岸桥的轮压和稳定性计算

岸桥轮压与稳定性

一、概述

支承力是起重机的重要参数，是起重机运行机构车轮装置设计和打滑验算的依据，也是轨道、起重机支承结构及码头水工结构设计的原始数据。起重机支承力是指移动式起重机在整个使用寿命中与基础支承结构接触时，基础对起重机的反作用支承力，是轮压（或腿压）概念的扩充，包括三个分量：

—水平面内垂直大车行走方向的支承力，引起该支承力的外载荷有起重机偏斜运行引起的水平侧向载荷、小车运行惯性载荷、方向风载荷等；

—水平面内平行大车行走方向的支承力，引起该支承力的外载荷有作用在车轮上的摩擦力、大车运行惯性载荷、方向风载荷等；

—铅垂方向的支承力。此即通常意义上的腿压或轮压，继承轮压计算的习惯，以压为正。

二、轮压的计算

岸桥大车或小车运行机构的计算、大车或小车运行车轮与轨道接触表面挤压应力的验算、大车或小车主动车轮数目的确定和打滑验算等，都与岸桥大车或小车轮压大小有关。此外岸桥大车运行轨道以及铺设轨道的码头水工建筑结构的选择与设计计算，都以大车的轮压值为首要依据。可以说，轮压是岸桥的主要技术参数之一，轮压计算是岸桥设计计算的主要内容之一。

起重机初步设计时的轮压计算只能是估算，因为有很多影响大车或小车轮压的因素，如各部分的质量及重心位置、迎风面积及形心位置等，只能通过经验或与同类产品类比得到。随着设计计算的逐步深入、完整，待各部分的结构形式、迎风面积、质量等影响轮压值的因素确定以后，才能精确地算得轮压。

（一）计算工况

计算中，起重机及其部件的位置，载荷的影响，风载荷的方向，应取最不利方向和作用效果进行组合，详见表5-2-3。

、大车不动，小车满载在最大外伸距处起、制动，有工作风、风向为最不利方向；

、大车没有起制动，小车空载运行起制动，有工作风、风向为最不利方向；

、大车起、制动，小车空载，有工作风、风向为最不利方向； 

、大车没有起、制动，小车空载，有非工作风、风向为最不利方向。

表5-2-3 起重机支承力计算载荷组合表

载荷
起重机自重载荷
起升载荷
风载荷/	—
惯性载荷		—		—
偏斜载荷	—		—	—

注：——，主要是吊具质量引起的载荷。

应用表5-2-3中载荷组合时必须注意以下几个问题：① 各载荷组合按最不利状态求出最大和最小轮压，用于运行机构零件及金属结构的强度计算等；② II、III类载荷组合的最小轮压用于主动车轮的打滑验算；③ I、IV类载荷组合用于验算码头或轨道的承载能力；④当设计防风拉索、夹轨器或其他类似防风装置时，可按具体情况计算。

（二）计算方法

由于岸桥几乎都采用四支点支承的结构型式，它具有制造方便，抗倾覆稳定性好等优点。但四点结构的轮压分布是个静不定问题，其支点垂直压力的分配，与岸桥的整机金属结构及基础的刚性有关；还与岸桥及轨道的制造和安装精度等因素有关。因此，按静不定系统精确计算轮压值是十分困难的。在实际的设计计算中，都是在某种近似假定下进行。通常根据岸桥金属结构及基础的刚度大小、变形情况，按以下两种理想状况考虑：

a．刚性车架支承假设；

b．铰接车架支承假设。

由于两种假定条件不同，其计算结果略有区别。通常按刚性支架假定计算的最大轮压要比按铰接支架假定的小一些，而最小轮压则比按铰接支架假定的要大一些。本章中仅介绍在港口起重机行业内应用最为广泛的建立在刚性车架支承假设基础上的轮压计算公式。

1．大梁水平时

在岸边集装箱起重机轮压计算中的受力情况，应考虑风载荷和小车位于前侧悬臂端部最大位置时起（制）动水平惯性力及小车自重载荷作用位置的不同对轮压分配的影响。轮压计算利用基础篇中第四章公式（1-4-11），各行走轮的轮压（）为

（5-2-13）

式中：——单根支腿上的车轮个数；

——过坐标原点O 的轴向（沿轴）载荷；

、——绕轴或轴的弯矩，弯矩的方向如图5-2-21所示。

图5-2-21岸边集装箱起重机的轮压计算图（大梁水平）

注：图中O点为四支腿所构成矩形的形心。

各部分的自重和所承受载荷的大小和作用位置（见图5-2-21）如下所示：

（1）固定部分

起重机自重（除俯仰部分和小车自重外），重心沿小车运行方向距海侧支腿的水平距离为，不考虑沿大车运行方向上的左右非对称性。

（2）俯仰部分

俯仰部分（前大梁及其附属部件）自重，重心距海侧立柱的水平距离为；

（3）移动部分

小车自重，起升载荷（按不同的工况，起升载荷分别为吊具自重或吊具自重+吊载重量）；载荷及/的作用线距海侧支腿的水平距离为，不考虑集装箱的偏心。 

（4）外载荷

1）风载荷（工作状态风载荷）

风载荷的合力沿大车运行放向和小车运行方向分解，其中：

沿小车运行方向的风载荷为（不考虑左右的非对称性），载荷的合力中心高度为；

沿大车运行方向的风载荷为，载荷的合力中心高度为，其作用线距一侧支腿的水平距离为。

2）惯性载荷（包括地震载荷、坡道阻力等）

惯性载荷包括地震载荷、坡道阻力、碰撞载荷和机构运行惯性载荷等，这里以合力的形式出现。

沿大车运行方向的惯性载荷为，载荷合力中心的高度为；

沿小车运行方向惯性载荷为，载荷作用在小车车轮与轨道的接触面上，合力中心的高度为。

将这些力向大车支腿中心点平移后，则其刚性车架上作用的内力为：

沿轴的轴力：（按不同的工况，取或）

绕轴的弯矩：

绕轴的弯矩：

将、、代入式（5-2-13）中，其的轮压为：

（5-2-14）

特别注意，在公式应用的时，要根据轮压计算的载荷组合表补充各载荷相应的系数。

2．大梁仰起时

图5-2-22岸边集装箱起重机的轮压计算图（大梁仰起）

注：图中O点为四支腿所构成矩形的形心。

各部分的自重和所承受载荷的大小和作用位置（见图5-2-22）如下所示：

（1）固定部分

起重机自重（除俯仰部分和小车自重外），重心沿小车运行方向距海侧支腿的水平距离为，不考虑沿大车运行方向上的左右非对称性。

（2）俯仰部分

俯仰部分（前大梁及其附属部件）自重，重心距海侧立柱的水平距离为；

（3）移动部分

小车自重，起升载荷（按不同的工况，起升载荷分别为吊具自重或吊具自重+吊载重量）；前大梁仰起时，小车位于停车位，载荷及/的作用线距海侧支腿的水平距离为，不考虑集装箱的偏心。 

（4）外载荷

1）风载荷（非工作状态风载荷）

风载荷的合力沿大车运行放向和小车运行方向分解，其中：

沿小车运行方向的风载荷为（不考虑左右的非对称性），载荷的合力中心高度为；

沿大车运行方向的风载荷为，载荷的合力中心高度为，其作用线距一侧支腿的水平距离为。

2）惯性载荷

惯性载荷为地震载荷，这里以合力的形式出现。

沿大车运行方向的惯性载荷为，载荷合力中心的高度为；

沿小车运行方向惯性载荷为，载荷作用在小车车轮与轨道的接触面上，合力中心的高度为。

将这些力向大车支腿中心点平移后，则其刚性车架上作用的内力为：

沿轴的轴力：（按不同的工况，取或）

绕轴的弯矩：

绕轴的弯矩：

将、、代入式（5-2-14）中，其的轮压为：

（5-2-15）

特别注意，在公式应用的时，要根据轮压计算的载荷组合表补充各载荷相应的系数。

二、稳定性计算

（一）验算工况

当起重机稳定力矩的代数和大于倾覆力矩代数和时，认为起重机是稳定的。可按表5-2-4规定的载荷组合数据验算起重机的稳定性。计算中，起重机及其部件的位置，载荷的影响，应取最不利方向和作用效果进行组合。

、基本稳定性——无风时起升静试验载荷；

、动态稳定性——有风工作时起升正常工作载荷；

、抗后倾稳定性——有向后工作风且突然空中卸载；

、抗暴风稳定性——非工作状态遭暴风袭击。

对于无轨运行的起重机，当起重机需要在斜面上工作时，必须考虑起重机支撑面斜度对稳定性的影响。

表5-2-4 整机稳定性计算载荷组合表

载荷
起重机自重载荷
起升载荷	1.6	1.35	-0.2	—
风载荷/	—			1.2
惯性载荷	—		—	—

注：——由制造商规定的有效起升载荷，不包括吊具质量引起的载荷。

（二）验算方程

1．基本稳定性（无风、静载）

此时满载起重小车位于最大外伸距（或后伸距）处，其计算简图参见图5-2-21。

稳定性要满足的方程是：

（5-2-16）

式中各符号的意义见岸边集装箱起重机的轮压计算。

2．动态稳定性（有风、动载）

有风动载情况下的抗倾覆稳定性计算分两种情况考虑。其一是沿小车运行方向的抗倾覆稳定性；其二是沿大车运行轨道方向的抗倾覆稳定性。

（1）沿小车运行轨道方向

满载起重小车位于前大梁端部向海侧紧急制动、风从陆侧吹向海侧时，稳定性验算方程为：

（5-2-17）

满载起重小车位于后大梁端部紧急制动、风从海侧吹向陆侧时，稳定性验算方程为：

（5-2-18）

（2）沿大车运行轨道方向：满载小车位于跨中指定位置，风沿大车轨道方向作用，起重机起（制）动时，稳定性验算方程为：

（5-2-19）

3．抗后倾稳定性（有风且突然空中卸载）

空载小车位于前大梁端部向海侧紧急制动、风从海侧吹向陆侧时，稳定性验算方程为：

（5-2-20）

4．抗暴风稳定性（非工作状态遭暴风袭击）

根据起重机的结构特性和工作特点，在非工作状态下最大风载工况的自身稳定性验算必须考虑一下两种情况：沿小车轨道方向；沿大车轨道方向。这两种情况均应考虑前大梁有可能处于水平位置或仰起两种状态，应分别进行验算。

（1）沿小车轨道方向

小车位于跨中指定位置，吊具落地，前大梁水平或仰起，风从海侧吹向陆侧，起重机在垂直于大车轨道方向的自身稳定性验算方程为：

（5-2-21）

小车位于跨中指定位置，吊具落地，前大梁水平或仰起，风从陆侧吹向海侧，起重机在垂至于大车轨道方向的自身稳定性验算方程为：

（5-2-22）

（2）沿大车轨道方向

小车位于跨中指定位置，吊具落地，前大梁水平或仰起，风沿大车轨道吹，起重机在沿大车轨道方向的自身稳定性验算方程为：

（5-2-23）

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