一種臂架起重機平衡重小車階梯調節裝置

劉 雷

中船第九設計研究工程有限公司 上海 200090

0 引言

平衡重調節常見于正面吊、堆高機等港口流機，同時也常用于起重機、旋挖鉆機、挖掘機等工程機械，對于較小規格的機械，通常是在其后方設置鑄鐵平衡重。有些新型機械為滿足大幅度大噸位起吊，會將部分鑄鐵平衡重采取液壓驅動后移，以增加平衡重的作用力臂。對于超大型起重設備，為滿足工作要求，外置回轉式平衡重，此平衡重隨著臂架一起轉動，并始終在臂架的反方向。斗輪堆取料機、裝（卸）船機、直臂架門座起重機和四連桿門座起重機則常采用對重平衡梁形式，甚至通過柔性鋼絲繩繞過對重平衡梁尾部滑輪，鋼絲繩末端與轉盤后方的平衡重小車相連。

本文以平衡重小車形式的臂架起重機為例，通過增加階梯配重的形式，既有效降低初始配重，又提高了變幅機構的驅動效率。

1 平衡重階梯調節

通常，平衡重小車的選擇取決于允許的旋轉半徑和最小幅度時臂架系統自重轉矩。常規的平衡重小車在回轉中心后方，其通過鋼絲繩與臂架相連，同時為限制平衡重小車在變幅過程中對鋼結構的橫向沖擊，常常設置運行軌道，并設置反向輪防脫。在變幅過程中，平衡重小車的重力和作用力臂均恒定不變，其自重轉矩也恒定不變。隨著幅度的不斷變大，臂架系統的各單元重心在不斷前移，在最大幅度時臂架系統的自重轉矩達到頂峰。臂架及平衡重系統的自重轉矩呈不斷上升的狀態。優化臂架系統各鉸點尺寸也只能是上升曲線近似直線，卻難以改變最終結果；只能選用可靠地螺桿或齒條，變幅機構功率的選擇也要滿足作業要求。

針對四連桿常規平衡重模式，同時要保證空載狀態下，臂架系統在變幅時，臂架及平衡重系統必須始終為正轉矩，即螺桿始終受拉。此時，臂架系統在任意幅度僅靠自重載荷即能順利下放，且螺桿力隨幅度的增大而不斷增大。

通過離散化理念，將整個幅度離散成數十個點，計算每一個點幅度下對應的螺桿力，空載狀態下，螺桿力初始為正拉力，并隨幅度的增大而不斷增大。原則上平衡配重也隨幅度的無限次增加而無限次增加，可使變幅過程中螺桿力保持在初始螺桿力小幅增加甚至不變。

2 平衡重階梯調節的實施

本文應用于一個四連桿浮式起重機項目的改造。在改造前，變幅機構的空載電流較大，滿載時常出現過載跳閘。結合計算分析，變幅螺桿受力已接近經驗極限。單純的增大變幅機構的電機功率，可解決解決上述問題，但對變幅機構的安全運行無法做到根本性地解除。因此，降低變幅螺桿受力迫在眉睫。四連桿浮式起重機的起重能力如表1所示。

表1 四連桿浮式起重機起重能力

為了實現可操作性，在適當的幅度位置增加合適的配重，就會使螺桿力不至于過大，但又不能使螺桿力出現負值，同時突增配重次數也可以減少。本文所實施的階梯平衡重調節為兩次平衡重調節。

2.1 平衡重小車階梯調節裝置的組成

如圖1所示，平衡重小車階梯調節裝置包括支架、調整平衡重Ⅰ（左右各1）、套管、調整平衡重Ⅱ（左右各1）、拉桿、聯系梁、調整平衡重托架、滑軌等。

圖1 平衡重小車示意圖

2.2 平衡重小車階梯調節裝置的具體實施過程

調整平衡重需要根據臂架平衡系統的桿件尺寸，結合螺桿力曲線，選取合適的幅度增加平衡重，根據具體項目信息計算分析后，選擇可行的實施方案。

在該浮式起重機項目應用實例改造時，通過分析計算后確認，在30 m幅度時增加調整平衡重Ⅰ（25 t），在37 m幅度時增加調整平衡重Ⅱ（25 t），即在主鉤幅度為20～30 m，臂架及平衡重系統掛載的是平衡重小車（122 t）；當主鉤幅度為30 m時，平衡重小車通過上部支架掛載調整平衡重Ⅰ；在主鉤幅度為30～37 m，臂架及平衡重系統掛載的是平衡重小車和調整平衡重Ⅰ；當主鉤幅度為37 m時，調整平衡重Ⅰ上的套管提升拉桿，從而掛載調整平衡重Ⅱ，即平衡重小車隨同調整平衡重Ⅰ掛載調整平衡重Ⅱ；在主鉤幅度為37～50 m，臂架及平衡重系統掛載的是平衡重小車、調整平衡重Ⅰ和調整平衡重Ⅱ。

由于調整平衡重Ⅰ和調整平衡重Ⅱ左右對稱于平衡重小車，需要確保配重突變時兩側掛載同步。調整平衡重Ⅰ和調整平衡重Ⅱ通過其上部的套管或拉桿螺母來保證掛載同步及可靠性。調整平衡重Ⅰ與平衡重小車間設有滑軌，防止調整平衡重Ⅰ擺動。調整平衡重Ⅱ通過聯系梁焊接在一起。在調整平衡重Ⅰ和調整平衡重Ⅱ未被提起前由調整配重托架來承載，調整配重托架與轉盤尾部焊接在一起。平衡重小車由4個支腿支撐于對重小車擱架上。

2.3 平衡重小車階梯調節裝置的優勢

平衡重小車階梯調節裝置可在有空間限制的情況時得到很好的發揮，同時無需利用新增的機構或大尺寸的機構去實現。

其次，通過平衡重小車階梯調節裝置，可以既不影響最小幅度時臂架外傾，又能有效遏制變幅螺桿受力隨幅度增大而不斷增大。

3 改造后效果

在不考慮風載及船體的傾轉等不利的因素時，臂架平衡系統的自重狀態下螺桿力的變化曲線如圖2所示，通過數據比較可知，空載狀態下的螺桿力最大值降低了48.2%。

圖2 空載狀態下螺桿受力隨幅度變化曲線

滿載狀態下的螺桿力如圖3所示，通過數據比較可知，滿載狀態下的螺桿力最大值降低了48%。

圖3 空載狀態下螺桿受力隨幅度變化曲線

4 結束語

本文介紹了一種臂架起重機平衡重階梯調節裝置，其特征在于通過階梯式增加對重小車質量的方式，使得臂架及對重系統在變幅過程中的最大螺桿力減小，降低變幅機構的電機功率，同時也降低了整個操作循環中的無用功耗，提高了整機的生產效益，為節能減排提供了一個新的思路。