汽车起重机主钩的优化设计

刘宝聚，李翔宇，相吉阳，李轮轮，王绍隆

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

0 引言

汽车起重机在海洋石油行业多种项目的陆地建造中起着重要作用，承担着管线、设备的精准组对工作。汽车起重机的完整性和可靠性在日常安全生产中至关重要，其不仅涉及到人员安全，还涉及到设备及项目的安全；若起重机吊钩存在安全风险，无异于在每次的作业过程中都埋下了一颗“不定时炸弹”，其带来的隐患和造成的后果不可估量。

1 问题

在实际生产过程中，某品牌70 t 汽车起重机在较大负载时存在主吊钩转动困难甚至无法转动的问题，使得吊装工件不能灵活地调整旋转角度，无法完成作业；不仅使70 t 汽车起重机的作业能力大打折扣，也严重影响了生产效率和项目施工进度。若手动强行旋转、调整工件角度，不仅浪费人力，还将导致6 倍率钢丝绳发生扭卷，吊钩升降时各股钢丝绳相互摩擦，严重时还存在钢丝绳散股磨损的风险；另外，钢丝绳扭卷蓄能，极易出现工件反向回转的危险情况，存在安全隐患。因此，更换新的主吊钩或者对原吊钩进行合理的优化设计十分必要。

2 优化设计

对原主吊钩的优化设计，不仅理论上可行，更可以节省采购流程、安装调试时间，还可以达到节省成本的目的。

2.1 原理分析

由主吊钩结构（图1）分析可知，正常情况下，吊钩与锁母连接为一体，安装在锁母轴承腔里的推力轴承，承担着托起锁母、吊钩及荷载的任务，并将压力传递到横梁，带锁母的钩体与吊钩横梁之间通过推力轴承实现滚动摩擦，从而实现吊钩的自由旋转。

图1 汽车起重机吊钩结构

主吊钩转动困难，原因是吊钩锁紧螺母下端面与横梁的配合间隙过小，相互间存在轻微接触，当吊钩带动锁母一起旋转时，与横梁之间产生滑动摩擦。吊钩空载时，推力轴承尚能发挥部分作用，吊钩尚能克服摩擦力而正常旋转；随着负载的增加，吊钩传递的负载压力使得锁紧螺母产生轻微弹性形变，进一步扩大了锁紧螺母与横梁之间的接触面积，负载压力大使得其间的摩擦力陡然增大，此时摩擦力不能被忽略且难以被克服，推力轴承失去应有的推举功能，出现吊钩旋转卡滞现象。

2.2 实物拆解

实物拆解过程应正确、有序，避免拆解方式不当引起人员伤害或结构件的损坏，同时干扰问题诊断。拆解时需将吊钩安全放置于地面，按照顺序先后分解出锁母止退片、锁紧螺母、推力轴承，最后取出轴承座，拆解过程见图2。

图2 实物拆解过程

经检验和测量得知，锁紧螺母的轴承腔过深（稍大于推力轴承厚度），轴承上端面不能有效接触锁紧螺母，故不能有效托举起带锁紧螺母的钩体；同时，锁紧螺母的环形边缘直接接触到了吊钩横梁，使得原本的滚动摩擦转变为滑动摩擦，阻力大大增加。

2.3 优化方案

2.3.1 确定垫圈尺寸

垫圈需放置于推力轴承上端面与锁紧螺母轴承腔之间，所以垫圈需为与推力轴承平面相似的圆环形；又因轴承腔内有防止推力轴承径向旷动的环形定位圈，因此加装的垫圈必须同样具备定位功能。

考虑到加装垫圈后既不能影响锁紧螺母的旋紧程度，又不能使之产生退丝的反转势能，故经反复测量并校核轴承腔、推力轴承的参数，对比得出加装垫圈的有效厚度为1 mm，定位圈内径135 mm，外径189 mm。

2.3.2 机加工

秉持着机械性能好、机加工可操作性强的原则，通过对材料再三筛选，决定采用中碳钢材料进行车床加工。为达到理想的安装效果，要求机加工的精度小于0.1 mm，并用游标卡尺检验成品是否合格（图3）。

2.4 装配及测试

装配时需保证轴承腔及推力轴承的清洁并添加新润滑脂，而后轴承腔内依次正确装入垫圈、推力轴承，完成后再安装到钩体上，锁紧螺母完全旋紧后装上止退片。

装配时需重点关注加装垫圈后的锁紧螺母是否能完全旋紧，若无法完全旋紧则说明加装的垫圈过厚，需重新核算加工。优化后，锁紧螺母的底部边缘与吊钩横梁保持一定间隙，推力轴承起到托举作用。

装配完成后，根据起重机性能选用标准砝码进行荷载试验（表1）。试验中吊钩无变形、无异响，旋转灵活，标志着优化设计成功。

图3 垫圈测量

表1 荷载试验数据

3 优化设计的意义及评估

优化设计在不破坏原钩头结构、不改变原结构受力的情况下，通过加装垫圈实现吊钩的自由旋转，排除了重大安全隐患，为各大型项目吊装组对作业安全顺利进行提供了强有力的保障。

经过实践检验，该优化设计取得了良好效果，推广至场地同品牌汽车起重机吊钩的优化，可累计节省吊钩购置费用数十万元，在降本增效方面也有着非常积极的意义。