LDO歐式起重機的設計與驗證

黎偉新

（廣東敏豪起重機械設備有限公司，廣東 佛山 528313）

隨著我國改革開放，歐式起重機被引入我國，歐式起重機簡潔的設計理念、緊湊的結構、精密的加工工藝，使得歐式起重機在我國工業起重行業備受青睞[1]。歐式單梁起重機免維護性好。歐式單梁起重機的維修量很小，相比普通起重機兩三天需要維護一次，歐式單梁起重機的一個月才需要維護一次[2]。這是因為歐式單梁起重機采用的零部件性能良好。

1 歐式起重機的技術優勢和缺點

1.1 歐式起重的技術優勢

1.1.1 起重機的輕量化設計

在歐式起重機設計中采用輕量化設計。歐式起重機的主梁設計中采用箱式主梁，輕量化和模塊化設計理念以及先進生產制造工藝，使整個起重機的結構緊湊，運行平穩，自重減輕，高度降低，節能減耗，大大減少了用戶對起重機運行廠房的建造成本和起重機運行費用，提高起重機的整機品質和運行性能[3]。

1.1.2 人機設計

起重機械加工藝隨市場的需求而改變，形態也逐漸輕量化，簡單化，起重機械色彩不再只是一種專屬顏色，考慮機械結構，用途功能，采用的外觀色彩與整機性能一致，產生的視覺效果可以提高人的工作效率，減小疲勞。

1.1.3 運行平穩能耗低

歐式起重機基本上采用PLC 控制的高速電機，做到電機隨負載的變化進行變頻工作，這樣起重機在運動時產生的動態荷載變化較小，同時由于采用低功率電機和制動器，使得起重機整體功耗大幅降低[4]。

1.2 歐式起重機的缺點

任何事物達到極致，其自身的優勢也是其造成缺陷的主要原因，歐式起重機的缺點也源于其設計精良，由于其在設計過程中為實現輕量化和精密性，其對工作環境的要求極為苛刻，起重機絕對不容許超負荷運行，同時由于采用低功耗電機和制動器，其起升功率有限，動態荷載不能超出設計范圍，制約其運行的速度。

2 LDO歐式起重機的設計

LDO 電動單梁起重機，一般用于7 m～22.5 m 的跨度，起重負荷為5 t ～20 t，其主梁采用鋼板為翼緣的箱型結構，并配用平輪緣車輪的歐式電動葫蘆。

2.1 LDO歐式起重機的主梁的設計

LDO 歐式起重機的主梁的設計是采用鋼板的組合截面。在主梁長方形箱型結構是用鋼板焊接生產工藝加工，主梁的主要承載負荷就是來自電動葫蘆自重及起重負荷。其主梁三維結構圖如圖1 所示。

圖1 主梁三維模型圖

2.2 端梁的設計

端梁的設計采用主梁整體結構和鋼板組焊成型的箱形結構，在主梁的兩端用平面止口鋼板將主梁箱型結構焊成整體，端梁的中間用鋼板進安裝加厚層，并鉆孔攻絲、端梁和主梁法蘭用螺栓連接，這種連接方式是采用模塊化設計，主梁和端梁可以同時或分批生產，安裝時將2 個部件相連接即可。主梁和端梁的這種法蘭連接結構，主梁受力直接傳導到端梁，由車輪傳到大車軌道上，這樣設計端梁只有壓應力，沒有扭力，起重機穩定性更好[5]。

2.3 電動葫蘆及電氣設計

電動葫蘆設計采用集中模式，將驅動系統、卷筒、鋼絲繩、吊鉤和滑輪組等集成為一個的卷揚結構。大車導電采用無接頭安全滑線，滑線整卷訂購，橋式起重機滑線運輸方便，使用時根據車間實際使用長度，切割同樣長度的滑線，這樣安裝滑線沒有接頭，中間用支架和吊夾固定，兩端用拉緊器固定，安裝方便，集電器與滑線的銅條接觸導電給起重機。每臺起重機配2 個集電器，保證起重機的供電。大功率的起重機可采用單級滑線組合使用。電動葫蘆供電采用角鋼加圓電纜或扁電纜導電，角鋼支架焊接在主梁上，角鋼導軌懸掛在支架下面，角鋼滑車帶動圓電纜或扁電纜在角鋼導軌上運行。

3 對LDO歐式起重機主梁的實例驗證

該文以跨度21.95 m，額定起重量20 t 的LDO 歐式起重機為例進行主要承載部件的強度計算。

3.1 LDO歐式起重機基本條件

起重機起重量：20 t

起重機主梁跨度：21.95 m

最大起升高度：9 m

起重機大車設計運行速度：30 m/min

起重機電動葫蘆自重：1 800 kg

起重機工作級別：經常使用，吊用額定重量的重物，工作級別為A3。

3.2 主梁承載負荷的計算

3.2.1 主梁自重

G=9079×9.8=88974 N

主梁自重q 按照荷載均勻分布處理，其數值為：

q=G/L=88974/21950=4.05 N/mm

式中：L 為主梁的跨度，單位為mm。

3.2.2 起升電動葫蘆的載荷

Q=（Q起+Q自） ×9.8=（20000+1800）×9.8=218000 N

式中：Q起為電動葫蘆起升重量，單位為kg。

Q自為電動葫蘆自身重量，單位為kg。

3.2.3 主梁截面力學特征計算

主梁力學特征計算如下：

截面面積：A=44600 mm2

主梁截面總慣性矩：I=10.1×109mm4

形心：y=639.7mm

主梁截面抗彎截面系數：

W=I/y=10.1×109/639.7=15.82×106mm3

3.2.4 主梁強度計算

當起升電動葫蘆在標準荷載下處于主梁的中間位置，主梁跨中截面承受最大彎曲載荷，主梁可簡化為簡支梁進行計算。

主梁兩支點的支撐反力：

R=Q/2=218000/2=109000 N

主梁受最大彎矩：

M1max=QL/4=218000 ×21950/4=11.96×108N·mm

主梁自重產生的彎矩：

R自=qL/2=4.05×21950/2=44449 N

彎矩：

Mq=qL2/8=（4.05×21950×21950）/8=2.44×108N·mm

3.2.5 主梁抗彎強度驗證

電動葫蘆在標準載荷下位于主梁中央時，主梁跨中截面所受的最大彎矩為：

Mmax= M1max+ Mq=9.813×108+2.113×108=11.926×108N·mm

跨中截面的最大應力為：

σmax= Mmax/W=11.9×108/15.82×106=75.2 MPa

σmax=75.2 MPa ≤[σ]=156.47 MPa

因此主梁的跨中截面的金屬強度滿足設計要求。

3.3 樣機的實際驗證

樣機制造嚴格按照GB/T3811、GB6067、JB/T1306 等標準進行，樣機為電動單梁起重機，主梁為箱型結構，主梁下翼緣板懸掛20 t 電動葫蘆，起升機構為電動葫蘆。大車為四車輪雙電機驅動，操控方式為遙控裝置。在空載試驗過程中，吊具的極限位置為左端708 mm，右端為1 980 mm，符合設計時左側600 mm ～900 mm，右側1 900 mm ～2 100 mm 的設計位置。在空載運行過程中，各機構動作平穩、正常，能夠實現規定的功能和動作，無異常震動、沖擊、過熱、噪聲和滲漏等現象的發生。

在性能測試中，按照額定載荷25 t 進行靜載試驗，其中主梁跨中垂直靜撓度為25 mm，遠小于43.9 mm 設計值，主梁實有上拱度為20 mm，設計值為15.36 mm，動態試驗中起升速度為3.41 m/min，在設計偏差3.15 m/min ～3.85 m/min 內，小車運行速度偏差設計為17 m/min ～23 m/min，而在實際測試時為19.58 m/min，在制動測試中，設計制動下滑量應小于35 mm，在實際運行中測得數值為22 mm，遠遠小于設計值，充分說明了制動系統的可靠性。在動靜載荷試驗過程中，主要零部件如卷筒、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等運轉正常，起重機主要結構無永久變形和油漆剝落，焊縫未產生裂紋，連接處無松動。其他制動器制動、機械及電機運行合格。

歐式單梁起重機具有自重輕、結構小巧以及能耗較低的特點，設計上采用獨特的設計理念，使得該產品具有尺寸小、重量輕和輪壓小的特點。與傳統起重機相比，吊鉤至墻面的極限距離較小，凈空高度較低，起升高度更高，實際增加了現有廠房的有效工作空間。由于起重機具有重量輕、輪壓小的特點，新廠房空間可以設計得更小，功能更齊全。較小的廠房意味著初期建設投資，以及長期供熱、空調及其他維護費中可以為客戶節省一筆可觀的資金。