環軌起重機整機回轉系統分析研究

2020-05-19 02:06:08

建筑機械化 2020年3期

（徐工集團工程機械股份有限公司建設機械分公司，江蘇徐州 221004）

環軌起重機是一種上車系統運行在環形軌道上，可實現起升、變幅和回轉的超大型起重設備，在國內尚屬空白。其回轉系統及回轉阻力計算方法在文獻中極少出現，這給環軌起重機設計造成困難。

環軌起重機可采用2 種回轉方式：①滑靴回轉方式；②軌道軌輪回轉方式。兩種回轉方式回轉阻力計算方法有所差異，本文主要研究軌道軌輪回轉方式回轉阻力計算方法。通過對環軌起重機回轉系統分析，提出環軌起重機回轉阻力計算方案，為環軌起重機設計提供依據。

1 環軌起重機簡介

環軌起重機是由路基箱、軌道、平衡臺車、回轉平臺和上車臂架系統等組成，環軌起重機整機回轉時，平衡臺車繞回轉中心在圓形軌道上滾動，帶動整機回轉。環軌起重機回轉系統由軌道、平衡臺車、回轉平臺和液壓系統組成。平衡臺車由前平衡臺車和后平衡臺車組成。整機示意圖如圖1 所示。

2 回轉阻力

圖1 環軌起重機整機示意圖

環軌起重機整機回轉時，前平衡臺車與后平衡臺車同時繞環形軌道中心回轉。整機無論空載狀態還是吊重狀態，前后平衡臺車承受載荷均不一樣，其所需驅動力也不一樣，需要兩套液壓系統分別驅動前平衡臺車和后平衡臺車，通過控制系統實現前平衡臺車與后平衡臺車同步回轉。環軌起重機回轉阻力分析可等效為前平衡臺車和后平衡臺車回轉阻力分析，本文以前平衡臺車回轉阻力為研究對象。

2.1 模型簡化

環軌起重機前平衡臺車和后平衡臺車回轉采用軌行式運行機構。前平衡臺車主要由多級平衡梁和臺車組成。多級平衡梁用于承受起重機的自重和外載荷，并均分至驅動臺車和從動臺車上。臺車主要由車架、車輪和行走減速機組成。驅動臺車用于驅動相連的平衡臺車并帶動整個環軌起重機回轉。

環軌起重機整機回轉簡化為前平衡臺車繞環軌中心推動回轉平臺和臂架系統運動，后平衡臺車繞軌道中心推動回轉平臺和剩余配重運動。如圖2 和圖3 所示。

圖2 前平衡臺車推動部件

圖3 后平衡臺車推動部件

2.2 前平衡臺車受力分析

環軌起重機在吊重時，前平衡臺車承受吊重物、臂架系統和部分配重的重量。整機回轉時，相當于前平衡臺車負載吊重物、臂架系統和部分配重的總重量繞環形軌道中心回轉。前平衡臺車的回轉阻力由滾動阻力、坡道阻力、曲線行駛阻力、水平導向輪附加阻力、風阻力和啟制動慣性力。下述分析以前平衡臺車為研究對象。

環軌起重機前平衡臺車回轉總阻力F為

式中F——前平衡臺車回轉總阻力；

Fm——前平衡臺車滾動阻力；

Fp——前平衡臺車坡道阻力；

Fq——前平衡臺車曲線行駛阻力；

Fs——前平衡臺車水平導向輪附加阻力；

Fwd——臂架系統風載荷折算至前平衡臺車的阻力；

Fqg——臂架系統啟制動慣性載荷折算至前平衡臺車的阻力。

2.2.1 滾動阻力

平衡臺車采用軌輪在軌道上滾動的方式實現整機回轉。滾動阻力Fm如下

式中p——前平衡臺車正壓力，p=G+Gb+Gm+GL+Gp；

f——滾動摩擦系數；

μ——車輪軸承摩擦系數；

d——車輪軸徑；

D——車輪踏面直徑；

β——附加摩擦阻力系數；

G——吊重物重量；

Gb——臂架重量；

Gm——桅桿重量；

GL——拉板系統重量；

Gp——使用配重量。

2.2.2 坡道阻力

由于環軌起重機所在地面會存在一定坡度，在整機回轉時，前平衡臺車需要克服由于地面坡度所產生的阻力。坡道阻力Fp

式中a——坡度角；

g——平衡臺車偏角（圖4）。

圖4 g角示意圖

2.2.3 曲線行駛阻力Fq

式中——曲線行駛阻力系數。

2.2.4 水平導向輪附加阻力Fs

驅動臺車和從動臺車豎向采用4 個車輪，橫向采用2 個導向輪（圖5）。臺車豎向輪軸線平行而非向心，即豎向輪瞬時運動方向的法向與圓形軌道徑向方向存在夾角β（圖6）。由于豎向輪瞬時運動方向的法向與圓形軌道徑向方向不一致，臺車在運動過程中，臺車豎向車輪與軌道在徑向方向會存在相對滑動。因豎向車輪與軌道間相對滑動產生的在軌道徑向方向的摩擦力是水平導向輪的正壓力。（注：豎向車輪與軌道在法向方向存在滾動滑動，為簡化計算，此處簡化為豎向車輪與軌道間的靜摩擦滑動。）