大跨度桥式起重机小车啃轨原因分析及改进方法

刘春美

（云南机电职业技术学院，云南 昆明 650203）

0 引言

“啃轨”是起重机（小车）的车轮轮缘与轨道的侧面接触，在运行过程中产生摩擦与磨损的一种现象。车轮轮缘与轨道侧面的单侧理论间隙一般可定为5～15mm，只要起重机（小车）运行过程中车轮水平偏移量大于该值，就会发生啃轨，这是啃轨的边界条件。啃轨不严重时虽然起重机能继续使用，但轮缘与轨道的摩擦会加剧，进而影响一些部件的使用寿命，给使用单位造成经济损失。对于大跨度桥式起重机，由于制造等因素，小车极易发生啃轨事故。基于此，分析大跨度细高梁啃轨原因，提出相应对策与改进方法是很必要的。

1 桥式起重机小车啃轨原因分析

对于大规格吊钩桥式起重机，在使用一年多后，常发现起重机小车啃轨现象，而且均是小车外轮缘啃轨道重新调整小车车轮平行度、垂直度等达到符合要求后，仍未解决该问题。初步分析，怀疑是大梁变形造成小车轨距增大并超过啃轨边界条件，从而导致啃轨。为确定分析是否正确，并找出啃轨的真实原因，本文对该起重机主梁上拱及水平旁弯进行了测量，发现主动车轮主梁水平旁弯测量最大测量值为11mm,被动车轮侧主梁水平旁弯测量最大测量值为15mm。测出主动车轮侧主梁上拱度为41mm，被动车轮侧主梁上拱度为40mm，按GB/T3811-2008《起重机设计规范》[1]规定，该规格起重机主梁上拱度为（0.9/1000-1.4/1000）Lk， 即 31.05～48.3mm。主梁水平旁弯度≤Lk/2000，即17.25mm。因此，该起重机主梁上拱度及水平旁弯度均符合规定要求。

接下来又对起重机小车轨道轨距偏差测量值进行测量，发现最大偏差值为+11mm，大大超过了小车轨距允许偏差值+7mm。

从以上测量结果可以看出，虽然起重机的上拱度及水平旁弯度均在标准允许范围内，但由于其跨度大，所以水平旁弯绝对值就大，当两根主梁均向外弯，且其值接近标准允许最大值时，就会造成小车轨道轨距偏差值增大并超过小车轨距偏差允许值，从而造成啃轨。根据进一步分析，该批起重机在制作、安装及验收过程中，其轨距均符合标准要求，旁弯是在使用过程中由于水平惯性力的作用产生的。因此，需要重新校核该起重机的水平刚度。起重机主梁及端梁截面如图1、图2所示。该起重机总重34.688t，小车总重2.89t。大车运行速度为116.8m/min。

（1）主梁 及端梁沿水平方向的惯性矩 I1，I2， 从图 1、图 2可以计算得出：

I1=2×1700×6×（540+6）2÷4+10×6003÷12+8×6003÷12=1.85×109（mm4）

I2=2×572×8×（270+8）2÷4+14×4603÷12+14×4603÷12=0.404×109（mm4）

（2）起重机水平惯性载荷[2]。当大车运行机构起动或制动时，载重小车引起的惯性力以一集中载荷PH作用于主梁，桥架质量产生的惯性力以均布载荷qH作用在桥架主梁上，如图3所示。图中：

31708÷34500=0.919（kg/mm）；a—起动（制动）加速度， 按起重机设计手册表选取a=0.22m/s2。

由此可以计算出 PH=1.5×8000×0.22=2640（N）；qH=1.5×0.919×0.22=0.303（N/mm）。

（3）主梁水平刚度按框架计算：

而主梁的允许水平旁弯值 [f]=L/2000=34500÷2000=17.25（mm）。由此可见该主梁的水平刚度满足要求，但由于其值较大为13.83mm，如果用户在使用过程中常打反车或有其它野蛮操作，使两主梁均旁弯至极限时，小车轨道轨距就会大大超差，并最终导致啃轨现象的发生。

2 改进方法

通过理论分析和实践积累经验，在原起重机基础上，作了以下几方面的改进：

（1）提高主梁的水平刚度，通过增加主梁的宽度：主轴宽度由540mm增加至600mm，端梁宽度由572mm增加至672mm，从而提高其水平刚度，改进后的主梁及端梁截面。如图4、图5所示。

由图4、图5可计算出主梁及端梁沿水平方向的惯性矩I1，I2如下：

（2）起（制）动减小水平惯性力。大车运行机构改为变频调速装置驱动，相比较原来，提高了惯性矩，减小起动（制动）加速度，从而减小起动（制动）水平惯性力。

m—运行部分的质量， m=8100（kg）；q—桥架均布载荷，q=31900÷34500=0.925（kg/mm）；a—起动 （制动）加速度，按起重机设计手册取a=0.078m/s2。

计算出 PH=1.5×8100×0.078=948（N）；qH=1.5×0.919×0.078=0.108（N/mm）。根据以上计算数据，校核主梁水平刚度计算如下：

与原来相比较，减小了68%。而主梁的允许水平旁弯值[f]=17.25（mm）。

由此可见该主梁的水平刚度足够，且其极限值较小，即使两主梁旁弯至极限尺寸，也能保证小车轨道轨距满足使用要求，从而避免啃轨现象的发生。

（3）减少小车的歪斜运动。通知小车运行机构增加水平导向轮，减少小车的歪斜运动和冲击载荷，使小车运行平稳，最终减小主梁的水平旁弯。

通过上述方法改进后，该起重机使用状况良好，从投入使用至今已有两年多时间，还没有发生啃轨现象。

3 总结

对于跨度较大的起重机（如25.5m以上），在计算其水平刚度时，其水平挠度虽然在标准允许范围内（标准为[f]=L/2000），但随着跨度的增大，其允许水平旁弯值也会相应增大。而小车轨距允差不变。当跨度增大到一定程度时，如Lk=25.5m时，其主梁水平旁弯允许值 [f]=12.75mm，此时，若两根主梁向相反方向旁弯，且其值接近允许值时，小车轨道轨距就会超差，从而引起小车啃轨。所以对于大跨度起重机，其水平刚度允差应考虑适当缩小，比如可缩小到L/3000；大车运行机构宜采用变频调速装置驱动，以减小冲击；还应考虑小车运行机构，增加水平导向轮，减少小车的歪斜运动等因素，这样才能避免啃轨现象的发生，以便提高起重机的使用寿命，为用户创造最大的价值。

[1]中国标准出版社.起重机设计规范[S].中国标准出版社，2008.

[2]张质文，等.起重机设计手册[M].国铁道工业出版社，1998.

[3]刘爱国，等.起重机械安装与维修实用技术[M].河南科学技术出版社，2005.

[4]万力.起重机设计规范简介[J].起重运输机械，1987，12.

[5]胡宗武.塔式起重机结构动载荷的数值计算法[J].水利电力机械，1986，2.

[6]刘红兵.吊车行走轮啃轨的常见原因及处理方法[J].水利电力机械，1995，4.

[7]李红昌.桥式起重机车轮“啃轨”分析与检测[A].人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C]：2004.