橋式起重機起升機構輕量化應用技術研究

2014-07-08 02:16:22陳鎖張艷麗何先凡

機械工程師 2014年9期

陳鎖，張艷麗，何先凡

（象王重工股份有限公司，江蘇鹽城224700）

0 引言

通用橋式起重機是市場份額最大、應用最廣的一種起重機械。我國現有橋式起重機長期沿襲傳統笨重的結構形式、粗糙的制造工藝、簡單的開關量控制，技術含量低，核心技術嚴重缺乏，產品升級換代緩慢，以粗放式生產的低端產品為主，市場競爭主要依靠價格戰。隨著全球經濟一體化進程的加快，價格優勢已逐漸消失。國內部分起重機制造廠商通過合資、收購等方式吸收了國外先進技術和經驗，但與一線品牌相比，在設計、制造及智能化控制等方面尚有較大差距，核心零部件仍需原裝進口。研制新型的低耗高效橋式起重機，代替笨重高耗低效的傳統橋式起重機是起重機行業的發展趨勢。

1 起升機構布置形式

傳統小車起升機構采用單獨組合形式，電機通過聯軸器及補償軸驅動減速機，制動器安裝在減速機高速軸端，采用帶開式齒輪的軟齒面減速機，通過卷筒上安裝齒輪盤軸接手與減速機聯接，驅動卷筒正反轉實現重物提升和下降。卷筒軸承座端安裝高度限制器及重量限制器。傳統小車起升機構結構形式笨重、安裝精度低、外形尺寸大。

如圖1，橋式起重機輕量化小車設計主要通過優化起升機構布局、模塊化結構起升機構、定滑輪梁及吊鉤組、鋼絲繩優化設計。小車架采用“小三梁”、“小四梁”、起升機構采用“三合一”組合形式降低小車總高度。

圖1 輕量化設計的起升機構

細長卷筒1 兩端各安裝卷筒軸承座2，依靠細長卷筒1 兩端卷筒軸承座2 承載卷筒自重及吊重載荷，避免硬齒面減速機3 低速軸端承受吊重載荷。卷筒軸承座2 與減速機安裝底座4 構成三支點，保證起升機構運行時穩定。4 級帶雙盤制動變頻電機5 通過聯軸器與硬齒面減速機3 聯接，驅動硬齒面減速機3 運行。

如圖2，細長卷筒1 一端短軸安裝在卷筒軸承座2上，安裝有起升高度限制器7 及重量超載傳感器6。另一端長軸安裝在卷筒軸承座2 上，安裝有硬齒面減速機3，硬齒面減速機3 依靠細長卷筒1 長軸軸承座2 支撐懸掛在小車架側面?？扇∠昌X面減速機3 安裝底座，降低起升機構總高度。卷筒軸承座2 內使用調心滾子軸承，比同內徑的深溝球軸承靜、動載承載能力大5 倍以上。依靠調心滾子軸承過載能力強，微偏角承載等特點，作為支撐點軸承克服細長卷筒1 使用產生的垂直力和水平力。

圖2 小車實物照片

根據GB/T 3811-2008《起重機設計規范》中規定，機構工作級別M5 時鋼絲繩公稱直徑與卷筒直徑比為不小于18 倍，與滑輪直徑比不小于20 倍。現采用的細長卷筒1 與鋼絲繩公稱直徑達到26 倍左右，細長卷筒1 直徑與長度比達到6 倍左右，鋼絲繩直徑與細長卷筒1 壁厚比僅為0.8 倍。卷筒重量大大減輕，采用“摩擦”焊接、應力控制工藝與“圓弧累積”機加工工藝，解決了細長卷筒1 失圓、局部變形等問題。

圖3 考慮吊重及鋼絲繩對卷筒的正壓力

如圖3，吊鉤位于上極限位置時，鋼絲繩全部纏繞在細長卷筒1 上，鋼絲繩之間距離為130 mm 時，經有限元計算分析細長卷筒1 的最大應力位于細長卷筒1 中心位置，應力最大為50 MPa，變形量最大為0.5 mm。完全滿足GB/T 3811-2008《起重機設計規范》中規定要求。

2 定滑輪梁及吊鉤組

傳統起重機小車固定滑輪采用奇數倍，固定滑輪安裝在小車架平面下口、卷筒下部，定滑輪與卷筒之間留有一定的檢修空間，無形中增加了起升機構的中心高度。GB/T3811-2008《起重機設計規范》中規定，鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時的最大偏斜角不應大于5°。實際使用過程中鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時偏斜角大于3°時就容易跳繩。傳統起重機為解決縮小滑輪之間的偏角問題，采用降低吊鉤起升高度的辦法。

圖4 定滑輪梁與吊鉤組布置示意圖

如圖4，定滑輪梁1 與吊鉤組滑輪2 采用平行布置，滑輪2 在一條中心線上。定滑輪梁1 與吊鉤組滑輪2 之間距離1 m 時，鋼絲繩偏角為2.6°左右，只有規范要求的一半。

定滑輪梁1 內滑輪2 平面與細長卷筒1 平行布置，將定滑輪梁1 安裝在小車架平面上，滑輪2 上下口留有檢修孔，便于維修?；? 采用偶數倍率，增加鋼絲繩數量減小單根鋼絲繩拉力，減小鋼絲繩直徑。起重量變化時只需變化定滑輪2 數量即可。

吊鉤3 采用輕型扁平化設計，吊鉤高度大大降低，定滑輪梁1 內的滑輪2 與吊鉤3 滑輪2 相互平行布置，使鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時偏斜角任何工作狀態時最小，增加了有效起升高度；鋼絲繩穿繞采用偶數倍率，并將定滑輪梁1 滑輪2 平面與細長卷筒長度方向軸線平行布置；吊鉤3 鉤頭使用高強度等級材質鍛件，縮小尺寸；通過以上幾點優化實現定滑輪梁及吊鉤組輕型化、模塊化設計。