桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为及其影响因素研究

桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为及其影响因素研究

赵昕生

中国人民武装警察部队工程大学  陕西省西安市  710086

摘要：本研究探讨了桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为及其影响因素。先分析了起升和运行过程中的动力学行为，揭示了起重机在不同阶段的运动特性。接着，探讨了结构因素如刚度、强度和设计参数，工作条件因素如环境湿度、温度和海拔高度，以及操作因素如操作人员技能和经验对起重机动力学行为的影响。

关键词：桥式起重机；桥梁吊运；动力学行为；影响因素

桥式起重机作为重要的物流运输设备，广泛应用于桥梁建设、船舶制造等领域。在桥梁吊运过程中，桥式起重机的动力学行为直接影响其作业效率和安全性。因此，对桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为及其影响因素进行研究，对于提高起重机性能、降低事故发生率具有重要意义。

一、桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为分析

（一）起升过程动力学行为

在起升过程中，桥式起重机的动力学行为是一个复杂且关键的过程，它直接影响起重作业的效率、稳定性和安全性。这个过程可以分为几个明显的阶段：空行程阶段、预张紧阶段以及起吊阶段。每个阶段都展现了不同的动力学行为特点，对于理解整个起升过程的动力学特性至关重要。首先在空行程阶段，桥式起重机的起升机构开始工作，但尚未接触到被吊物体。此时，钢丝绳在卷筒或滑轮上逐渐收紧，形成了一个准备起吊的状态。在这个阶段，起重机的主要动力学行为体现在钢丝绳的拉伸和收缩，以及起升机构的驱动特性上。尽管没有直接的吊装载荷作用，但钢丝绳的收紧过程为后续的吊装工作做好了准备。接下来是预张紧阶段，当起重机开始接触并提升被吊物体时，这个过程就开始了。在这个阶段，起重机金属结构开始受到由吊装载荷引起的受迫振动。这是因为当吊装载荷突然作用在起重机上时，金属结构会受到一个瞬间的冲击，从而引发振动。这种振动可能会影响到起重机的稳定性和安全性，因此需要通过合理的结构设计和控制策略来减小其影响。最后是起吊阶段，这是整个起升过程中最重要的阶段。在这个阶段，起重机已经成功地提升了被吊物体，并进入了稳定的吊装状态。此时，整个“弹簧-质量系统”（包括吊装载荷、钢丝绳、起升机构和起重机金属结构）处于自由振动状态。这种自由振动是由于系统内部的弹性和惯性力引起的，它会影响起重机的动态性能和吊装稳定性[1]。

（二）运行过程动力学行为

桥式起重机的运行过程是其作业循环中的关键环节，其动力学行为直接关系到吊装作业的效率与安全性。在运行过程中，起重机面临着一系列复杂的力学挑战，这些挑战来源于多种影响因素的交织作用。一方面，运行速度是其中一个关键参数。它直接关联到起重机的工作效率，同时也影响着空气阻力和摩擦力的大小。随着速度的提升，空气阻力逐渐增大，这不仅增加了起重机的能耗，还可能对其结构造成额外的振动和应力。在设定运行速度时，需要综合考虑能耗、效率和稳定性等因素，确保起重机在高效运行的同时，也保持足够的稳定性。另一方面，运行距离的长短同样对起重机的动力学行为产生影响。长距离的运行要求起重机具备更高的耐久性和稳定性。在长时间的运行过程中，起重机各部件之间的摩擦和磨损会逐渐累积，可能导致性能下降甚至故障。长距离运行还意味着起重机需要跨越更多的轨道和路段，不同路段的轨道状况差异可能导致运行的不稳定性增加。最后，轨道状况是影响起重机运行稳定性的重要因素。平整、坚实的轨道能够确保起重机平稳运行，而凹凸不平、存在缺陷的轨道则可能引发振动和冲击。这些振动和冲击不仅影响起重机运行的平稳性，还可能对吊装物体和起重机本身造成损害。因此，定期对轨道进行检查和维护，确保其平整度和质量符合要求，是保障起重机稳定运行的重要措施。

二、影响桥式起重机动力学行为的主要因素

（一）结构因素

桥式起重机的结构在决定其动力学行为中占据核心地位。金属结构的高刚度确保了起重机在承受吊装载荷时能保持稳定，减少形变，提高作业精度。同时，结构的强度也至关重要，它决定了起重机在承受压力时的耐久性和安全性。起重机械的设计参数，如跨度、起升高度和运行速度，直接影响其作业效率和适应性。另外，行走轮压力的严格控制也必不可少，它需小于梁底允许压力，以保障起重机在行驶过程中的平稳与稳定，从而确保整体作业的安全和高效。

（二）工作条件因素

起重机的工作条件是其动力学行为不可忽视的重要因素。环境因素，如高湿度、大量尘埃和腐蚀物，会严重影响起重机械的长期使用寿命，并可能导致电气设备出现故障，从而影响其稳定性和可靠性。此外，工作温度的变化范围以及操作海拔高度也会对起重机的性能产生显著影响。高温可能导致润滑油变质、电气元件过热，而低温则可能使金属结构变得脆性。高海拔地区的大气压力和氧气浓度变化也可能影响发动机的燃烧效率和电气设备的运行。所以，在选择起重机型号和进行参数设置时，必须充分考虑这些工作条件因素，以确保起重机在各种环境下都能稳定、高效地运行。

（三）操作因素

操作人员的技能和经验在桥式起重机的运行中扮演着至关重要的角色，它们直接影响着起重机的动力学行为。在起吊过程中，操作人员不仅需要具备精准的控制技巧，还需要有深厚的经验积累。他们必须能够准确判断吊装物品的重量和形状，合理控制起升速度和加速度，避免过快或过慢的操作导致起重机产生过大的冲击载荷，从而损害设备或危及安全[2]。另外，操作人员还需时刻保持对安全防护装置的关注，确保这些装置在吊运过程中处于良好状态，能够及时发现并处理潜在的安全隐患。指挥信号的清晰度也至关重要，操作人员必须能够准确理解指挥信号的含义，确保吊运作业按照预定的计划进行，避免发生误操作或事故。所以，提高操作人员的技能和经验，对于保障桥式起重机安全、高效运行具有重要意义。

三、结语

本研究深入探讨了桥式起重机在桥梁吊运中的动力学行为，详细分析了起升和运行过程中的动力学特性。识别了结构因素、工作条件因素以及操作因素对其动力学行为的重要影响。这些研究不仅有助于更好地理解桥式起重机的运行机理，也为提升其在桥梁吊运中的安全性和效率提供了有力的科学依据。未来，期待通过进一步优化设计和操作，使桥式起重机在桥梁建设中发挥更加稳定、高效的作用。

参考文献

[1]郝海龙. 钢结构景观桥梁吊运安装技术的研究与应用[J]. 绿色环保建材, 2019, (03): 95-96.

[2]刘建伟. 跨铁路桥梁施工技术[J]. 建筑技术开发, 2019, 46 (03): 131-132.