液压龙门起重机的设计及使用

2016-01-28郝建光

中国重型装备 2015年4期

关键词：结构设计

郝建光

(太原重工股份有限公司技术中心，山西030024)

液压龙门起重机的设计及使用

郝建光

(太原重工股份有限公司技术中心，山西030024)

液压龙门起重机由液压顶升装置、轨道、横梁、小车、吊钩、高压油管、液压控制站、遥控系统等组成。由于结构特殊，具有占地空间小、对地面承压能力要求低、便于运输、操作简单方便、控制精度高、起重能力大等特点，特别适合空间狭小、低矮厂房等受限条件下大型设备的移动、吊装和施工。如用于汽车厂大型冲压生产线中压力机、冲床的安装，钢厂粗轧主电机、轧机、大型变压器等的安装和维修。在上述场所，随车吊、履带吊由于体积大、吊臂无法伸直和抬起，难以满足吊装要求，而液压龙门起重机刚好弥补了传统设备的不足。根据用户使用要求，太重推出一款液压龙门起重机，在最大顶升高度12 m时能满足900 t的起重要求，在高度4.5 m～6.8 m时可满足2 000 t的起重要求，在高度6.8 m～9.4 m时能满足1 450 t的起重要求。本文对液压龙门起重机的特点、设计方法、注意事项做详细介绍。

1液压龙门起重机的组成及技术参数

液压龙门起重机示意图如图1所示。其结构为组合形式，两组行走轨道可以对接和交替向前铺设，每条轨道上设2个可行走的顶升装置，上面设横梁，每根横梁上设2个(用1个时也可只设1个)小车，小车设行走机构。根据使用情况，可有以下组合：单组吊装(2个顶升装置，1根横梁)，横梁上设2个小车，最大允许起吊450 t，只设1个小车时，允许起吊225 t；2组吊装(4个顶升装置，2根横梁)，每根横梁上设2个小车，最大允许起吊900 t，每根横梁上只设1个小车时，允许起吊450 t。通过顶升装置的顶升实现重物提升。整车用一台泵站提供动力和控制，配有无线遥控装置。主要性能参数见表1所示。

1—顶升装置　2—轨道装置　3—横梁　4—小车

2液压龙门起重机关键技术

伸缩式顶升装置、大载荷低速度下顶升和行走的同步控制是该机的关键技术。采用集中动力还是每单元分别自带动力取决于小车的行走功能。如果采用固定起吊装置，小车就成为一个固定的悬挂点，不需要外在动力，在这种情况下，每个带行走功能的顶升装置，分别带动力和泵站，外部不存在连接管路，显得简单、整洁。如果要求小车具有行走功能，为了满足小车行走也需要有泵站提供动力，这种情况下，整个系统采用一套泵站可降低成本，提高利用率，缺点是每次都需要先连接管路，泵站到油缸和马达的管路长，有压力损耗，施工时也要格外注意管路的安全。由于设备要求小车具有行走功能，所以选择采用一套泵站向所有装置提供动力的控制方式，整机采用无线控制。

2.1伸缩式顶升装置

装置具有行走和顶升两个功能，顶升装置通过销轴与行走机构的车架相连。顶升装置外部为多边形伸缩套筒，内部为多级伸缩油缸、套筒间用尼龙滑块支承以减少摩擦。伸缩套筒用来承受行走和偏载产生的侧向力，保证伸缩油缸只承受轴向力，确保顶升装置的整体稳定性。为保证4个顶升装置同步，设长度传感器采集信号，实现多个装置顶升过程的自动同步控制。顶升油缸设平衡阀，保证油缸不泄漏，提高顶升的安全性。伸缩油缸做特殊设计，进、回油口在底部，顶升装置内无油管，安全可靠、方便保养。为防止因横梁受载变形对顶升装置产生侧向力，顶升装置与横梁搭接部位设计成弧形，允许横梁受载下挠时，不会因横梁变形产生对顶升装置的附加弯矩。设备可根据使用要求配一种或多种规格横梁，以满足不同起升跨度的起重量要求。为保证横梁的变形和受力符合规范要求，一定要按规定使用横梁，控制及安全保护程序要与使用状态吻合。

表1　液压龙门起重机主要性能参数

2.2同步运行技术

由于起重机由几个模块组合而成，每套顶升装置的行走机构有8个车轮，4个主动轮由一台力矩马达通过链轮链条来驱动。一台小车有5个车轮，3个主动轮由一台力矩马达通过链轮链条来驱动。为了确保安全，一根横梁下的两套顶升装置的行走必须同步，两根横梁抬运一个构件，两根横梁下的4套顶升装置的行走也必须同步，只有大小车都能同步运行才能保证系统安全。现有产品在每套装置的一个从动车轮上安装编码器，采集行走过程的速度和位移信号，通过系统实现自动控制。顶升装置及小车运行用长度传感器来采集信号，实现两个小车或四个小车的自动同步控制。每个小车装有称重传感器，实现超载保护和吊重实时显示。速度低、载荷大是这种起重机的显著特征。为了保证行走稳定，采用低速大扭矩马达、链条传动来实现，他比采用油缸推动实现行走的好处是方便、连续、易于操作。

3与常规起重机的不同点及相应措施

与常规桥式、门式起重机不同之处在于它不在轨道上运行，而是在型钢或钢板上运行。在轨道上运行，其轨距是恒定的，功能无变化，场所无变化。而在型钢或钢板上运行，轨距是随机的，可根据吊运件的大小外形来定，功能可以组合，需要频繁转场。针对上述情况，需采取相应的措施。

3.1车轮和滚轮设计计算

与在轨道上行走的车轮装置不同，在型钢上行走时，型钢的抗拉强度要低的多，车轮不能带轮缘，导向只能设在车轮踏面上，根据许用轮压公式来设计车轮：

Pmax≤1.9kDL

式中，Pmax为最大轮压，单位为N；k为车轮许用比压，单位为N/mm2；D为车轮或滚轮的踏面直径，单位为mm；L为车轮或滚轮与轨道承压面的有效接触宽度，单位为mm。为了保证轮压，必须加大车轮踏面的宽度。也可采用链轮驱动滚轮的方式来实现行走。现采用无轮缘车轮，轮上开槽，用圆钢来导向。

3.2横梁的承载能力和允许变形问题

横梁的跨度与起吊物品的宽度有关，在可能的情况下，跨度应尽可能小，以便提高横梁刚度、降低应力。采用固定小车时，只要横梁的应力不超过允许值就可以了。因小车要求行走功能，所以按规范的以下要求来控制横梁刚度：具有无级调速特性的起重机，采用低起升速度和低加速度可接受的刚度：

f≤S/500

式中，S为起重机跨度；f为起重机刚度。

为满足不同载荷要求，配有多种规格的横梁，需要根据起吊工况选择横梁和控制程序，严格按照说明书要求进行操作。

3.3轨道的拼装和对地比压问题