专为克拉斯诺达尔港严冬设计的超低温龙门起重机：先进的设计解决方案

我们的客户为俄罗斯南部的克拉斯诺达尔港购买了一台超低温龙门起重机，该港口位于西伯利亚，纬度较高，冬季气候严酷。为了确保起重机在低至 40°C 的温度下运行，在设计和选择钢结构、机械部件和电气系统时都进行了特别考虑。我们组建了一支由经验丰富的设计师和工程师组成的专门团队，与俄罗斯同行密切合作，进行工艺设计和设备选择，以应对特定的环境挑战。

高纬度地区的寒冷环境对性能的影响巨大 龙门起重机，并应采取必要的措施应对低温环境，包括极寒天气对门式起重机运行效果和可靠性的影响。按照传统的结构型式，门式起重机的设计和制造已不能满足高纬度地区使用的特殊要求，需要寻求新的专用设计结构、新的设计理论、工艺方法。

超低温龙门起重机问题

当环境温度低于-20℃时，通常使用的钢材强度会大大降低，而脆性则增大，这严重削弱了钢材正常的力学性能，钢结构的收缩变形会造成结构破坏。

在低温环境下，电线电缆容易变得僵硬甚至断裂，润滑油变稠，制动轮、钢丝绳、车轮、轨道等容易受到冰雪的侵蚀，电器元件和各种保护装置容易工作不正常甚至失效，导致龙门起重机不能正常工作。

因此，超低温龙门起重机的开发与研究势在必行。

超低温龙门起重机的设计特点

要保证龙门起重机能在低温环境下正常工作，需要解决四个问题：一是低温环境下材料脆性的设计；二是低温环境下传动机构的可靠性防护；三是低温环境下电器元件的加热保温措施；四是温度大范围变化引起的龙门起重机内应力的释放。根据低温环境对龙门起重机的主要影响，设计时应充分考虑以下五个方面。

1. 低温环境下钢结构的抗脆性研究

门座起重机结构属于典型的箱形梁或桁架梁钢结构，试验证明，当环境温度低于-20℃时，钢结构的抗脆性随工作温度的下降而呈平方比例迅速下降，因此在低温环境下钢结构的抗脆性设计和强度设计同样重要。

通过研究许多破坏实例证明，钢结构在低温环境下发生脆性破坏的部位，大多发生在由于设计或加工工艺不当而引起的应力集中处，包括焊缝交叉处、尖角、开孔、截面突变处等。这些部位受力较大，容易发生脆性开裂，导致钢结构力学性能的失效。为此，河南矿山起重机在钢结构设计中采取了以下措施，以应对低温环境对钢结构的影响。

（1）采用耐低温材料，如Q345E结构钢，低温稳定性好，脆性开裂性低。

（2）结构设计应尽量采用圆角过渡；当结构必须开孔时，不应有尖锐的或有弯曲度的孔角，应采取措施加强孔的周边强度，即采用“环”型结构设计。

(3)箱型梁构件截面形状不宜急剧变化，应保留一定长度的过渡段，以使应力变化平缓。

（4）布置时不宜重叠交错，而应适当分散；要尽量保证焊缝及焊接结构能不发生变形；不宜采用使应力集中较为严重的非对称单边搭接焊缝，尽可能采用对接接头。

2.低温环境下传动机构的保护

超低温门式起重机的传动机构主要是起升机构和运行机构两部分，由电动机、减速器、联轴器、传动轴、制动器、轮对等一系列由不同材料制成的零部件组成。这些零部件在低温环境下有不同的破坏倾向，河南矿山起重机采用以下措施来应对：

（1）尽量采用一体化传动结构，减少传动环节，减少所需的传动零部件，同时一体化结构占用空间小，安装方便，并可进行多种保护。

（2）通过合理的设计结构布局，采用保温型防护罩对主要传动装置进行保护。通过封闭式设计布局将起重小车改造成封闭结构，采用保温材料封闭然后在小车内部安装温度检测装置，当环境温度低于设定的温度值时，自动启动加热装置。将小车内部温度有效地控制在合适的范围内，消除了低温环境对小车运行的影响。

（3）对于部分难以防护的传动部件，除了需要进行低温环境、材料脆性力学试验外，还要在润滑剂的选择、减少运行冲击等方面采取措施。超低温龙门起重机应采用软启动电机，并采用PLC+变频器控制，使整体运行平稳，减少运行启动过程中的冲击载荷

（4）采用耐低温材料如Q345E钢等，使用前应进行低温环境（-45℃）力学性能检测。有条件的企业，应对主要原材料进行低温环境试验，还要进行焊接工艺评定，特别是-45℃温度下的焊缝、焊缝金属工艺评定，以及力学性能检测。

3.低温环境下电器元件的预热与绝缘

电气元件正常工作温度一般为0℃～40℃，过高或过低的温度都会对电气元件产生较大的影响。据统计，当温度低于正常温度10℃时，PLC、变频器等控制元件、控制元件的可靠性将下降25%。为确保电气控制系统正常工作，河南矿山起重机采取以下措施：

（1）超低温龙门起重机应设置绝缘电气室，将电气元件安装在电气室内，电气室内安装加热装置。当环境温度低于-20℃时，超低温龙门起重机在电气室内开始工作时应进行预热，达到室温环境后，再开始正常工作。

（2）电源线采用耐低温、耐紫外线的橡胶电缆替代PVC电缆，延长电缆在低温环境下的使用寿命。

（3）起升机构和运行机构的电动机均设有加热器，在低温环境下工作前进行预热，工作后进行保温；对于室外使用的超低温门式起重机，电动机的防护等级不低于IP66。

（4）不能安装在绝缘电气室内的电器元件，应安装在防护等级不低于IP55的电气箱内，电气箱还应设有加热绝缘装置。

4.大范围的温度变化引起门式起重机结构内部应力的释放

高纬度地区冬季与夏季环境温度巨大的温差会造成材料的热胀冷缩，对大跨度门式起重机的钢结构会产生巨大的影响，河南矿山起重机要采用相应的措施来处理结构随气温变化而引起的结构内应力的变化。

首先，钢结构应设计成对称结构，截面变化均匀，这样整个结构随温度变化的变形是可以控制的。

其次，钢结构应尽可能采用静力结构设计，并采用可调式球铰支座，可以消除钢结构变形产生的内应力。需要注意的是，采用静力结构会降低整个结构的刚度，容易出现超低温龙门起重机跑偏、啃轨等现象，因此需要通过电气纠偏、设置水平导向轮等措施，保证超低温龙门起重机的稳定运行。

5.安全设计

起重机起升机构采用适应“恒温”特点的封闭式结构设计；大车运行机构宜采用三合一驱动，即电动机、减速器、制动器一体化运行机构，并采用蹄式制动，选用耐低温的润滑剂。

超低温龙门起重机均在室外使用，河南矿山起重机设计了轨道加热装置和刮雪机构，避免积雪过多，轨道结冰、打滑，影响起重机的安全使用。

总结

超低温龙门起重机的设计需要考虑采用新材料、新技术、新工艺进行创新发展。河南矿山起重机为俄罗斯克拉斯诺达尔港龙门起重机项目的成功开发和应用，对推动超低温龙门起重机的创新起到了积极的作用，特别是对极寒状态下的超低温龙门起重机钢结构和电气可靠性等技术积累了数据和经验。主要技术成果也可应用于其他特殊地理区域使用的产品设计。

克里斯塔尔

起重机OEM专家

拥有8年定制起重设备经验，帮助10,000+客户解决售前问题和疑虑，如果您有任何相关需求，请随时联系我！

微信： +86 199 1373 9708

电子邮件： krystalli@kscranegroup.com