周廣東，李欽河

ZHOU Guang-dong, LI Qin-he

(天津山河裝備開發(fā)有限公司，天津 300400）

伸縮臂起重機在吊裝作業(yè)時，主要通過變幅油缸的伸縮實現(xiàn)吊臂仰角和幅度的變化，以完成各種不同工況下的吊裝作業(yè)。吊臂與轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺與變幅油缸、變幅油缸與吊臂之間的鏈接鉸點，稱為起重機的三鉸點。

吊臂根部鉸點和轉(zhuǎn)臺上鉸點之間通過銷軸連接，銷軸通過裝有螺栓的定軸板固定在轉(zhuǎn)臺上，吊臂可以繞銷軸轉(zhuǎn)動。變幅油缸上、下鉸點也分別與吊臂上鉸點和轉(zhuǎn)臺下鉸點通過銷軸連接，而銷軸則用相同的方式固定在吊臂上鉸點和轉(zhuǎn)臺下鉸點處。定軸板的主要作用是防止銷軸旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。

圖1 起重機三鉸點及銷軸固定

1 定軸板剪切固定螺栓分析

由于吊臂、轉(zhuǎn)臺體積比較大，加工設(shè)備各異，以及人為因素，吊臂或轉(zhuǎn)臺的連接孔加工時產(chǎn)生的平行度誤差通常比較大。裝配時一般先將吊臂和變幅油缸分別安裝在轉(zhuǎn)臺上，再將變幅油缸通過銷軸與吊臂連接。這時吊臂或轉(zhuǎn)臺的安裝在機加工時產(chǎn)生的平行度誤差就會集中反映出來，使得連接銷軸安裝困難，在起重機工作過程中也會出現(xiàn)變幅油缸上部或下部連接銷軸定軸板剪切固定螺栓的現(xiàn)象，給起重機的操作帶來安全隱患。

若吊臂或轉(zhuǎn)臺上安裝孔的平行度存在誤差，則在吊臂寬度所在的投影平面內(nèi)，變幅油缸軸線投影與吊臂中心線投影不重合，形成夾角α。如圖2所示。而起重機在作業(yè)過程中，吊臂的仰角β是變化的，隨著變幅油缸L的伸長，變幅油缸軸線投影L1也相應增大。由三角函數(shù)關(guān)系tanα=L2/L1可知：α不變，變幅油缸的傾斜偏移量L2也會增大。由于變幅油缸上部或下部活動空間受到限制，使得變幅油缸與銷軸之間不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，但是變幅油缸仍然在變幅平面內(nèi)繞其上鉸點或下鉸點旋轉(zhuǎn)，故變幅油缸上鉸點銷軸或下鉸點銷軸在銷軸與變幅油缸之間巨大的擠壓力的作用下隨變幅油缸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，從而迫使定軸板隨之轉(zhuǎn)動，進而發(fā)生定軸板切斷固定螺栓的現(xiàn)象。

圖2 吊臂與變幅油缸投影示意圖

2 防剪切設(shè)計

為了防止變幅油缸上部或下部連接銷軸的定軸板剪切固定螺栓，變幅油缸下鉸點連接孔加裝銅套結(jié)構(gòu)，以增大鉸耳內(nèi)孔與銷軸表面的接觸面積，變幅油缸上鉸點連接孔內(nèi)安裝關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)，如圖3所示。因為關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈與外圈之間的球面可以在一定范圍內(nèi)相對轉(zhuǎn)動，其允許偏轉(zhuǎn)角一般大于3～5°，這樣就能夠通過關(guān)節(jié)軸承的偏轉(zhuǎn)角來消除吊臂或轉(zhuǎn)臺上的連接孔因機械加工產(chǎn)生的平行度誤差。

圖3 關(guān)節(jié)軸承安裝結(jié)構(gòu)

關(guān)節(jié)軸承外圈固定在變幅油缸上，內(nèi)圈與銷軸連接，內(nèi)圈端面一般不得超出油缸端面。關(guān)節(jié)軸承端面與耳板之間的側(cè)面間隙大小是設(shè)計的關(guān)鍵。如果側(cè)面間隙設(shè)計不合理，就不能消除兩孔的平行度誤差。隨著變幅油缸L伸長，變幅油缸的傾斜偏移量L2增大，關(guān)節(jié)軸承的偏轉(zhuǎn)角也需要增大。若關(guān)節(jié)軸承側(cè)面間隙太小，其偏轉(zhuǎn)角就會受到限制，此時內(nèi)圈與外圈不能發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。變幅油缸在伸縮過程中還會產(chǎn)生剪切定軸板固定螺栓的現(xiàn)象。因此為了消除平行度誤差，吊臂耳板與變幅油缸側(cè)面，或吊臂耳板與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)孔端面之間應保留一定的間隙，以保證關(guān)節(jié)軸承有足夠大的偏轉(zhuǎn)角。更不應在吊臂耳板與變幅油缸側(cè)面之間加調(diào)整墊，將間隙消除，這樣就失去了關(guān)節(jié)軸承的作用。

假設(shè)關(guān)節(jié)軸承外圈半徑為R，吊臂正常情況下的允許最大偏角為α（一般小于2°），如圖4所示。則關(guān)節(jié)軸承與鉸耳耳板之間的單邊間隙L3＝ Rsinα。

圖4 關(guān)節(jié)軸承偏轉(zhuǎn)角計算簡圖

單側(cè)間隙一般應控制在計算理論值左右，但是關(guān)節(jié)軸承和吊臂鉸耳耳板之間的間隙也不宜太大，太大則會使得吊臂在變幅過程中發(fā)生偏擺沖擊。

3 小 結(jié)

伸縮臂起重機變幅油缸上鉸點采用上述結(jié)構(gòu)后，變幅油缸與吊臂的連接銷軸安裝更加容易，且變幅油缸在伸縮過程中也不會出現(xiàn)變幅油缸上部或下部連接銷軸定軸板剪切固定螺栓的現(xiàn)象，消除了起重機的安全隱患，具有實際應用價值。