起重机缓冲

受控行程可将特定工况的冲击分散到一定的时间和距离范围内。

起重机缓冲

如何根据相对接合速度或下落距离、有效运动质量、容许峰值及其基准载荷、可用行程和经验证的力—行程响应，对起重机缓冲器进行初步选型。

作者： Tord Martinsen，首席执行官 · 2025年10月 · 审核于 2026年8月 · 阅读时长6分钟

能量平衡

起重机缓冲器在受控行程内降低负载的相对接合速度。进行初步筛选时，应定义事件中参与运动的有效质量， $m_{eff}$ ，以及相对接合速度， $v_{rel}$ ，或其等效自由下落/运行距离， $h$ :

实际应用： 此筛选是特定工况选型的一项输入；参见 POLARIS起重机缓冲器和工程研究与分析.

E_{event} = \frac{1}{2} m_{eff} v_{rel}^{2} = m_{eff} g h

本页采用的缓冲器侧简化能量容许值为：

E_{available} \approx \mu \eta S W_{ref} (\psi_{allow} – 1)

其中， $\mu$ 是物理行程中特定工况下的可用比例， $\eta$ 表示筛选所采用的经验证力—行程响应， $S$ 是物理行程， $W_{ref}$ 是作为DAF基准的规定静载荷， $\psi_{allow}$ 是容许峰值与该基准值之比。由此得出的初步所需行程为：

S_{req} \ge \frac{m_{eff} v_{rel}^{2}}{2 \mu \eta W_{ref} (\psi_{allow} – 1)}

这是筛选关系式，并非最终峰值载荷验证。最终选型需校核设定的力—行程曲线、起重机/钢丝绳/索具刚度和预载、行程裕量、事件重复频率、复位和热负荷、环境、方向以及项目/船级社依据。

筛选示例。 假设 $m_{eff}=m_{ref}$ ，物理行程为1 m，特定工况的可用行程比例为 $\mu=0.9$ , $\eta=0.5$ ，容许峰值为 $\psi_{allow}=1.3$ 。符合该简化能量容许值的等效事件距离为：

h_{cap} = \mu \eta S (\psi_{allow}-1) = 0.9 \cdot 0.5 \cdot 1 \cdot 0.3 = 0.135\ \text{m}

对于 $v_{rel}=1.25\ \text{m/s}$ , $h_{event}=v_{rel}^{2}/(2g)\approx0.080\ \text{m}$ 。由于0.080 m小于0.135 m，在所述假设下，此工况通过简化能量筛选。仅凭该结果不能证明瞬态峰值低于1.3；还必须通过耦合系统及设定的力—行程响应进行验证。

确定正确的行程长度

下方简化图表展示了最大相对接合速度与物理行程及容许DAF之间的关系。图中数值对应于 $\mu=0.9$ , $\eta=0.9$ , $g=9.81\ \text{m/s}^{2}$ 和 $m_{eff}=m_{ref}$ 。这些是图表假设，并非通用产品参数。选型前应采用项目特定的可用行程比例、经验证的力—行程响应、有效质量和规定的DAF基准。

筛选计算示例：由相对速度确定行程

事件。 采用起重机载荷图表页面中的甲板吊装示例：相对接合速度v_rel = 1.25 m/s。等效自由下落/运行距离：h = v²/2g ≈ 8 cm.
规定的假设。 令m_eff = m_ref，物理行程S = 1 m，可用行程比例μ = 0.9，能量系数η = 0.5，容许DAF ψ_allow = 1.3。这些是示例输入，不可直接作为其他设计的参数。
筛选。 简化容许值为h_cap = μ η S (ψ_allow−1) = 13.5 cm。由于8 cm ≤ 13.5 cm，该示例通过此项能量筛选。仍须对设定的力—行程曲线和耦合系统进行瞬态校核，以验证实际峰值。

上一节图表属于单独的筛选示例，并采用其图注中规定的假设。

缓冲器类型

本页比较两种常见结构：

传统蓄能器式缓冲器通常将外置蓄能器中的气弹簧与液压流量节流装置结合使用。不同运动方向可采用不同的节流特性，且节流装置可以可调，也可以不可调。
POLARIS，Norwegian Dynamics的专利轻量化结构，以少量内部气体作为气弹簧，并在一个液压缸内采用经CFD设计的阀，无外置蓄能器或针阀。对于适用的上部设施冲击工况，较少的外部部件可减轻重量、缩小尺寸并降低成本；最终性能和设置仍取决于具体配置和工况。

传统与轻量化起重机缓冲器对比：工作原理、可调性、重量与占用空间、成本与设置以及供应。
	蓄能器式结构	POLARIS结构
工作原理	外置蓄能器中的气弹簧 + 液压流量节流装置	一个液压缸内的少量内部气体 + 经CFD设计的阀，无外置蓄能器或针阀
调节	节流装置可以可调，也可以不可调	根据规定的事件和配置选择阀及预设值
重量与占用空间	外部部件会增加质量和甲板占用空间	外部部件较少；对于适用的同等工况，重量更轻、尺寸更小
成本与设置	取决于配置	对于适用工况，集成式布局可降低成本并缩短设置时间
供应	多家供应商	专利产品，由Norwegian Dynamics供应（POLARIS)

可先作如下区分：单次冲击或过载事件适合采用缓冲器；反复的波浪周期运动和连续张力工况适合采用升沉补偿。事件重复频率、复位时间、热负荷和可用行程决定临界工况的选择。