桥式起重机起升机构轻量化应用技术研究

2014-07-08陈锁张艳丽何先凡

机械工程师 2014年9期

陈锁，张艳丽，何先凡

（象王重工股份有限公司，江苏盐城224700）

0 引言

通用桥式起重机是市场份额最大、应用最广的一种起重机械。我国现有桥式起重机长期沿袭传统笨重的结构形式、粗糙的制造工艺、简单的开关量控制，技术含量低，核心技术严重缺乏，产品升级换代缓慢，以粗放式生产的低端产品为主，市场竞争主要依靠价格战。随着全球经济一体化进程的加快，价格优势已逐渐消失。国内部分起重机制造厂商通过合资、收购等方式吸收了国外先进技术和经验，但与一线品牌相比，在设计、制造及智能化控制等方面尚有较大差距，核心零部件仍需原装进口。研制新型的低耗高效桥式起重机，代替笨重高耗低效的传统桥式起重机是起重机行业的发展趋势。

1 起升机构布置形式

传统小车起升机构采用单独组合形式，电机通过联轴器及补偿轴驱动减速机，制动器安装在减速机高速轴端，采用带开式齿轮的软齿面减速机，通过卷筒上安装齿轮盘轴接手与减速机联接，驱动卷筒正反转实现重物提升和下降。卷筒轴承座端安装高度限制器及重量限制器。传统小车起升机构结构形式笨重、安装精度低、外形尺寸大。

如图1，桥式起重机轻量化小车设计主要通过优化起升机构布局、模块化结构起升机构、定滑轮梁及吊钩组、钢丝绳优化设计。小车架采用“小三梁”、“小四梁”、起升机构采用“三合一”组合形式降低小车总高度。

图1 轻量化设计的起升机构

细长卷筒1 两端各安装卷筒轴承座2，依靠细长卷筒1 两端卷筒轴承座2 承载卷筒自重及吊重载荷，避免硬齿面减速机3 低速轴端承受吊重载荷。卷筒轴承座2 与减速机安装底座4 构成三支点，保证起升机构运行时稳定。4 级带双盘制动变频电机5 通过联轴器与硬齿面减速机3 联接，驱动硬齿面减速机3 运行。

如图2，细长卷筒1 一端短轴安装在卷筒轴承座2上，安装有起升高度限制器7 及重量超载传感器6。另一端长轴安装在卷筒轴承座2 上，安装有硬齿面减速机3，硬齿面减速机3 依靠细长卷筒1 长轴轴承座2 支撑悬挂在小车架侧面。可取消硬齿面减速机3 安装底座，降低起升机构总高度。卷筒轴承座2 内使用调心滚子轴承，比同内径的深沟球轴承静、动载承载能力大5 倍以上。依靠调心滚子轴承过载能力强，微偏角承载等特点，作为支撑点轴承克服细长卷筒1 使用产生的垂直力和水平力。

图2 小车实物照片

根据GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中规定，机构工作级别M5 时钢丝绳公称直径与卷筒直径比为不小于18 倍，与滑轮直径比不小于20 倍。现采用的细长卷筒1 与钢丝绳公称直径达到26 倍左右，细长卷筒1 直径与长度比达到6 倍左右，钢丝绳直径与细长卷筒1 壁厚比仅为0.8 倍。卷筒重量大大减轻，采用“摩擦”焊接、应力控制工艺与“圆弧累积”机加工工艺，解决了细长卷筒1 失圆、局部变形等问题。

图3 考虑吊重及钢丝绳对卷筒的正压力

如图3，吊钩位于上极限位置时，钢丝绳全部缠绕在细长卷筒1 上，钢丝绳之间距离为130 mm 时，经有限元计算分析细长卷筒1 的最大应力位于细长卷筒1 中心位置，应力最大为50 MPa，变形量最大为0.5 mm。完全满足GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中规定要求。

2 定滑轮梁及吊钩组

传统起重机小车固定滑轮采用奇数倍，固定滑轮安装在小车架平面下口、卷筒下部，定滑轮与卷筒之间留有一定的检修空间，无形中增加了起升机构的中心高度。GB/T3811-2008《起重机设计规范》中规定，钢丝绳绕进或绕出滑轮槽时的最大偏斜角不应大于5°。实际使用过程中钢丝绳绕进或绕出滑轮槽时偏斜角大于3°时就容易跳绳。传统起重机为解决缩小滑轮之间的偏角问题，采用降低吊钩起升高度的办法。

图4 定滑轮梁与吊钩组布置示意图

如图4，定滑轮梁1 与吊钩组滑轮2 采用平行布置，滑轮2 在一条中心线上。定滑轮梁1 与吊钩组滑轮2 之间距离1 m 时，钢丝绳偏角为2.6°左右，只有规范要求的一半。

定滑轮梁1 内滑轮2 平面与细长卷筒1 平行布置，将定滑轮梁1 安装在小车架平面上，滑轮2 上下口留有检修孔，便于维修。滑轮2 采用偶数倍率，增加钢丝绳数量减小单根钢丝绳拉力，减小钢丝绳直径。起重量变化时只需变化定滑轮2 数量即可。

吊钩3 采用轻型扁平化设计，吊钩高度大大降低，定滑轮梁1 内的滑轮2 与吊钩3 滑轮2 相互平行布置，使钢丝绳绕进或绕出滑轮槽时偏斜角任何工作状态时最小，增加了有效起升高度；钢丝绳穿绕采用偶数倍率，并将定滑轮梁1 滑轮2 平面与细长卷筒长度方向轴线平行布置；吊钩3 钩头使用高强度等级材质锻件，缩小尺寸；通过以上几点优化实现定滑轮梁及吊钩组轻型化、模块化设计。