汽車起重機主鉤的優化設計

劉寶聚，李翔宇，相吉陽，李輪輪，王紹隆

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

0 引言

汽車起重機在海洋石油行業多種項目的陸地建造中起著重要作用，承擔著管線、設備的精準組對工作。汽車起重機的完整性和可靠性在日常安全生產中至關重要，其不僅涉及到人員安全，還涉及到設備及項目的安全；若起重機吊鉤存在安全風險，無異于在每次的作業過程中都埋下了一顆“不定時炸彈”，其帶來的隱患和造成的后果不可估量。

1 問題

在實際生產過程中，某品牌70 t 汽車起重機在較大負載時存在主吊鉤轉動困難甚至無法轉動的問題，使得吊裝工件不能靈活地調整旋轉角度，無法完成作業；不僅使70 t 汽車起重機的作業能力大打折扣，也嚴重影響了生產效率和項目施工進度。若手動強行旋轉、調整工件角度，不僅浪費人力，還將導致6 倍率鋼絲繩發生扭卷，吊鉤升降時各股鋼絲繩相互摩擦，嚴重時還存在鋼絲繩散股磨損的風險；另外，鋼絲繩扭卷蓄能，極易出現工件反向回轉的危險情況，存在安全隱患。因此，更換新的主吊鉤或者對原吊鉤進行合理的優化設計十分必要。

2 優化設計

對原主吊鉤的優化設計，不僅理論上可行，更可以節省采購流程、安裝調試時間，還可以達到節省成本的目的。

2.1 原理分析

由主吊鉤結構（圖1）分析可知，正常情況下，吊鉤與鎖母連接為一體，安裝在鎖母軸承腔里的推力軸承，承擔著托起鎖母、吊鉤及荷載的任務，并將壓力傳遞到橫梁，帶鎖母的鉤體與吊鉤橫梁之間通過推力軸承實現滾動摩擦，從而實現吊鉤的自由旋轉。

圖1 汽車起重機吊鉤結構

主吊鉤轉動困難，原因是吊鉤鎖緊螺母下端面與橫梁的配合間隙過小，相互間存在輕微接觸，當吊鉤帶動鎖母一起旋轉時，與橫梁之間產生滑動摩擦。吊鉤空載時，推力軸承尚能發揮部分作用，吊鉤尚能克服摩擦力而正常旋轉；隨著負載的增加，吊鉤傳遞的負載壓力使得鎖緊螺母產生輕微彈性形變，進一步擴大了鎖緊螺母與橫梁之間的接觸面積，負載壓力大使得其間的摩擦力陡然增大，此時摩擦力不能被忽略且難以被克服，推力軸承失去應有的推舉功能，出現吊鉤旋轉卡滯現象。

2.2 實物拆解

實物拆解過程應正確、有序，避免拆解方式不當引起人員傷害或結構件的損壞，同時干擾問題診斷。拆解時需將吊鉤安全放置于地面，按照順序先后分解出鎖母止退片、鎖緊螺母、推力軸承，最后取出軸承座，拆解過程見圖2。

圖2 實物拆解過程

經檢驗和測量得知，鎖緊螺母的軸承腔過深（稍大于推力軸承厚度），軸承上端面不能有效接觸鎖緊螺母，故不能有效托舉起帶鎖緊螺母的鉤體；同時，鎖緊螺母的環形邊緣直接接觸到了吊鉤橫梁，使得原本的滾動摩擦轉變為滑動摩擦，阻力大大增加。

2.3 優化方案

2.3.1 確定墊圈尺寸

墊圈需放置于推力軸承上端面與鎖緊螺母軸承腔之間，所以墊圈需為與推力軸承平面相似的圓環形；又因軸承腔內有防止推力軸承徑向曠動的環形定位圈，因此加裝的墊圈必須同樣具備定位功能。

考慮到加裝墊圈后既不能影響鎖緊螺母的旋緊程度，又不能使之產生退絲的反轉勢能，故經反復測量并校核軸承腔、推力軸承的參數，對比得出加裝墊圈的有效厚度為1 mm，定位圈內徑135 mm，外徑189 mm。

2.3.2 機加工

秉持著機械性能好、機加工可操作性強的原則，通過對材料再三篩選，決定采用中碳鋼材料進行車床加工。為達到理想的安裝效果，要求機加工的精度小于0.1 mm，并用游標卡尺檢驗成品是否合格（圖3）。

2.4 裝配及測試

裝配時需保證軸承腔及推力軸承的清潔并添加新潤滑脂，而后軸承腔內依次正確裝入墊圈、推力軸承，完成后再安裝到鉤體上，鎖緊螺母完全旋緊后裝上止退片。

裝配時需重點關注加裝墊圈后的鎖緊螺母是否能完全旋緊，若無法完全旋緊則說明加裝的墊圈過厚，需重新核算加工。優化后，鎖緊螺母的底部邊緣與吊鉤橫梁保持一定間隙，推力軸承起到托舉作用。

裝配完成后，根據起重機性能選用標準砝碼進行荷載試驗（表1）。試驗中吊鉤無變形、無異響，旋轉靈活，標志著優化設計成功。

圖3 墊圈測量

表1 荷載試驗數據

3 優化設計的意義及評估

優化設計在不破壞原鉤頭結構、不改變原結構受力的情況下，通過加裝墊圈實現吊鉤的自由旋轉，排除了重大安全隱患，為各大型項目吊裝組對作業安全順利進行提供了強有力的保障。

經過實踐檢驗，該優化設計取得了良好效果，推廣至場地同品牌汽車起重機吊鉤的優化，可累計節省吊鉤購置費用數十萬元，在降本增效方面也有著非常積極的意義。