大跨度橋式起重機小車啃軌原因分析及改進方法

劉春美

（云南機電職業技術學院，云南 昆明 650203）

0 引言

“啃軌”是起重機（小車）的車輪輪緣與軌道的側面接觸，在運行過程中產生摩擦與磨損的一種現象。車輪輪緣與軌道側面的單側理論間隙一般可定為5～15mm，只要起重機（小車）運行過程中車輪水平偏移量大于該值，就會發生啃軌，這是啃軌的邊界條件?？熊壊粐乐貢r雖然起重機能繼續使用，但輪緣與軌道的摩擦會加劇，進而影響一些部件的使用壽命，給使用單位造成經濟損失。對于大跨度橋式起重機，由于制造等因素，小車極易發生啃軌事故?；诖?，分析大跨度細高梁啃軌原因，提出相應對策與改進方法是很必要的。

1 橋式起重機小車啃軌原因分析

對于大規格吊鉤橋式起重機，在使用一年多后，常發現起重機小車啃軌現象，而且均是小車外輪緣啃軌道重新調整小車車輪平行度、垂直度等達到符合要求后，仍未解決該問題。初步分析，懷疑是大梁變形造成小車軌距增大并超過啃軌邊界條件，從而導致啃軌。為確定分析是否正確，并找出啃軌的真實原因，本文對該起重機主梁上拱及水平旁彎進行了測量，發現主動車輪主梁水平旁彎測量最大測量值為11mm,被動車輪側主梁水平旁彎測量最大測量值為15mm。測出主動車輪側主梁上拱度為41mm，被動車輪側主梁上拱度為40mm，按GB/T3811-2008《起重機設計規范》[1]規定，該規格起重機主梁上拱度為（0.9/1000-1.4/1000）Lk， 即 31.05～48.3mm。主梁水平旁彎度≤Lk/2000，即17.25mm。因此，該起重機主梁上拱度及水平旁彎度均符合規定要求。

接下來又對起重機小車軌道軌距偏差測量值進行測量，發現最大偏差值為+11mm，大大超過了小車軌距允許偏差值+7mm。

從以上測量結果可以看出，雖然起重機的上拱度及水平旁彎度均在標準允許范圍內，但由于其跨度大，所以水平旁彎絕對值就大，當兩根主梁均向外彎，且其值接近標準允許最大值時，就會造成小車軌道軌距偏差值增大并超過小車軌距偏差允許值，從而造成啃軌。根據進一步分析，該批起重機在制作、安裝及驗收過程中，其軌距均符合標準要求，旁彎是在使用過程中由于水平慣性力的作用產生的。因此，需要重新校核該起重機的水平剛度。起重機主梁及端梁截面如圖1、圖2所示。該起重機總重34.688t，小車總重2.89t。大車運行速度為116.8m/min。

（1）主梁 及端梁沿水平方向的慣性矩 I1，I2， 從圖 1、圖 2可以計算得出：

I1=2×1700×6×（540+6）2÷4+10×6003÷12+8×6003÷12=1.85×109（mm4）

I2=2×572×8×（270+8）2÷4+14×4603÷12+14×4603÷12=0.404×109（mm4）

（2）起重機水平慣性載荷[2]。當大車運行機構起動或制動時，載重小車引起的慣性力以一集中載荷PH作用于主梁，橋架質量產生的慣性力以均布載荷qH作用在橋架主梁上，如圖3所示。圖中：

31708÷34500=0.919（kg/mm）；a—起動（制動）加速度， 按起重機設計手冊表選取a=0.22m/s2。

由此可以計算出 PH=1.5×8000×0.22=2640（N）；qH=1.5×0.919×0.22=0.303（N/mm）。

（3）主梁水平剛度按框架計算：

而主梁的允許水平旁彎值 [f]=L/2000=34500÷2000=17.25（mm）。由此可見該主梁的水平剛度滿足要求，但由于其值較大為13.83mm，如果用戶在使用過程中常打反車或有其它野蠻操作，使兩主梁均旁彎至極限時，小車軌道軌距就會大大超差，并最終導致啃軌現象的發生。

2 改進方法

通過理論分析和實踐積累經驗，在原起重機基礎上，作了以下幾方面的改進：

（1）提高主梁的水平剛度，通過增加主梁的寬度：主軸寬度由540mm增加至600mm，端梁寬度由572mm增加至672mm，從而提高其水平剛度，改進后的主梁及端梁截面。如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可計算出主梁及端梁沿水平方向的慣性矩I1，I2如下：

（2）起（制）動減小水平慣性力。大車運行機構改為變頻調速裝置驅動，相比較原來，提高了慣性矩，減小起動（制動）加速度，從而減小起動（制動）水平慣性力。

m—運行部分的質量， m=8100（kg）；q—橋架均布載荷，q=31900÷34500=0.925（kg/mm）；a—起動 （制動）加速度，按起重機設計手冊取a=0.078m/s2。

計算出 PH=1.5×8100×0.078=948（N）；qH=1.5×0.919×0.078=0.108（N/mm）。根據以上計算數據，校核主梁水平剛度計算如下：

與原來相比較，減小了68%。而主梁的允許水平旁彎值[f]=17.25（mm）。

由此可見該主梁的水平剛度足夠，且其極限值較小，即使兩主梁旁彎至極限尺寸，也能保證小車軌道軌距滿足使用要求，從而避免啃軌現象的發生。

（3）減少小車的歪斜運動。通知小車運行機構增加水平導向輪，減少小車的歪斜運動和沖擊載荷，使小車運行平穩，最終減小主梁的水平旁彎。

通過上述方法改進后，該起重機使用狀況良好，從投入使用至今已有兩年多時間，還沒有發生啃軌現象。

3 總結

對于跨度較大的起重機（如25.5m以上），在計算其水平剛度時，其水平撓度雖然在標準允許范圍內（標準為[f]=L/2000），但隨著跨度的增大，其允許水平旁彎值也會相應增大。而小車軌距允差不變。當跨度增大到一定程度時，如Lk=25.5m時，其主梁水平旁彎允許值 [f]=12.75mm，此時，若兩根主梁向相反方向旁彎，且其值接近允許值時，小車軌道軌距就會超差，從而引起小車啃軌。所以對于大跨度起重機，其水平剛度允差應考慮適當縮小，比如可縮小到L/3000；大車運行機構宜采用變頻調速裝置驅動，以減小沖擊；還應考慮小車運行機構，增加水平導向輪，減少小車的歪斜運動等因素，這樣才能避免啃軌現象的發生，以便提高起重機的使用壽命，為用戶創造最大的價值。

[1]中國標準出版社.起重機設計規范[S].中國標準出版社，2008.

[2]張質文，等.起重機設計手冊[M].國鐵道工業出版社，1998.

[3]劉愛國，等.起重機械安裝與維修實用技術[M].河南科學技術出版社，2005.

[4]萬力.起重機設計規范簡介[J].起重運輸機械，1987，12.

[5]胡宗武.塔式起重機結構動載荷的數值計算法[J].水利電力機械，1986，2.

[6]劉紅兵.吊車行走輪啃軌的常見原因及處理方法[J].水利電力機械，1995，4.

[7]李紅昌.橋式起重機車輪“啃軌”分析與檢測[A].人才、創新與老工業基地的振興——2004年中國機械工程學會年會論文集[C]：2004.