[发明专利]门式起重机箱梁抗风减载仿生结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种门式起重机箱梁抗风减载仿生结构及其设计方法，门式起重机箱梁抗风减载仿生结构为贴附于门式起重机箱梁迎风面的粒突箱鲀鱼嘴仿生结构。该门式起重机箱梁抗风减载仿生结构的流线型弧面避免了箱梁迎风面腹板两侧的边界层分离，从而降低了由边界层分离带来的结构扰动，使箱梁结构在流场中的风致荷载波动幅值减轻，从而提高了起重机机构运行的平稳性；而且，在基本不改变起重机箱梁承载特性及运行方式的基础上，以贴附方式改箱梁的绕流特性，可以大幅降低箱梁的顺风向风荷载，风荷载降幅可达66.5％，从而减轻门式起重机大车运行负荷，节能减排。

技术领域

本发明属于大型门式起重机设计及应用技术领域，涉及门式起重机箱梁抗风减载设计技术。

背景技术

风荷载是指空气流动对工程结构所产生的压力。由于风荷载占起重机大车运行电机负载的60％～70％，其中起重机主梁风荷载占整机风荷载的60％～80％。因此，风荷载是起重机运行及结构校核的主要荷载。而且，随着工业生产规模的不断扩大，生产效率和自动化水平的不断提高，起重机结构向高、大、细、长的方向不断发展。不论是在港口岸桥还是在内陆的集装箱货场，风荷载对于起重机结构的影响愈发的凸显。

门式起重机通常由主梁、刚性支腿及柔性支腿三大部分及端梁等附属结构组成，对于大吨位门式起重机，其主梁通常为串列双梁结构，柔性支腿较为细长，用以抵消结构形变产生的结构内力，刚性支腿较为粗壮。以中山基地2000t门式起重机为例，其结构形式如图1所示，主梁a1、主梁b2、上端梁a3和上端梁b7顺次衔接成串列双梁结构，柔性支腿a4、柔性支腿b5和下端梁a6顺次衔接安装于上端梁a3的下方，刚性支腿a8、刚性支腿b9和下端梁b11顺次衔接安装于上端梁b的下方，中横梁连接与刚性支腿a8和刚性支腿b9中部。从图1中可以看出，主梁截面尺寸较大，且横置于高位，因而风荷载受载工况更加的恶劣，门式起重机风荷载分布呈现“头重脚轻”的特点。对于此类大型门式起重机，主梁是结构中的最大迎风构件，其迎风面积占比超过整体结构的50％。

通过对国内外研究现状的分析发现，起重机结构风致效应特性的研究非常薄弱，研究多集中在塔式及岸桥起重机领域，对门式起重机风致效应的研究较少，而《起重机设计规范》中对于起重机风荷载的计算只有一个风力系数的简略描述。随着越来越多风毁事故的发生，起重机结构风特性的研究愈发迫切，但目前的研究多为单一的、不成体系的特例研究，没有全面而系统的研究揭示起重机风致效应特性。同时针对起重机结构的抗风减载设计还较为空白。

近年来，随着门式起重机结构的大型化、柔性化发展趋势，门式起重机结构的风致效应愈发的明显。因此，设计针对门式起重机主梁的抗风减载结构，对于有效降低门式起重机运行负载、降低能耗具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中缺少门式起重机主梁防风减载结构的技术问题，本发明目的旨在提供一种门式起重机箱梁抗风减载仿生结构，有效降低箱梁风阻力，减轻门式起重机大车运行负载，节能减排。

本发明的另一目的旨在提供上述门式起重机箱梁抗风减载仿生结构设计方法，设计出合理的门式起重机箱梁贴附结构。

本发明的第三个目的旨在提供上述门式起重机箱梁抗风减载仿生结构制作方法。

为达到上述目的，本发明提供的一种门式起重机箱梁抗风减载仿生结构，为贴附于门式起重机箱梁迎风面的鱼嘴流线仿生结构。由于起重机金属结构已经形成成熟且稳定的设计方法，对金属结构的改变很容易影响起重机箱梁的受载特性及使用安全性。因此本发明提出箱梁贴附结构，可以在基本不改变箱梁承载特性的前提下，实现起重机箱梁绕流外型的改变。进一步地，粒突箱鲀鱼为略呈正立方体的盒型结构，从前至后由鱼嘴、鱼体和鱼尾组成。粒突箱鲀鱼的盒型结构并不影响其游速，是由于鱼嘴处的流线型弧面改变了来流的绕流方式因而带来了低流阻特性。粒突箱鲀鱼的鱼体结构与起重机箱梁截面类似，由此本发明提出的箱梁贴附鱼嘴流线仿生结构优选为粒突箱鲀鱼嘴仿生结构。