橋式起重機基礎受力分析研究

2021-05-07 13:37:24武俊

能源與環保 2021年4期

關鍵詞：分析

武俊

(國家能源集團烏海能源有限責任公司，內蒙古烏海 016000)

起重機作為現代工業不可或缺的重要工具，在礦山、交通運輸、建筑、機械、采礦、化工、電力、造船、港口和國防等工業部門中得到了越來越廣泛的應用[1]。目前起重機已經成為流水作業和大批量生產的重要載體和組成部分，它已經成為減輕工作人員體力勞動提高工作效率，實現機械化、自動化的重要載體和工具，而不僅是作為一種輔助工作來使用[2-3]。目前對起重機可以有很多種類型的分類方法，通常情況下是按照其體型特點來進行分類[4]，如橋式起重機、門式起重機、門座起重機、汽車起重機、塔式起重機、纜索起重機、鐵路起重機、桅桿起重機等[5]。人們根據門式起重機和橋式起重機中吊具類型的不同又細分為：抓斗、電磁、吊鉤、掛梁、抓斗電磁等起重機[6]。另外，從主梁結構形式上可以劃分為箱型單梁和箱型雙梁起重機等[7]。橫架于倉庫、車間和料場上空進行物料吊運的起重設備稱為橋式起重機[8]，主要原因是它的形狀類似于橋型2個端頭坐落在高大的金屬支架或水泥柱上[9]。橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行是橋式起重機運行的主要特點，這樣就可以充分發揮橋架下面空間大而廣闊的優勢，不受地面障礙物的影響來自由地吊運貨物[10]。由于橋式起重機具有以上這些優勢條件，使其成為應用數量最多、使用范圍最廣的一種起重機械設備[11]。但是這種橋式起重機基礎的建設非常重要，橋式起重機基礎不僅要承擔重物和起重機自重的力，由于橋式起重機在軌道上運行、停車等操作，所以還要承擔沖擊載荷的力[12]。國內外由于橋式起重機基礎固定不牢固造成的人身傷亡事故比比皆是[13]。因此非常有必要對橋式起重機基礎進行力學分析，為橋式起重機的安全運行提供理論依據和科學指導。

1 礦井概況

國家能源集團公司某礦井田開拓方式是斜井—立井混合式開拓方式，該礦目前主采北三采區的16號煤層，16號煤層布置了1個綜合機械化放頂煤工作面和2個綜合機械化掘進工作面。礦井采用中央分列式通風，全礦有4個井筒，分別為主斜井、副斜井、行人斜井、回風立井。2014年6月，煤炭科學研究總院重慶研究院對該礦自燃傾向等級鑒定結果為：16號煤層為Ⅱ類自燃煤層，最短自然發火期63 d。2018年礦井瓦斯等級鑒定的礦井瓦斯絕對涌出量為6.52 m3/min，礦井相對涌出量2.48 m3/t，屬于低瓦斯礦井。該礦井采用無軌膠輪車運輸材料和人員，計劃在井底車場設置一個組裝站，在組裝站中組裝液壓支架和無軌膠輪車等設備，同時還可以維修一些井下常用的大型設備如采煤機、綜掘機等。因此，需要在組裝站安裝1臺橋式起重機來吊運設備和重物。

2 問題提出

2.1 橋式起重機的結構分析

國家能源集團某礦采用LG型單梁橋式起重機，LG型單梁橋式起重機的結構分為橋架，小車、大車移行機構，提升機構，操縱室，小車導電裝置(輔助滑線)，起重機總電源導電裝置(主滑線)等部分。

(1)橋架。橋式起重機的基本構件就是橋架，其中端梁、主梁、走臺等構成了橋架的主體結構[14]。箱形、析架、腹板、圓管等結構構成了主梁跨架，并且主梁跨架位于跨間的上空。端梁設置在主梁的兩端，走臺設計在兩主梁外側，并用安全欄桿圍起來。大車移行機構設計在駕駛室一側的走臺上，向小車電氣設備供電的裝置設計安裝在另一側走臺上，即輔助滑線[15]。導軌鋪設在主梁上方，供小車移動。在大車移動機構拖動下整個橋式起重機沿車間長度方向的導軌上移動[16]。

(2)大車移行機構。大車拖動電動機、減速器、傳動軸、車輪及制動器等部件構成了大車移行機構，有分別驅動與集中驅動2種驅動方式[17]。

(3)小車移行機構。橋架導軌上安放小車，并且可順著車間的寬度方向進行移動[18]。由鋼板焊接成小車，小車架以及其上的小車移行機構和提升機構等共同組成小車。小車電動機、聯軸節、制動器、減速器及車輪等共同組成小車移行機構[19]。小車電動機經減速器驅動小車主動輪，拖動小車沿導軌移動，因為小車主動輪相距的距離比較近，所以使用了1臺電動機驅動。減速箱裝在小車的一側和減速箱在2個主動輪中間是小車移行機構傳動的2種基本形式，并且各有各的優勢。減速箱裝在小車的一側，使安裝與維修比較方便；減速箱裝在2個主動輪中間，使傳動軸所承受的扭矩比較均勻[20]。

(4)提升機構。提升電動機、卷筒、減速器、制動器等組成了橋式起重機的提升機構。提升電動機經聯軸器、制動輪與減速器連接，減速器的輸出軸與纏繞鋼絲繩的卷筒相連接，鋼絲繩的另一端裝吊鉤，當卷筒轉動時，吊鉤就隨鋼絲繩在卷筒上的纏繞或放開而上升或下降。對于起重量在15 t及以上的起重機，備有2套提升機構，即主鉤與副鉤。由此可知，重物在吊鉤上隨著卷筒的旋轉獲得上下運動，隨著小車在車間寬度方向獲得左右運動，并能隨大車在車間長度方向做前后運動。這樣就可實現重物在垂直、橫向、縱向3個方向的運動，把重物移至車間任意位置，完成起重運輸任務。

(5)操縱室。操縱室是操縱起重機的吊艙，又稱駕駛室。操縱室內有提升機構控制裝置、大小車移行機構控制裝置及起重機的保護裝置等。操縱室一般固定在主梁的一端，也有少數裝在小車下方隨小車移動的。操縱室的上方開有通向走臺的艙口，供檢修人員檢修大、小車機械與電氣設備時上下。

2.2 橋式起重機的基礎分析

橋式起重機軌道基礎斷面如圖1所示。首先對該礦井底車場組裝硐室巷道兩幫進行掏槽，用來鋪設軌道。掏槽深×寬×高為1 000 mm×150 mm×150 mm，掏槽完畢后，將11號礦用工字鋼(1 000 mm)放入槽內，放入后工字鋼統一外露400 mm，所有外露工字鋼截面要使用激光調成一條直線，工字鋼調直后使用水泥將掏槽夯實，工字鋼固定后，將加工好的鐵板套入工字鋼內，隨后將鐵板使用3根φ18 mm×1 600 mm錨桿固定。11號工字鋼底部與鐵板之間焊接一塊工字鋼，當工字鋼固定件固定后，另外在工字鋼上方鋪設一層長×寬×厚為30 000 mm×400 mm×20 mm的鐵板并與工字鋼固定，工字鋼上方鐵板固定后在鐵板上方搭設30 kg軌道，最后將軌道與鐵板固定，如圖2所示。其次每隔1 500 mm使用11號工字鋼、20 mm厚鐵板安設1組支撐點固定件，固定件一共需要100組(兩幫各50組)，每根工字鋼底部距離頂板2 430 mm，掏槽時需要礦地測科現場標定腰線，施工隊組根據腰線進行掏槽。軌道鋪設后要前后、左右平齊。井底車場組裝硐室頂板打吊錨索(外露400 mm)，用來起吊軌道與起重機。工字鋼固定件用長×寬×厚為500 mm×400 mm×20 mm的鐵板進行加工，鐵板中上部掏一個工字鋼形狀的孔用來套工字鋼，再在鐵板上掏3個φ20mm的錨桿眼用來打設錨桿。

圖1 橋式起重機軌道基礎斷面Fig.1 Cross section of track foundation of bridge crane

圖2 橋式起重機基礎施工斷面Fig.2 Cross section of bridge crane foundation construction

怎樣才能夠保證橋式起重機的基礎穩定可靠，能夠滿足起重機頻繁起重，并且在沖擊載荷的作用下不發生安全事故，成為非常重要的研究課題。該論文正是在面臨這樣的技術難題的情況展開了技術研究的。

3 橋式起重機基礎受力分析

本文針對橋式起重機基礎的一組支撐點固定件進行力學分析，其他組支撐點固定件的力學分析和這組相同就不再一一分析了。并且采取逐一建立空間力學坐標系的方法劃分若干個力學分析單元，逐漸逼近煤壁的受力分析，最后與煤壁鉆孔內C30號混凝土的抗拉強度來進行分析比較判斷橋式起重機基礎的可靠性和穩定性，為安全生產提供理論依據和科學指導。