劉春美

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

0 引言

“啃軌”是起重機(jī)（小車）的車輪輪緣與軌道的側(cè)面接觸，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生摩擦與磨損的一種現(xiàn)象。車輪輪緣與軌道側(cè)面的單側(cè)理論間隙一般可定為5～15mm，只要起重機(jī)（小車）運(yùn)行過程中車輪水平偏移量大于該值，就會(huì)發(fā)生啃軌，這是啃軌的邊界條件?？熊壊粐?yán)重時(shí)雖然起重機(jī)能繼續(xù)使用，但輪緣與軌道的摩擦?xí)觿?，進(jìn)而影響一些部件的使用壽命，給使用單位造成經(jīng)濟(jì)損失。對于大跨度橋式起重機(jī)，由于制造等因素，小車極易發(fā)生啃軌事故?；诖耍治龃罂缍燃?xì)高梁啃軌原因，提出相應(yīng)對策與改進(jìn)方法是很必要的。

1 橋式起重機(jī)小車啃軌原因分析

對于大規(guī)格吊鉤橋式起重機(jī)，在使用一年多后，常發(fā)現(xiàn)起重機(jī)小車啃軌現(xiàn)象，而且均是小車外輪緣啃軌道重新調(diào)整小車車輪平行度、垂直度等達(dá)到符合要求后，仍未解決該問題。初步分析，懷疑是大梁變形造成小車軌距增大并超過啃軌邊界條件，從而導(dǎo)致啃軌。為確定分析是否正確，并找出啃軌的真實(shí)原因，本文對該起重機(jī)主梁上拱及水平旁彎進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)主動(dòng)車輪主梁水平旁彎測量最大測量值為11mm,被動(dòng)車輪側(cè)主梁水平旁彎測量最大測量值為15mm。測出主動(dòng)車輪側(cè)主梁上拱度為41mm，被動(dòng)車輪側(cè)主梁上拱度為40mm，按GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定，該規(guī)格起重機(jī)主梁上拱度為（0.9/1000-1.4/1000）Lk， 即 31.05～48.3mm。主梁水平旁彎度≤Lk/2000，即17.25mm。因此，該起重機(jī)主梁上拱度及水平旁彎度均符合規(guī)定要求。

接下來又對起重機(jī)小車軌道軌距偏差測量值進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)最大偏差值為+11mm，大大超過了小車軌距允許偏差值+7mm。

從以上測量結(jié)果可以看出，雖然起重機(jī)的上拱度及水平旁彎度均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，但由于其跨度大，所以水平旁彎絕對值就大，當(dāng)兩根主梁均向外彎，且其值接近標(biāo)準(zhǔn)允許最大值時(shí)，就會(huì)造成小車軌道軌距偏差值增大并超過小車軌距偏差允許值，從而造成啃軌。根據(jù)進(jìn)一步分析，該批起重機(jī)在制作、安裝及驗(yàn)收過程中，其軌距均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，旁彎是在使用過程中由于水平慣性力的作用產(chǎn)生的。因此，需要重新校核該起重機(jī)的水平剛度。起重機(jī)主梁及端梁截面如圖1、圖2所示。該起重機(jī)總重34.688t，小車總重2.89t。大車運(yùn)行速度為116.8m/min。

（1）主梁 及端梁沿水平方向的慣性矩 I1，I2， 從圖 1、圖 2可以計(jì)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）起重機(jī)水平慣性載荷[2]。當(dāng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，載重小車引起的慣性力以一集中載荷PH作用于主梁，橋架質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力以均布載荷qH作用在橋架主梁上，如圖3所示。圖中：

31708÷34500=0.919（kg/mm）；a—起動(dòng)（制動(dòng)）加速度， 按起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊表選取a=0.22m/s2。

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

（3）主梁水平剛度按框架計(jì)算：

而主梁的允許水平旁彎值 [f]=L/2000=34500÷2000=17.25（mm）。由此可見該主梁的水平剛度滿足要求，但由于其值較大為13.83mm，如果用戶在使用過程中常打反車或有其它野蠻操作，使兩主梁均旁彎至極限時(shí)，小車軌道軌距就會(huì)大大超差，并最終導(dǎo)致啃軌現(xiàn)象的發(fā)生。

2 改進(jìn)方法

通過理論分析和實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)，在原起重機(jī)基礎(chǔ)上，作了以下幾方面的改進(jìn)：

（1）提高主梁的水平剛度，通過增加主梁的寬度：主軸寬度由540mm增加至600mm，端梁寬度由572mm增加至672mm，從而提高其水平剛度，改進(jìn)后的主梁及端梁截面。如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可計(jì)算出主梁及端梁沿水平方向的慣性矩I1，I2如下：

（2）起（制）動(dòng)減小水平慣性力。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)改為變頻調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)，相比較原來，提高了慣性矩，減小起動(dòng)（制動(dòng)）加速度，從而減小起動(dòng)（制動(dòng)）水平慣性力。

m—運(yùn)行部分的質(zhì)量， m=8100（kg）；q—橋架均布載荷，q=31900÷34500=0.925（kg/mm）；a—起動(dòng) （制動(dòng)）加速度，按起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊取a=0.078m/s2。

計(jì)算出 PH=1.5×8100×0.078=948（N）；qH=1.5×0.919×0.078=0.108（N/mm）。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，校核主梁水平剛度計(jì)算如下：

與原來相比較，減小了68%。而主梁的允許水平旁彎值[f]=17.25（mm）。

由此可見該主梁的水平剛度足夠，且其極限值較小，即使兩主梁旁彎至極限尺寸，也能保證小車軌道軌距滿足使用要求，從而避免啃軌現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）減少小車的歪斜運(yùn)動(dòng)。通知小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)增加水平導(dǎo)向輪，減少小車的歪斜運(yùn)動(dòng)和沖擊載荷，使小車運(yùn)行平穩(wěn)，最終減小主梁的水平旁彎。

通過上述方法改進(jìn)后，該起重機(jī)使用狀況良好，從投入使用至今已有兩年多時(shí)間，還沒有發(fā)生啃軌現(xiàn)象。

3 總結(jié)

對于跨度較大的起重機(jī)（如25.5m以上），在計(jì)算其水平剛度時(shí)，其水平撓度雖然在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)（標(biāo)準(zhǔn)為[f]=L/2000），但隨著跨度的增大，其允許水平旁彎值也會(huì)相應(yīng)增大。而小車軌距允差不變。當(dāng)跨度增大到一定程度時(shí)，如Lk=25.5m時(shí)，其主梁水平旁彎允許值 [f]=12.75mm，此時(shí)，若兩根主梁向相反方向旁彎，且其值接近允許值時(shí)，小車軌道軌距就會(huì)超差，從而引起小車啃軌。所以對于大跨度起重機(jī)，其水平剛度允差應(yīng)考慮適當(dāng)縮小，比如可縮小到L/3000；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)宜采用變頻調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)，以減小沖擊；還應(yīng)考慮小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，增加水平導(dǎo)向輪，減少小車的歪斜運(yùn)動(dòng)等因素，這樣才能避免啃軌現(xiàn)象的發(fā)生，以便提高起重機(jī)的使用壽命，為用戶創(chuàng)造最大的價(jià)值。

[1]中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]張質(zhì)文，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].國鐵道工業(yè)出版社，1998.

[3]劉愛國，等.起重機(jī)械安裝與維修實(shí)用技術(shù)[M].河南科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[4]萬力.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范簡介[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，1987，12.

[5]胡宗武.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷的數(shù)值計(jì)算法[J].水利電力機(jī)械，1986，2.

[6]劉紅兵.吊車行走輪啃軌的常見原因及處理方法[J].水利電力機(jī)械，1995，4.

[7]李紅昌.橋式起重機(jī)車輪“啃軌”分析與檢測[A].人才、創(chuàng)新與老工業(yè)基地的振興——2004年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C]：2004.