并且极限限位等一类故障中，系统设计时通常使用的常态为常闭触点，这样，只要信号丢失，就认为极限动作，或者线路有问题，提高了安全性。工控机用于实时读取PLC程序内相应的信息，并且通过监控软件将造船门式起重机的各种监控信息实时显示在电脑上，是信息处理单元和CMS单元的连接纽带。该软件还提供了接口，可以将数据导出成Excel通用形式。

3.2.3 信息存储单元和控制输出单元(CMS)

CMS的功能是实时存储所采集的信息，并记录操作指令和起重机实时工况，输出控制信号和报警信号。它主要由PLC的输出模块、驱动器和数字硬盘等组成，CMS子系统结构图如图3所示。

CMS和PLC通过以太网交换机相联，实时读取PLC内相应的信息，并且通过监控软件，将各种监控信息实时显示在电脑上，同时存储在硬盘内。无线设备又将工控机、PLC、硬盘录像机接入地面局域网，将信息传输至服务器。局域网又与公网相连，用户可以通过公网访问起重机上的CMS。

当数据库存储的容量大于2 GB的时候系统会自动进行压缩数据，并根据程序设置，自动删除最早的历史数据，删除的数量在程序中可以定义。故障记录达到设定数量时，会在CMS的故障画面上，提醒用户备份。

PLC拥有700 MHz的CPU，采样速度为0.14 m内可以处理1 000个布尔量，其满足“标准的运行周期内采用周期不大于100 ms”的要求。

3.3 视频信息系统

视频信号采集系统由前端、传输、控制和后端组成，前端主要由高性能摄像机组成;传输采用数字式光端机;控制由小型控制键盘和四画面分割器组成，键盘用于控制前端球机的旋转和变焦，四画面分割器用于整合多路视频，将它们组合成一个画面;后端为2台监视器和一台高性能硬盘录像机。司机通过司机室内的2台监视器，观察到大车行走区域，吊点区域的环境情况，硬盘录像机提供存储视频和Web浏览功能，远程监控系统结构图如图4所示。

目前，系统上用的的信号接口如下:无源开关量信号接口有110 V输入/输出模块，用于接收限位、光控开关，温控开关等信号。模拟量信号接口有4 m A～20 m A的模拟量输入模块，用于接收重量传感器，风速等信号。脉冲量信号接口有，在驱动器的主控板上有编码器信号输入板，它可以接收来自脉冲编码器的信号。整机的数据采用PROFIBUS和GPRS通讯，这些满足国家现行的标准规定，是对外开放的协议[9]。

采用GPRS无线接入Internet的方式，虽然比较灵活、方便，但是这种方式也存在着一定的缺陷[10]。数据传送速率相对较慢，当工业现场产生大量的报警信息和状态信息时，无法满足数据传送的要求[11]。由于GPRS无线接入方式自身条件的限制，为了降低网络开销，可以在服务器端建立存储过程。这主要是由于存储过程的以下优点:

(1)可以与其他应用程序共享应用程序的逻辑，从而确保一致的数据访问和操纵;

(2)提供了一种安全机制;

(3)执行速度快，便于提高系统的性能;

(4)可以减少网络传输时间。

通过使用服务器端存储过程，可极大地降低网络开销，使用过程存储前、后，数据量的对比如表1所示。通过对比可以发现，虽然在建立连接时，使用存储过程的网络开销比较大，但是每条数据的传送开销，存储过程的优势则十分明显，这十分适合工业现场大量数据传送的需求。

4 结束语

安全监控系统对于保障生产安全和方便生产管理具有重要意义。设计一套先进、方便实用的数字化安全监控系统，对于实现人们的安全生产、提高监控质量、实现科学有效的管理都具有十分重要的意义。本研究设计的安全监控与管理系统具有以下特点:

(1)完全按照国家标准GB/T28264的要求进行设计;

(2)增加了远程视频监控设计，整个安全监控系统在起重机6个重要部位都安装了视频监控。另外通过Internet还可以实现远程监控中心对起重机的安全管理和交互;

(3)规范管理和操作，通过过程监测，可将机械作业的过程以数字方式全部记录下来，从而既可以为对操作人员进行工作量定量考核提供真实的数据，也可以规范操作，对违章作业提供记录信息。

摘要：针对起重机监控装置的发展滞后于起重机产业发展的现状,对近年来的起重机事故进行了统计,分析了引发事故的主要原因,介绍了GB/T28264-2012对大型起重机械的监控管理要求,提出了建立起重机监控信息源和故障报警的机制,并且结合某船厂大型造船门式起重机安全监控管理系统的开发,对起重机运行的安全保护装置进行了分类并实时监测,实现了这些参数的实时显示、危险报警和紧急控制,对该装置的信号采集、传送、处理以及各功能模块之间的交互进行了较详细地阐述。研究结果表明,起重机安全监控系统的引入可有效地帮助操作管理人员发现问题,延长设备的使用寿命,降低风险并提高经济效益。

关键词：起重机,GB/T28264,安全监控,管理,系统

参考文献

[1]尚红.起重机机械事故分析与防范[C]//起重机电气和安全技术研讨会论文汇编.北京:起重机电气和安全技术专委会,2008:8-12.

[2]陈永光.对GB60607.1-2010《起重机械安全规程第一部分:总则》接地保护内容的解读[J].机电工程技术,2013,42(2):76-78.

[3]杨巧萍,刘延雷.国内起重机事故统计分析与预防对策[J].机械管理开发,2011,4(2):140-141.

[4]YU Yang,ZHAO Zhen-lian.Research and Design of Tower Crane Condition Monitoring and Fault Diagnosis System[C]//2010 International Conference on Artificial Intelligence and Computational Intelligence(AICI),2010:405-408.

[5]LIU Zhi-ping,JIA Teng-fei,HU Qing.Research on Mechanical Condition Monitoring Technology for Portal Crane by Wireless Sensors[C]//2011 Third International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation(ICMT-MA),2011:31-34.

[6]齐凯,王新华,何成忠.大型起重机械安全预警机制的研究[J].中国安全科学学报,2011,21(1):136-139.

[7]张莉瑶.大型起重机在线寿命预测系统的研究[D].大连:大连理工大学机械工程学院,2009.

[8]全国起重机械标准化技术委员会.GB/T28264-2012起重机械安全监控管理系统[S].北京:中国标准出版社,2012.

[9]吴晓,罗薇,刘璐,等.在役桥(门)式起重机金属结构疲劳寿命预测分析[J].中国安全科学学报,2010,20(2):95-100.

[10]刘建军,邓志东,李超.无线传感器网络分布式调度方法研究[J].自动化学报,2011,37(5):517-528.

通用门式起重机安装施工技术研究 篇3

关键词：通用门式起重机 安装施工 施工技术

中图分类号：TU274.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0102-01

随着社会经济的发展，科学技术也在不断进步，新的技术和设备伴随着经济发展的要求和人们的实际需要得到了不断开发和应用。通用门式起重机是一种应用于货场、港口等场所的起重设备，具有结构简单、可靠、拥有量大的特点，逐渐引起了人们的重视。但是，由于技术因素的限制，当前在对通用门式起重机进行设计时，采用的是常规的设计方法，在结构上存在许多不合理之处，需要相关工作人员的重视，确保安装施工质量，尽可能弥补设计方面的不足。

1 门式起重机概述

1.1 门式起重机概念

门式起重机，是桥式起重机的一种变形，广泛应用于港口、货场的区域，其主要功能在于对货物的装卸作业。起重机的金属结构外观酷似门形框架，这也是其名称的由来。在承载主梁的下方，安装有两条支脚，可以沿着地面铺设好的轨道行走，在主梁两端，装设有可以向外部延伸的悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，因此，在港口和货场得到广泛应用。

1.2 门式起重机类型

通常情况下，门式起重机可以按照不同的标准，划分为多个不同的类型。以门框结构形式划分，包括全门式、半门式、双悬臂门式以及单悬臂门式四种；以主梁的结构形式划分，包括单主梁门式起重机和双梁桥式起重机两种，其中双梁桥式起重机又可以分为箱形梁和桁架两种形式。

2 通用门式起重机安装施工技术

2.1 工程概况

某大型物流货场在发展过程中，货物的运输量不断增大，集装箱的重量和体积也在不断增加，原有的起重设备已经逐渐难以满足货物的运输要求。因此，经过讨论和分析后，决定在货场加装一台额定起重量达到150 t的通用门式起重机，起重机的主要技术参数为：主梁长70 m，轨距50 m，起吊高度为11.3 m，大车速度为25.65 m/min，轮距为10.2 m。

2.2 安装准备工作

（1）人员方面：要组织专业的安装队伍进行安装，切实保证安装施工的质量。结合该工程的施工特点和具体要求，安装人员必须具备大型施工设备的安装资质和安装经验。同时，配备机械、液压、电气专业技术以及作业人员，安装队伍的人数约在30人左右。

（2）安装环境：由于安装工程属于室外现场施工，且属于多工种协作施工，加上起重机的构件较多，整体运输不便，因此，需要在安装场地附近，腾出一块面积在1000 m2左右的设备拼装场地，确保设备可以提前进行拼装，加快安装施工的进度。

（3）注意事项：首先，在安装前，要熟悉施工图纸以及各种技术资料，结合技术要求进行施工，尽可能消除由于运输或保管问题而产生的误差和变形，保证起重机的安装质量。如果出现结构件变形的情况，要在校正后进行安装；其次，在安装前，需要对起重机的结构构件进行检查，对表面的锈蚀进行去除，在必要的情况下，要重新进行油漆和组装。确保转动部位的转动灵活，各个连接部位的连接牢固可靠。在轴承部位，应涂抹润滑油进行润滑；然后，在对起重机进行搬运时，要尽量避免扭、弯、撞击等事故。起吊时，要捆扎在主梁上，同时捆扎部位必须有衬垫物；最后，在存放时，要保持放置平稳，摆平垫实，同时摆放的地面必须坚实，不能出现下沉，以免金属结构变形。如果露天存放，要做好防晒防腐措施，避免阳光和积水对于设备的影响。

2.3 机械设备的安装

（1）轨道的架设。

首先，要对轨道的基础进行施工。为了承载起重机的重量，要确保基础的坚固性和密实性，不能出现下沉现象。轨道基础的施工包括承重计算、测量放点、基础开挖、钢筋混凝土工程施工、验收等，在施工过程中，必须对安装的高程和表面的平整度进行严格控制。

其次，轨道的安装。轨道的安装工作需要注意以下几点内容：①轨道的接头可以为直头，也可以为45°角的斜接头，斜接头可以实现车轮在接头处的平稳过渡。轨道安装的基准线应该以吊车梁的定位轴线为准，并结合实际施工情况进行调整。②轨道铺设在混凝土基础上时，必须与基础顶面保持紧密结合状态，如果存在间隙，必须确保间隙的长度在200 mm以下，如果超出这个数值，需要使用垫板进行垫实。在垫好后，需要将垫板与轨道焊接固定在一起，避免出现松动。③轨道的结构接缝，一般在1-2 mm左右，考虑气候因素的影响，应对温差的变化进行计算，本工程的温度补偿裂缝为4～6 mm。④在接头部位，两条轨道横向错位和高低差均不能大于1 mm。⑤轨道的实际中心线对安装基准线的水平位置偏差，不应大于5 mm。

（2）行走机构的安装。

首先，要对轨道安装的质量进行检验，确认无误后才能进行行走机构的安装。对于门式起重机而言，行走机构的安装需要设置4个控制点，对安装的精度进行控制。要确保基准点的线误差小于1 mm，对角线相对差小于3 mm。其次，结合该工程的实际情况，对安装的相关数据进行计算，确保车轮滚动平面的中心与轨道的基准中心线保持重合，允许存在4.2 mm的偏差，同时，起重机前后轮距相对差不大于5.0 mm。

（3）主梁的组装

在设备运到施工现场后，就可以立即进行主梁的拼装工作。要确保其由专业的安装队伍进行，以准确的数据和参数进行指导，确保拼装的质量。拼装完成后，利用施工现场的设备和器械，将主梁运输到两个行走台车架之间，确保主梁的中心大致位于四个行走轮的两条对角线的交点位置。使用起重设备将主梁调至适当位置，使用高强度螺栓对主梁和支腿进行连接。组装完成后，可以将小车吊装到主梁上，完成主体的安装工作。

2.4 电气设备的安装

电气设备的安装、调整，以及电线管的敷设，必须严格按照电气原理图、接线图、电气总图以及相关的电气设备安装规程进行，确保线路的敷设整齐、平直，没有扭曲和拉伸、急弯的现象。对于安全控件的安装，必须按照设备的实际动作位置以及相应的参数，进行接线和调整。

2.5 试运转

整体安装完成后，要对其进行全面细致地检查，查看其是否存在不足和漏洞。确认无误后，要进行起重机的试运转，检测设备的实际运转效果，收集相应的参数，对起重机的数据进行调整，切实保证起重机安装的质量。

3 结语

总之，通用门式起重机的安装施工技术，同样可以应用于其它箱形、桁架式门式起重机的安装。施工人员必须结合实际情况，选择经济、安全的安装方案，确保安装施工的速度和质量。

参考文献

[1]胡晓华，朱鑫.40t/40m门式起重机安装技术探讨[J].建筑机械，2007（21）：90.

[2]瞿祖旭.龙滩水电站圆筒式高架门式起重机安装技术[J].人民长江，2008（9）：23.

门式起重机管理制度 篇4

1、起重机路基和轨道铺设应符合出厂规定，轨道接地电阻不应大于4Ω。

2、使用电缆的门式起重机，应设有电缆卷筒，配电箱应设置在轨道中部。

3、用滑线供电的起重机，应在滑线两端标有鲜明的颜色，滑线应设置防护栏杆。

4、轨道应平直，鱼尾板连接螺栓应无松动，轨道和起重机运行范围内应无障碍物。门式起重机应松开夹轨器。

5、门式、桥式起重机作业前的重点检查项目应符合下列要求：

⑴机械结构外观正常，各连接件无松动；

⑵钢丝绳外表情况良好，绳卡牢固；

⑶各安全限位装置齐全完好。

6、操作室内应垫木板或绝缘板，接通电源后应采用试电笔测试金属结构部分，确认无漏电方可上机；上、下操纵室应使用专用扶梯。

7、作业前，应进行空载运转，在确认各机构运转正常，制动可靠，各限位开关灵敏有效后，方可作业。

8、开动前，应先发出音响信号示意，重物提升和下降操作应平稳匀速，在提升大件时不得快速，并拴拉绳防止摆动。

9、吊运易燃、易爆、有害等危险品时，应经安全主管部门批准，并应有相应的安全措施。

10、重物的吊运路线严禁从人上方通过，亦不得从设备上面通过。空车行走时，吊钩应离地面2m以上。

11、吊起重物后应慢速行驶，行驶中不得突然变速或倒退。两台起重机同时作业时，应保持3～5m距离。严禁用一台起重机顶推另一台起重机。

12、起重机行走时，两侧驱动轮应同步，发现偏移应停止作业，调整好后方可继续使用。

13、作业中，严禁任何人从一台桥式起重机跨越到另一台桥式起重机上去。

14、操作人员由操纵室进入桥架或进行保养检修时，应有自动断电联锁装置或事先切断电源。

15、露天作业的门式、桥式起重机，当遇六级及以上大风时，应停止作业，并锁紧夹轨器。

16、门式、桥式起重机的主梁挠度超过规定值时，必须修复后方可使用。

17、作业后，门式起重机应停放在停机线上，用夹轨器锁紧，并将吊钩升到上部位置；桥式起重机应将小车停放在两条轨道中间，吊钩提升到上部位置。吊钩上不得悬挂重物。

门式起重机安装技术探讨 篇5

晋丰厂房MG型门式起重机, 起重量为16t, 起升高度为30m, 跨度为24.5m, 双悬臂为10.492m, 起重机安装包括轨道安装、起重机组装、下横梁、支腿、主梁、台车、小车、司机吊装室、电气布线接线、调试载荷试验、供电线路的安装。整个工期为20天。

2 起重设备及工器具的配备

3 主要施工方法

3.1 轨道的安装

首先确定轨道梁的中心位置, 然后和轨道跨度进行比较, 如果两者一样, 那么螺栓中心线就是轨道的实际中心线;如果两者存在偏差, 那么要综合考虑轨道中心位置, 尽量使偏差均匀分布在轨道中心线的两侧, 以便螺栓的安装和道夹的固定。所有螺栓联接都应有防松装置。

3.2 机架的组装与吊装

3.2.1 架设中的安全技术要求

(1) 架设前, 指挥人员应向所有参加架设的人员详细介绍起升方法、起升步骤、指挥信号、注意事项以及每个成员负担的职责。

(2) 指挥人员必须手持指挥旗 (一般为红色) , 并站在明显的部位, 以便每个人都能看见。

(3) 若无充足的照明设备, 则严禁在夜间进行架设。

(4) 架设时禁止任何人员随起重机一同起升, 也不能沿钢丝绳滑下。

(5) 在架设区内, 为确保带电的裸线不与架设安装工人接触, 要将其断电。

(6) 架设过程中禁止在起重机下逗留或通行, 与架设无关人员严禁进入架设区。

(7) 为安全起见, 应先将起重机吊离地面100～200mm, 停留一段时间, 认真检查所有起升设备和起升工具是否正常、捆绑是否留固、桅杆支座有无异样、起重机重心是否合适等。待确认各部均无问题后方可起升。

(8) 卷扬机操作应平稳, 尽量避免出现急颤和抖动等情况。

3.2.2 桥式起重机架设

架设起重机时, 首先将门架立起在轨道上, 门架的前后左右用钢丝拉绳拉紧固定, 并保证两门架的中线在同一垂直水平面上。架设时, 先将主梁用钢丝绳捆牢在靠近起升臂处, 两端端梁用拖拉绳栓住, 然后用汽车液压起重机吊起主梁, 升到一定高度后停下来, 双点划线表示起升过程中的位置, 当起升到比门架稍高一些后, 利用拖拉绳缓缓把架空的起重机主梁降到图中实线位置, 对准法兰板, 缓缓放下主梁, 上固定螺栓并用力矩扳手拧紧。安装好外斜梯及栏杆后再根据图纸要求安装操纵室。

3.2.3 操纵室安装

(1) 安装操纵室前应熟悉图纸要求, 确定其方位。在地面就好位后再起吊安装。

(2) 安装过程中应注意保护好门窗玻璃及室内电器, 以防损坏。

(3) 操纵室与桥架联接应牢固。

4 安装质量标准

(1) 轨道实际中心线对吊车下横梁中线的位置偏差不应超过10mm, 轨道实际中线对安装基准线的位置偏差不应超过3mm, 龙门式起重机和装卸桥的轨道不应超过5mm, 轨道接头偏差水平错位f≤1mm, 高低差d≤1mm。

(2) 主梁的安装。主梁梁组装完工后, 各项指标应达到如下规定:跨度的极限偏差为±4.5mm。

(3) 支腿的安装

A.在支腿离地面8m处的两侧, 分别焊上一个吊耳, 以做固定稳绳 (φ13.5钢丝绳) 。同时, 在轨道距离地面10m处做地锚, 以做固定手拉葫芦用。

B.在起吊前, 先把钢丝绳固定在支腿的吊耳上, 要牢固, 着支腿而起高。当支腿起到一定位置, 也就是下横梁的上面, 下面用高强度螺栓与下横梁紧牢, 上面用已固定好的手拉葫芦与稳绳拉牢。

C.支腿吊装完后, 再进行吊装主梁, 如不对位, 用手拉葫芦来调整它们之间的距离, 直到对位。

小车轨距的极限偏差为距端处不得超过±2mm, 跨中处不得超过±1～+7mm, 主梁拱度为 (0.9～1.4/1000) ×S之间, 主梁水平旁弯应不大于1/2000S, 小车轨道接头应水平错位f≤1mm;头部间隙e≤2mm;高低差d≤1mm。

5 电气设备安装

(1) 按图纸要求安装各电气设备, 应牢固可靠。

(2) 大、小车采用电缆供电时, 应加设牵拉绳;电缆滑车安装应顺畅。采用安全滑触线供电时, 滑触线应平直, 接口平滑, 集电拖接触导通性能良好。

(3) 桥架上的导线应尽可能布置在线槽或线管内, 裸露部分应捆扎成束。

(4) 所有线头均应设永久性标号, 并尽可能上铜接头。

(5) 所有导线不许有中间接头, 下线时应一次到位。

(6) 主电路或控制电路对金属结构的绝缘电阻应大于0.8MΩ, 潮湿地区应大于0.4MΩ。

(7) 各大车轨道的两端应设地线, 接地电阻应小于4Ω。

(8) 调整好大、小车行程开关及起升限位开关, 使各安全开关动作灵敏, 位置恰当。各仓门联锁开关应起联锁保护作用。

(9) 需防雨、防尘的电气设备应加装防护罩。

(10) 调整各机构控制器 (包括凸轮控制器、主令控制器、联动控制台及按钮等) , 使实际机构动作与控制器指示方向相一致。

6 吊装安全技术措施

(1) 确保施工安全, 按时完成任务。牢固树立安全第一的思想, 消除事故隐患, 实行统一指挥, 做到文明施工。

(2) 机架和小车吊装过程中, 采用红绿旗、哨子作为直接指挥的信号, 为了高空与地面联络, 可使用半导体扩音器进行传话。

(3) 所需机具均应进行严格检查, 加足够润滑油, 确认性能良好, 符合要求, 才能使用。严禁超负荷使用。

(4) 通过试吊全面检查施工方案的合理性、准备工作的完善性、机具设备的可靠性。实行统一指挥, 进行演习和考核, 全体参加人员要精力集中, 不可大意。

(5) 经试吊后须对存在的问题进行处理, 确认万无一失, 才能正式起吊。在吊装过程中, 如发现机架起升不平衡, 应立即停止进行纠正, 使其平衡, 严禁任何人在下面通过。

(6) 严格执行各种操作规程, 在吊装区域做明显的标志, 未经许可, 任何人不得进入。

(7) 严防钢丝绳由于电焊时造成碰电损伤。

(8) 吊装临时供电用专线, 确保容量与电压符合要求。各电动卷扬机必须接地, 防止漏电。

(9) 参加此工程的施工人员, 要严格遵章守纪。施工现场必须正确佩戴安全帽, 高空作业拴挂好安全带。严禁酒后作业。

(10) 主卷扬机开始起吊前, 滚筒上应有10圈的跑绳。

摘要：文章结合晋丰厂房对门式起重机安装技术进行阐述, 简要介绍了门式起重机的安装技术, 从机架的组装与吊装到电气设备吊装, 以及安装过程中的安全措施等注意事项, 为同类起重机安装工程提供借鉴参考经验。

门式起重机管理制度 篇6

一、桥门式起重机的介绍

1、桥门式起重机的定义和分类

定义：起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。俗称吊机。

分类：就铁路运输而言，常用的是通用桥门式起重机和流动式起重机（铁路起重机）。随着科技技术的不断提高，桥门式起重机的种类越来越多。根据桥门式起重机的吊具种类进行划分，起重机可以分为吊钩式起重机、抓斗式起重机和电磁吸盘式起重机、集装箱专用起重机。每种起重机都有着各自的优点，适合用在特定的情况中，要根据实际的工作环境选择合适的起重机。

2、桥门式起重机的结构

1-司机室  2-大车轨道  3-缓冲器  4-大梁  5-电缆

6-副起升机构  7-主起升机

8-起重小车  9小车运行机构  10-检修吊笼  11-走台栏杆

12-主梁  13-大车运行

桥门式起重机虽然种类比较多，应用的工作环境不相同，但是所有的桥门式起重机的结构基本上都是一样的。桥门式起重机的主要结构就是由大梁、起升装置、端梁、大车运行轨道、司机控制室、电缆、起重机吊笼、行走机构、小车运行机构以及主梁等组成。桥门式起重机的机械系统一般是由桥架、大车、小车运行机构、起升结构等部分组成;由于桥门式起重机各个主要组件方面的因素，会对起重机的系统和性能产生一些负面作用，导致其在工作的过程中出现故障，影响工作进度。

二、起重机故障分析

1、运行机构故障

运行机构出现故障主要有两个方面，一个是大车运行机构出现故障，另一个就是小车运行机构出现故障。

大车运行过程中产生故障的原因分析。（1）由于左右制动机构调整不平衡的原因，导致大车在运行的过程中，左右制动扭矩不等产生侧出现扭转现象，左后会使整个大车运行机构的配件产生剧烈的振动，严重时部分配件出现损坏;（2）大车机构在启动或者制动的时候，由于物理惯性作用，会对减速器产生力的作用，长时间的积累，就会使减速器的固定装置松动，甚至使减速器内部的元件损坏;（3）减速器长期使用，没有进行定期的维护，使减速装置润滑油不足，出现内部元件磨损或损坏的状况;（4）最后就是因为操作人员没有按照规定的操作流程工作，使得出现人为机器故障。

2、起升机构故障

（1）起升机是由众多元件组成的，所以会有多方面的故障因素，首先就是吊钩。吊钩是桥门式起重机重要的工作元件，大部分的货物都是由它完成的，承载着所有货物的重量，一旦它出现损坏，就会造成重大的安全事故发生。而它产生故障的原因有：长时间使用吊钩，与货物发生磨损，或者经常超载使用等导致吊钩出现裂缝、变形、断裂;起重机制动器发生故障，出现溜钩的现象;长期使用吊钩，不进行定期的检查保养，使吊钩的钩口部位发生变形;吊钩出现裂缝或者断裂之后，经过加热焊接之后继续使用（吊钩是严禁焊接的），导致在使用过程中出现断裂。

（2）钢丝绳故障。起重机的钢丝绳是整个组成部件中最柔性的构件，由于长期使用，会出现磨损或断裂的状况。而产生故障的原因有：钢丝绳缺油，起重机的钢丝绳长期使用，经常暴露在空气中，导致钢丝绳上的润滑油蒸发，从而使钢丝绳的防腐蚀能力下降，与滑轮之间的摩擦力增大，磨损现象更加严重;钢丝绳破断，钢丝绳破断的原因是因为在工作的时候，货物超载，超出钢丝绳的承受能力，或是钢丝绳长时间卷曲、拉伸，使钢丝绳出现破损、断裂。

3、制动器故障

桥门式起重机的制动器是重要的安全部件，具有有效阻止吊物下落、及时停车等功能，只有具备良好的制动器才能够保证工作的安全性。而制动器出现故障的原因是因为：制动器的主弹簧调的过紧，电磁铁的吸力不够，不能够轻松及时的松闸;制动器顶杆在短形程制动的过程中不能弯曲，电磁铁在吸合时不能产生足够的位移，导致制动器不能及时松闸;制动过程中电压过低，导致制动器松不开;制动器的铰链被卡住，无法正常制动等。制动器瓦片（刹车带）灰尘较多，调整不匀都会影响制动效果。

4、卷绕装置故障

卷绕装置产生故障的原因：卷绕装置缺少润滑油，导致卷筒出现裂缝，卷筒绳槽磨损严重，最终导致卷筒转动不灵活甚至无法转动;卷绕装置在卷绕钢丝绳的时候，钢丝绳脱离原有的沟槽，跑到另一个沟槽（俗称跳槽），最后使缠绕变得混乱;长期与钢丝绳发生摩擦，导致卷筒出现破损、钢丝绳断裂的状况。

三、预防及处理措施

（1）要对桥门式起重机进行定期的维护与检查，对各个部分（钢丝绳、制动器等）装置定期进行清洁并添加润滑油，发现变形的部位及时进行更换。（2）起重机运行机构的轨道需要定期进行清扫，大小车运行轨道要定期保养，保持运行轨道的水平度与整洁。（3）吊钩在购买时一定要选择有质量检测的报告、安全生产合格证的厂家，并且找专业的人员进行评定，选择质量最高、口碑最好的厂家进行购买。（4）卷筒和钢丝绳之间的摩擦比较严重，要定期添加润滑剂，出现破损的部件及时更换，保证钢丝绳在卷筒上留有足够的安全圈。

四、结束语

半门式起重机的有限元分析 篇7

半门式起重机的一端端梁在吊车梁上行走, 而另一端端梁在地面上行走, 与电动单梁起重机相比, 节约了投资和空间, 与葫芦门式起重机相比, 则节约了生产空间, 从长远来说, 也间接节约了空间成本。因而, 被广泛应用于工厂企业、铁路、货场、码头、建筑工地等场所。它的安全运行对于安全生产提供作业效率是十分重要的。所以在设计时对其进行多种载荷组合下的分析计算是非常必要的。现利用大型有限元分析软件ANSYS对某种半门式起重机进行了静强度分析、模态分析, 从静刚度和动刚度两个方面对该起重机进行了评价。

1半门式起重机的结构和基本参数

某种规格的半门式起重机主要由支腿、主梁电动葫芦、端梁等部分组成。其主梁结构是采用钢板压延成形的U形槽钢, 再与工字钢组焊成箱形实腹板梁, 横梁也是用钢板压延成U形槽钢, 再组焊成箱形横梁。主梁与横梁、主梁与支腿之间用螺栓连接而成。其结构简图如图1所示。

1.1主要技术参数

起重量:Q=10t

跨度:S=13m

起升高度L=4.5m

工作级别:A 5

大车运行速度:V=25m/s

电动葫芦自重:1 048kg

1—支腿;2—主梁;3—电动葫芦;4—端梁

2建立有限元模型

有限元分析的最终目标是要还原一个实际工程系统的数学行为特征, 换句话说分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。广义上讲, 模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件, 以及其它用来表现这个物理系统的特征[1]。

2.1模型生成

ANASYS分析软件提供了强大的模型生成功能, 如实体建模方法、直接建模方法和读入三维软件创造的模型等方法。采用ANSYS结构分析软件自底向上建模, 首先根据起重机的实际尺寸, 输入反映截面形式和尺寸大小的各关键点坐标, 接着将关键点连成线, 创建相关的面模拟起重机, 然后对几何模型进行网格划分将其转化为有限元模型。半门式起重机所用的钢板厚度远小于梁截面的高度和宽度, 结合单元的性质, 选用SHELL63单元进行模拟, 工字钢选用SOLID45单元进行模拟。SHELL63单元由四个节点组合而成, 每个节点有6个自由度, 即沿X、Y、Z坐标轴的位移和绕X、Y、Z坐标轴的转角。

2.2网格的划分

网格大小的控制是有限元分析中非常重要的一个环节, 单元的大小直接影响计算精度和计算时间。网格太粗不能保证计算的精度, 网格太密则会影响计算速度, 同时也需要较好的计算机硬件。半门式起重机在建模过程中, 综合考虑到计算精度和计算成本, 手动控制网格的大小。

ANSYS分析的网格划分方法有两种:自由划分网格和映射划分网格。本文在对起重机网格划分时, 规则部分采用映射划分, 不规则部分采用自由网格划分, 并对过渡区作相应处理。共产生43 195个单元, 40 562个节点。

2.3边界约束和载荷的施加

任何实际结构都会受到一定的约束条件来保持其稳定性, 先对半门式起重机有限元模型施加边界约束条件, 然后对其施加载荷。施加的约束条件与实际的工程情况是否相符合, 将直接影响分析结果的正确性。现将支腿看作刚性支腿, 支腿与主梁连接处按刚性处理。

本文考虑不同载荷组合下的动载系数和冲击系数, 按如下两种载荷组合工况对起重机桥架结构进行加载[2]:

工况1:小车位于跨中满载, 下降制动同时小车启动 (或制动) , 确定跨中危险载面的最大弯曲应力和最大挠度, 其加载方式如图2所示。

工况2:小车位于跨端满载下降制动同时大车启动 (或制动) , 以确定主梁端部支撑截面上的最大剪应力。

3求解结果分析

以上两种工况是半门式起重机在工作过程中桥架结构所受到的最恶劣的承载情况, 对其进行的强度和刚度分析如下。

3.1强度分析

图3是在载荷组合工况1下半门式起重机的应力云图。通过软件后处理中list命令可以得知, 主梁中间截面的最大应力σmax=82.56 MPa, 但局部产生应力集中。工况2下主梁支撑截面的最大剪应力τmax=50.26 MPa, 已知Q235钢许用应力$[\sigma {}_s]=\frac{235\text{Μ}\text{Ρ}\text{a}}{1.33}=176.7$MPa, 许用剪应力$[\tau ]=\frac{[\sigma {}_s]}{\sqrt{3}}=102.2$MPa, σmax<[σs], τmax<[τ], 起重机总体强度有较大盈余, 故强度满足要求。

3.2刚度分析

图4是在工况1的半门式起重机的位移云图。从图中可以看出竖直方向最大位移 (下挠) UY=6.3 mm, 水平方向最大位移 (旁弯) UZ=1 mm, 根据起重机设计规范要求, 工作级别为A5的半门式起重机垂直挠度许用值[f]=s/700=18.6 mm, 水平挠度许用值[fg]=s/2 000=6.5 mm, 起重机的水平刚度和垂直刚度均满足要求。

3.3模态分析

模态分析的基本有限元方程为

$[\text{Μ}]\{\ddot{x}\}+[k]\{x\}=0$。

其中:[M]、[k]分别为系统的质量矩阵和刚度矩阵, {x}为位移矩阵。

模态分析用于确定所设计工程结构的固有动态特性, 即分析固有频率和固有振型。模态分析计算结构固有频率和振型与载荷无关。由于起重机结构大, 振动频率低, 在结构的动力响应中, 低阶模态占主要地位。由于结构阻尼的作用, 响应中的高阶部分衰减很快, 故高阶模态可忽略不计[3]。本文采用缩减法提取半门式起重机的前四阶模态。根据起重机设计规范, 当小车位于跨中时, 半门式起重机满载自振频率f不应小于2 HZ[4], 由表1可知, 起重机动刚度满足要求。

4结论

在建立半门式起重机结构的三维有限元模型的基础上, 充分考虑了能代表半门式起重机结构实际极限承载状态的两种工况组合, 通过对半门式起重机结构的有限元分析, 得到了如下结论:

(1) 从半门式起重机的有限元分析结果可以看出, 起重机的总体结构强度和刚度均满足工作要求, 但局部有应力集中, 应采用L形加强筋方式补充。

(2) 从有限元计算结果可以看出, 最大应力和变形出现的位置与实际情况及试验结果十分符合。

(3) 以上对半门式起重机有限元分析结果可以为同类产品的设计提供参考, 同时也可作为对半门式起重机的承载能力可靠性评估的基础。

参考文献

[1]李世芸, 李功宇, 等.ANSYS9.0基础及应用实例.北京:中国科学文化出版社, 2005

[2]《起重机设计手册》编写组.起重机设计手册.北京.机械工业出版社, 1980

[3]胡宗武, 阎以诵.起重机动力学.北京:机械工业出版社, 1986

门式起重机管理制度 篇8

起重机轨道的长期重载工作以及地面沉降等因素容易引起轨道横纵向形变,增加起重机机械机构磨损或变形,缩短起重机寿命,严重时还可能使起重机失稳脱轨引发工业事故,所以必须定期检测起重机轨道。国家标准GB/T 10183-2005规定了起重机轨道安装后须检测的公差项目及其极限范围[1]。现阶段,对起重机轨道仍普遍采用钢直尺、钢卷尺、钢丝、水平仪、经纬仪、水准仪等测量设备进行分段测量[2,3]。而以上测量工具和方法受人为因素和环境变化影响较大,特别是在轨道长度和跨度较大时,钢丝下垂和误差累积使得测量精度难以保证且工作强度大。随着工业自动化程度的不断提高和检测技术的发展,采用新的测量方法和研制新型测量装置成为必然也成为可能。

目前,国内外的研究主要集中于机床导轨、铁路轨道和电梯轨道的检测[4,5,6],这些轨道检测方法大多利用准直激光和棱镜反射来进行。相比于机床导轨、铁轨和电梯轨道,起重机轨道跨度多达几十米至上百米,尤其是高空起重机轨道,测量十分不便。文献[7]利用全站仪和移动靶车对起重机轨道参数进行检测,相对方便很多,但也有不少因素影响测量精度,如靶车的倾斜误差、轨道长度增加时角度误差引起的定位误差、全站仪的测量精度等。

针对目前起重机轨道测量领域专业测量方法的不足,以最大可测轨道长度为300m、跨度为50m的常见起重机轨道的测量为设计目标,提出了一种高精度、可自动测量和实时在线分析的新型测量方法,并详细分析了该方法的可行性。作为一种专门的起重机轨道参数测量方法,本文方法克服了传统测量方法费时、费力、存在安全隐患等不足。

1 轨道的数学模型

建立右手直角坐标系OXYZ,如图1所示,其中X轴方向为沿轨道长度方向,Y轴方向为2根轨道的跨度方向,Z轴方向为垂直方向,O为轨道1的测量起点。轨道1和轨道2的理论跨度为S。

在x=L处,轨道1上对应点A的坐标为A(L,y1,z1),轨道2上对应点B的坐标为B(L,y2,z2),则在x=L处的各项偏差如下。

轨道1和轨道2在水平面内的弯曲偏差:

轨道1和轨道2在垂直面内的弯曲偏差:

轨道的理论高度也可以是非直线的(如可以为上拱曲线),则式(2)可以改写为

式中,H1、H2分别为轨道1、轨道2在给定位置L处的理论高度。

2根轨道的跨度偏差:

Δs=y2-y1-S (4)

2根轨道的高度偏差:

Δh=z2-z1 (5)

以上是在任意一点x=L处的各个偏差值,对整个轨道由式(1)～式(5)可以得到标准[1]中要求的各项最大偏差。

轨道1和轨道2的最大侧向偏差:

式中,n为测量点数。

轨道1和轨道2的轨道顶面相对于理论高度的最大偏差:

2根轨道的最大高度差:

ΔH=max(|Δhk|) (8)

2根轨道跨度的最大偏差:

ΔS=max(|Δsk|) (9)

每2m测长内各点的极限偏差的求法与式(6)、式(7)相似,在此不再赘述。

2 轨道偏差值测量方法

2.1 总体测量方案

考虑到轨道的超大跨度(50m),不可能采用测量桥一次性测出2根轨道的参数,因此采用对2根轨道分别测量,然后将测量曲线重构到同一个坐标系中的方法,这样既可以提高单根轨道的测量精度,又可以在统一的坐标系下计算2根轨道之间的参数。

针对超长轨道(300m)的测量,提出的总体测量方案如图2所示。测量的基本思路是:在轨道的一端安装激光发射装置,以所发出的激光束作为测量基准直线,带有位置传感器(position sensitive detector,PSD)的小车沿轨道移动,记录基准激光束的相对位置变化,从而测量出每根轨道相对于各自坐标系的各项偏差;利用激光测距仪和高差测量装置测出2根轨道的基准激光束之间的跨度和高度差,确定2根轨道基准之间的相对位置,将2根轨道各自的坐标系重构到同一个坐标系下,从而可以在一个坐标系下描述2根轨道的曲线,计算出跨度偏差和高度偏差。

主控机(PC机)采用主从模式通过无线适配器分别与2个激光发射平台和2台检测小车进行通信,主控机上的应用软件除了可以实时收发和处理检测小车的测量数据外,还可以发送指令控制各分装置的微调和启停。检测小车不仅可以实时上传测量数据到主控机,同时还能将采样点的时钟信息和测量数据写入SD卡中,以备后续处理。检测小车的行走速率为200mm/s,采样点距为100mm。

2.2 单根轨道的测量

如图3所示,以在轨道的一端安装的激光发射装置发出的激光基准线为Xi(i=1,2)轴,水平偏差和垂直偏差分别沿Yi轴和Zi轴。带有位置传感器PSD的小车沿轨道各点的切线移动,记录基准激光束与PSD之间的相对位置变化,从而测量出单根轨道各个位置相对于基准激光束的二维偏差,即测得轨道1上的点(x1,y1,z1)和轨道2上的点(x2,y2,z2)。

由轨道弯曲引起的小车倾斜(图3)会对测量结果产生影响。以轨道在垂直方向弯曲产生的影响为例,设小车因轨道弯曲产生的倾斜角为β,则轨道在垂直面内的实际弯曲偏差为

Δz=|CH|=|CK|cos β (10)

由倾斜角β引起的绝对误差ε为

起重机轨道为重型钢轨,可以认为其曲线连续、可导,且高阶导数存在(不考虑轨道接缝),并且根据GB/T10183-2005[1]规定,轨道每2m内的弯曲极限偏差小于2mm,由此可知β很小,其量级为10-3rad,而|CK|的值在10mm量级,则绝对误差ε为10nm量级,相对测量系统的分辨率为0.1mm,该绝对误差ε是可以忽略的。

同理,轨道在水平面内的弯曲引起的PSD倾斜所产生的测量误差也可以忽略。

设PSD的坐标方向与OXYZ坐标系的方向一致,且在起始位置处测得的PSD上的光斑坐标为(x0,y0,z0),在其他采样点测得的光斑坐标为(xk,yk,zk),即可得到相应轨道点相对于初始位置的弯曲偏差:

其中,x(i)k的含义为第i根轨道沿X轴的第k个采样点的值,其余类推。如此,即可得到单根轨道的测量曲线及其偏差值。

2.3 两个子坐标系的变换

建立2根轨道各自的子坐标系。轨道1的子坐标系O1X1Y1Z1以基准激光束为X1轴,以垂直于X1轴的水平线为Y1轴,以铅垂线(向上)为Z1轴,构成右手直角坐标系,轨道2的子坐标系O2X2Y2Z2类似,如图4所示。

单根轨道在其子坐标系下的曲线采用2.2节中介绍的方法可以获得。2根轨道可以分别获得各自子坐标系下的曲线。在实际测量时,2个坐标系O1X1Y1Z1和O2X2Y2Z2之间存在着平移和旋转,需要把2个坐标系统一起来。统一后的坐标系OXYZ与O1X1Y1Z1重合,根据2个子坐标系之间的变换矩阵T即可得到坐标系O2X2Y2Z2到坐标系O1X1Y1Z1的变换,用齐次坐标表示的变换公式为[8]

[x1y1z1 1]=[x2y2z2 1]T (13)

变换矩阵T满足

式中,Δx、Δy、Δz分别为沿X、Y、Z轴的平移参数;α、β、γ分别为O2X2Y2Z2绕X2、Y2、Z2轴的旋转角度,以顺时针为正。

通过调整小车起始点位置,很容易实现Δx=0,即2个子坐标系的起点一致。设在O1-O2位置处测得的2条激光束基准间的跨度和高度差分别为S0和ΔH0;在A-B位置处测得的2条激光束基准间的跨度和高度差分别为Sn和ΔHn,且此时小车1和小车2在X方向的位移分别为xA和xB,则有坐标系O2X2Y2Z2绕Z轴旋转的角度:

γ=arctan[(Sn-S0)/xA] (15)

坐标系O2X2Y2Z2绕Y2轴旋转的角度:

β=arctan[(ΔHn-ΔH0)/xB] (16)

在测量2条激光束基准间跨度和高度差时需要沿Y轴方向调平,由于电子水平仪的调平精度为10-3rad量级,故坐标系O2X2Y2Z2绕X2轴旋转的角度α可以控制在10-3rad量级。而β和γ的量级可以这样估算:Sn-S1的量级为10mm,轨道长度xA的量级为105mm,从式(14)可知γ角的数量级为10-4～10-5rad,同理可以推断β角的数量级也为10-4～10-5rad。考虑到α、β、γ都是小参量,为了计算方便可将式(14)按泰勒一次展开为

则式(13)可写为分量式:

由于y2和z2是水平面内和垂直面内的弯曲偏差,其数量级约为1mm,所以式(18)可进一步简化为

同时,式(15)、式(16)亦可简化为

根据式(19)、式(20)即可将O2X2Y2Z2坐标系下的轨道曲线重构到坐标系OXYZ下,如此即可得到图1所示的轨道数学模型,也就可以得到GB/T10183-2005中规定的各项偏差。

3 仿真测量

3.1 单根轨道测量的原理误差

由于轨道弯曲偏差是分水平和垂直两个方向分别测量的[1],不同方向上的测量方法类似,所以可以只对其中一个方向——垂直方向上的测量进行仿真,水平方向与此类似。又考虑到实际轨道曲线是连续且高阶可导的,所以采用正弦曲线来模拟实际轨道。为了尽可能接近实际轨道,取轨道曲线如下式描述:

z1=0.001sin(2πx1/1.5)+0.009sin(2πx1/80) (21)

式(21)表示的意义是每1.5m轨道内的最大侧向偏差为±1mm,每80m内的最大偏差约为±10mm,在300m总长上的最大偏差约为±10mm。

使用式(10)计算轨道弯曲偏差时的原理误差,如图5所示。从计算仿真的结果(表1)可以看到,该测量方法的原理误差的均方根值为35.0nm。

nm

3.2 2根轨道测量的原理误差

设轨道2的曲线描述为

z2=0.001sin(2πx2/1.7)+0.009sin(2πx2/70) (22)

取两个子坐标系基准间的6个参数,如表2所示。

考察O1X1Z1平面以及O2X2Y2Z2在O1X1Z1平面中的投影,如图6所示。由表2给出的数据可知,实际轨道的弯曲很小,可以用|CK|代替|CH|,|C′K′|代替|C′H′|,由此可得到2根轨道分别在各自子坐标系下的测量曲线,如图6所示。

根据式(4)、式(21)、式(22)可得到2根轨道高度差的真值:

ΔhReal=z2-z1 (23)

根据式(19)可得到2根轨道高度差的数值解:

ΔhNumerical=-βx2+z*2+ΔH0-z1 (24)

$z{}_2^{*}=\frac{z{}_2}{\cos [\arctan (\frac{-1}{\dot{z}{}_2(x{}_2)})]}$ (25)

式中,$\dot{z}{}_2(x{}_2)$为轨道曲线z2在x2处的导数值。

那么,该测量方法测量2根轨道高度差时的原理误差即为

εΔh=ΔhNumerial-ΔhReal (26)

其计算仿真的结果如表3和图7所示。可以看到,测量2根轨道高度差时的原理误差的均方根值仅为52.3nm。

nm

以上在垂直方向的仿真结果同样适用于水平方向。综上所述,无论单根轨道的测量结果,还是2根轨道坐标变换后的测量结果,其原理误差都在10nm量级,对于测量极限偏差为10mm、分辨率为0.1mm的轨道各项偏差有足够的原理精度。

4 结束语

提出了一种新型的桥门式起重机轨道测量方法。采用激光束作为测量基准,PSD随移动小车在被测轨道上移动,测量出基准激光束在PSD上的位置即可求得轨道的弯曲数据,在其自身的子坐标系中可以描绘出轨道曲线;利用2根轨道坐标系的变换重构为统一的坐标系,在这个统一的坐标系下,可以同时描绘出2根轨道的曲线,并计算出国家标准GB/T 10183-2005规定的起重机轨道安装后需检测的全部项目。

仿真计算表明,所提出的方法在测量单根轨道和2根轨道弯曲偏差时的原理误差均只有10nm量级,完全符合轨道各项参数测量的精度要求,并符合可测轨道长度300m、跨度50m的要求。与文献[7]中的测量方法相比,本文提出的测量方法虽然存在一定的原理误差,但其被证明是可以忽略的;同时,该测量方法在测量2根轨道的联合弯曲偏差时能够有效地减小轨道长度和角度对测量结果的影响,提高系统的测量精度。

参考文献

[1]国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T10183-2005桥式和门式起重机制造及轨道安装公差[S].北京:中国标准出版社,2006.

[2]张建明.门式起重机大车走行轨道直线度的测量[J].铁道货运,1999(6):32-33.

[3]国家质量监督检验检疫总局.起重机械监督检验规程:国质检锅[2002]296号[S].北京:国家质量监督检验检疫总局,2002.

[4]Kiyofumi M,Thomas H,Eiju T,et al.Straightness Measurements with a Reflection Confocal Optical System—an Experimental Study[J].Applied Op-tics,2002,41(19):3966-3970.

[5]Kuang Cuifang,Hong En,Ni Jun.A High-preci-sion Five-degree-of-freedom Measurement Sys-tem Based on Laser Collimator and Interferometry Techniques[J].Review of Scientific Instruments,2007,78(9):95-105.

[6]Chou C,Chou L,Peng C,et al.CCD-based CMM Geometrical Error Measurement Using Fourier Phase Shift Algorithm[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,1997,37(5):579-590.

[7]吴恩启,杜宝江,张辉辉,等.桥门式起重机轨道检测技术研究[J].无损检测,2007,29(10):578-579.