起重机缓冲器

缓冲器的作用

吊装平稳时，缓冲器像索具中的连接件一样承受静载荷。当负载受到猛拉、下落或溜动时，缓冲器产生行程。气弹簧吸收事件初期的冲击，随后阀门在设定压力下开启，使缆索拉力上升至设定水平附近，并在运动负载减速至停止期间保持在该水平附近。事件能量转化为液压油的热量，避免起重机、钢丝绳和索具承受力的峰值冲击。

力与行程曲线的形状决定了行程的利用程度。若曲线迅速升至允许峰值并保持该水平，行程就能得到充分利用；若上升缓慢，初段行程的利用率便较低。这一比例就是下文行程初步筛选中的系数η。

行程选型

事件带来动能：有效运动质量 m_{\text{eff}} 以相对接入速度 v_{\text{rel}}. 运动。用等效自由落体距离来表示通常更直观： h:

缓冲器可在其可用行程内，利用高于静载荷且不超过允许峰值的作用力。设 W_{\text{ref}} 为DAF所依据的静载荷， \psi_{\text{allow}} 为允许DAF， S 为行程， \mu 为可用行程比例， \eta 为负载停止前力与行程曲线填满该矩形的比例（图 1），则可吸收的能量为：

令两者相等，可得初步筛选所需的行程：

本文采用 \mu = 0.9，以便在行程终点留出余量，并采用 \eta = 0.5，在计算示例和图 2 中也一样。实际曲线约填满该矩形的一半：作用力需要经过部分行程才上升，并随负载减速而回落。在下文的溜桩研究中，曲线约填满矩形的0.53，所用行程为4.98 m，因此取0.5较为接近，也偏于保守。

计算示例

1. 事件。 负载以从以下高度自由落体所对应的速度接入： h = 0.50\ \text{m}: v_{\text{rel}} = \sqrt{2 g h} \approx 3.13\ \text{m/s}.
2. 限制条件。 允许DAF为1.3，有效质量等于参考质量， \mu = 0.9，并且 \eta = 0.5.
3. 行程。 当两者质量相等时，初步筛选公式化为
   S \ge \frac{h}{\mu\, \eta\, (\psi_{\text{allow}} – 1)}
   因此
   S \ge \frac{0.50}{0.9 \cdot 0.5 \cdot 0.3} \approx 3.70\ \text{m}
   4 m行程的缓冲器满足初步筛选要求。

初步筛选只校核能量。实际峰值取决于设定的力与行程曲线，以及起重机、钢丝绳和索具的刚度；还需通过瞬态分析确认DAF低于允许值，并留有行程余量。

与溜桩工况对照

在我们采用相同条件进行对照的CONSTELLATION研究 CS-2026-005中，合计运动质量为1,500 t的桩与桩锤以5.0 m/s溜动。同一模型采用同一组参数运行两次：一次使用刚性连接，另一次使用2,000 t POLARIS，其行程为6.0 m。

初步筛选结果与之相符。1,500 t运动质量以5.0 m/s运动时，动能为

以16,553 kN的吊钩静载荷、研究所得DAF及 \mu\, \eta = 0.9 \cdot 0.5 = 0.45, 计算，每米行程可吸收

因此初步筛选要求 18.75 / 3.203 \approx 5.85\ \text{m} 的行程。6.0 m缓冲器满足要求，仿真中使用了4.98 m。 阅读溜桩制动研究 →

缓冲器还是升沉补偿器？

单次事件通常选用缓冲器；反复的波浪周期运动或持续张力工况通常选用 升沉补偿。从补给船吊起负载体现了两者的分界。船舶下沉、钢丝绳承接负载时，每次起吊会发生一次突发冲击，因此可由 POLARIS 等缓冲器吸收。若吊装期间负载始终与运动中的甲板相连，则应使用升沉补偿器。对于介于两者之间的情况，需要根据事件重复频率、设备复位所需时间、反复事件产生的热量和可用行程来判断。

两种结构方案

传统缓冲器将气弹簧设于外部蓄能器中，并通过节流装置控制液流；节流装置可以可调，也可以不可调。我们的轻量化设计POLARIS将少量气体置于单个液压缸内，并以经CFD设计的阀门控制液流。