管樁起重機防傾斜擺臂的設計

2018-07-11 03:04:10董富祥楊棋劍

裝備制造技術 2018年5期

董富祥，楊棋劍

（浙江麒龍起重機械有限公司，浙江紹興312043）

1　管樁起重機的工況特點及配置防傾斜擺臂的必要性

混凝土管樁生產采用流水線循環生產布置，配置在流水線上的管樁起重機大車運行速度很快。由于追求高產量，所以起重機司機操作比較急躁，普遍存在將大車運行機構的制動器放松后，采用打反向運行的制動方式停車。這種操作使起重機產生較大的慣性力，傳統擺臂對小車產生一個較大的彎矩，可能使小車發生傾轉，影響安全。

管樁起重機，如圖1所示，采用雙梁雙小車橋式起重機型式，在吊鉤下面懸掛自動夾具吊梁，吊梁下方布置卡式自動夾具。自動夾具接觸管模跑輪的瞬間，由于吊梁中心線與管模中心線存在一定的偏移，導致自動夾具會沿著跑輪的圓弧下滑進而吊梁產生傾斜，在吊梁傾斜的狀態下起重機司機就無法夾持管模，所以必須配置防止吊梁傾斜的擺臂，滿足迅速夾持管模的作業要求。起重機主要技術參數如下：整機工作級別為A7～A8，操作型式室操，起重量按“管樁+管模”重量可選 8 t+8 t、10 t+10 t、16 t+16 t、20 t+20 t，起升速度 13～15 m/min，小車速度 40 m/min，大車速度110～120 m/min.

圖1　管樁生產專用起重機總圖

2　傳統防傾斜擺臂的結構及設計缺陷

2.1　傳統防傾斜擺臂上部結構型式

如圖2所示，傳統防傾斜擺臂上部結構型式為單向（僅為起升方向可運動，大車運行方向為剛性聯接）鉸接型式，該結構型式雖然在防傾斜原理上是簡單明了的，但是，當起重機滿載時（管樁+管模+夾具吊梁）的重量，在大車高速運行時，突然反向運行的制動方式下（管樁生產特有的惡劣操作方式），加（減）速度相當于正常運行時的2倍，大車的慣性力很大。此種結構因為小車下部的防傾斜擺臂上支座與銷軸座之間在大車運行方向為不可運動的剛性聯接（通常為焊接），大車慣性力對小車產生的彎矩較大，在突然大車反向運行制動的瞬間會導致整臺小車產生側翻、脫軌[1]的事故，嚴重影響起重機作業安全。同時，鉸軸座和防傾斜擺臂上支座的焊縫處由于大車慣性力產生的彎矩很大，經常會發生焊縫斷裂或者焊縫應變區的鋼板母材撕裂，所以此擺臂的結構型式存在明顯的安全隱患，不能滿足管樁生產的實際需要。

圖2　傳統擺臂

2.2　分析計算

以QE10t+10t管樁起重機為例，滿載（管樁+管模+吊梁）起重量Q為20 t，小車自重G為3.3 t，小車軌距L為2 m，吊梁下滿載時的重心與小車軌道頂面的高度差H=10 m，大車運行速度110 m/min，查起重機設計手冊[2]，可知，加（減）速度a選擇為0.47 m/s2.

如圖3所示，大車在吊梁滿載時，管樁、管模和吊梁產生的慣性力[2]：

P慣=1.5ma=28 200 N（由于直接反向運行操作，此時的a為正常值的2倍）

由管樁、管模和吊梁在大車運行反向制動時所產生的慣性力，通過防傾斜擺臂，對小車產生一個相當大的彎矩[3]：

M慣=P慣·H=282 000 N·m

兩臺小車滿載時同一側小車軌道上的4只輪子的輪壓：

4P壓=（Q+2G）/2=13 300 kg

兩臺小車同一側小車軌道上的4個車輪對防傾斜擺臂所產生的反抗彎矩[3]：

M抗=4P壓·L=260 680 N·m

因M慣＞M抗，所以小車會產生側翻脫軌（計算結果和實際發生的情況是相符的），傳統防傾斜擺臂嚴重存在安全隱患。

圖3　傳統擺臂大車反向制動時力學模型圖

3　創新設計雙向鉸接式防傾斜擺臂

3.1　雙向鉸接式擺臂上部結構型式

如圖4所示，雙向鉸接式防傾斜擺臂上部垂直雙向鉸接型式。和傳統防傾斜擺臂的結構比較，增加了圖3的2零件鉸軸一，傳統上部結構的剛性聯接改成了鉸接式聯接。管樁生產所要求的防傾斜擺臂作用，主要是為了自動夾具接觸到管模跑輪的瞬間不能出現夾具沿著管模跑輪的圓弧下滑進而發生吊梁傾斜。如果沒有防傾斜擺臂，由于吊鉤鋼絲繩是柔性的，在大車運行方向上夾具吊梁中心線與管模的中心線或多或少的會存在一定的偏移量，就會自然而然發生夾具吊梁傾斜的情況，吊梁傾斜就會導致起重機司機無法夾持管模，嚴重影響管樁的生產效率。

圖4　雙向鉸接式防傾斜擺臂上部結構型式

當吊梁滿載時，大車反向制動操作時大車的慣性力很大，采用了雙向鉸接式防傾斜擺臂就能夠通過吊梁、擺臂和管模一起圍繞鉸軸一擺動，從而消耗掉由大車慣性力產生的彎矩，徹底消除了傳統擺臂的設計缺陷。同時，夾具吊梁通過本身設置的導板定位裝置迅速定位在管模上，夾具吊梁的中心線與管模的中心線的偏移量一般能夠控制在±30 mm以內，由此偏移傳遞給小車的水平力很小，不足以導致小車在主梁軌道上產生位移。所以，吊梁在防傾斜擺臂的作用下不會產生傾斜或傾倒，雙向鉸接式防傾斜擺臂在管樁生產中迅速夾持管模發揮了很大的作用。