白曉君 羅 娜 李 雷

(水利部杭州機械設(shè)計研究所，浙江 杭州 310012)

1 概要

橋式起重機與門式起重機為本公司主要產(chǎn)品之一，現(xiàn)有的傳統(tǒng)橋門式與國外起重機比較，國內(nèi)起重機不論從重量還是體積都比國外起重機要重，要大。我們國家的起重機大部分是延續(xù)了蘇聯(lián)時期的設(shè)計風格，安全系數(shù)偏于保守。隨著科學技術(shù)不斷進步，計算方法以及計算工具發(fā)生了很大的變化。因此，本公司目前在起重機設(shè)計理念方面有了較大的變化，分別從設(shè)計方法、生產(chǎn)工藝、原材料、以及結(jié)構(gòu)形式等方面進行優(yōu)化設(shè)計。

2 新加坡MG15t+15t-30m雙小車新型龍門吊設(shè)計的特點與主要技術(shù)

2.1 設(shè)計特點

(1)小車起升機構(gòu)緊湊布置。小車起升機構(gòu)采用空心軸減速機與卷筒軸連接，電動機，聯(lián)軸器，制動器緊密相連。布置簡單緊湊，性能可靠，安全穩(wěn)定。(2)小車架鋼結(jié)構(gòu)柔性布置。小車架采用“工”字型結(jié)構(gòu)，由兩根端梁與一根主梁組成，柔性布置，與傳統(tǒng)小車架剛性結(jié)構(gòu)相比，更加可靠，避免“三條腿”現(xiàn)象。(3)電氣控制精度高。此新型龍門吊采用交流變頻調(diào)速+PLC程序控制的控制方式，各機構(gòu)動作精確度均小于5mm。(4)模塊化設(shè)計，更加高效，生產(chǎn)效率與材料利用率明顯提高。

2.2 主要技術(shù)

(1)新型輕量化小車設(shè)計。起重機輕量化的關(guān)鍵在于小車的輕量化，小車自重降下來，對于整機的工作性能和制作成本有很重要的影響。

傳統(tǒng)橋、門式起重機小車的起升機構(gòu)是通過軸承座底座、減速機底座、電機底座、制動器底座等全部焊接在剛性小車架上表面，使得整個機構(gòu)高度高，體積大，質(zhì)量大，安裝要求高。

而我們與之對比的輕量化小車則采用三支點支撐安裝形式(圖1)，小車架采用“工”字型結(jié)構(gòu)，由兩根端梁與一根主梁組成，柔性布置。主梁內(nèi)部裝有雙排滑輪的承載梁，端梁上整體加工出用于支撐卷筒的軸承座鏜孔，卷筒組兩端與兩根端梁連接，起升減速機為空心軸形式與卷筒軸連接，布置在小車架的側(cè)面，這樣的布置形式可以將卷筒組布置在小車架內(nèi)部，小車起升機構(gòu)中的減速機和卷筒都降低到小車架的上平面以下，使得起重小車的高度有了明顯的降低。小車運行機構(gòu)采用“三合一”減速電機的布置形式，使得結(jié)構(gòu)布置緊湊，占用空間較小，也可使安裝位置相應(yīng)減小。起升減速器由傳統(tǒng)的中硬齒面減速機升級為硬齒面起升減速機，體積小，承載能力強，精度高，耐磨性能好，使用壽命長，使整個設(shè)備的使用性能得以提高。

圖1

(2)新型輕量化小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計。傳統(tǒng)橋、門式起重機小車架結(jié)構(gòu)為一個剛性框架，由兩根端梁和主梁，次梁以及許多加強筋板組焊而成，這種小車架結(jié)構(gòu)復雜，焊接復雜，制造難度大，焊接量大，易變性。由于剛性框架，輕載時容易三個車輪著地，一個車輪架空，造成“三條腿”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在小車啟動和制動時，車身搖擺，起吊物也隨之搖擺，造成輪壓不均，引起車輪啃軌問題，長時間使得車輪輪緣磨損嚴重等一系列問題。傳統(tǒng)小車架結(jié)構(gòu)計算復雜，設(shè)計冗余，安裝在小車架上的起升機構(gòu)以及運行機構(gòu)布置松散，導致小車架結(jié)構(gòu)外形尺寸偏大，自身重量偏重。

與之對比的新型輕量化小車架采用“工”字型結(jié)構(gòu)，由兩根端梁與一根主梁組成。主梁內(nèi)部裝有定滑輪組，兩端放置于端梁上，端梁的左右端整體鏜孔，做軸承座，安裝小車運行機構(gòu)主動車輪組和被動車輪組，這種小車架結(jié)構(gòu)簡單，柔性化設(shè)計，受力清晰，簡支梁設(shè)計，能夠很好地適應(yīng)惡劣的運行工況，如遇到軌道不平或制造安裝原因造成的小車車輪位置誤差，也能四角車輪緊貼軌道，不會出現(xiàn)“三條腿”現(xiàn)象，避免了啃軌問題。新型輕量化柔性小車架結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量減輕25%左右，這樣相應(yīng)對橋架或門架的設(shè)計更加有利，整機自重的降低有積極的正影響。

圖2

(3)輕量化吊鉤滑輪組設(shè)計。傳統(tǒng)吊鉤滑輪組的設(shè)計為單排滑輪，即卷筒軸和滑輪軸的方向一致，受鋼絲繩繞入卷筒得偏角限制，吊鉤滑輪組往往與小車架底部存在一個最小極限距離。到達最小極限距離后，雖然離小車架底部的間距還有1m多的距離，但是無法繼續(xù)上升。起升高度受限，只能提高門機高度或者廠房高度來滿足起升高度的要求。

(4)輕量化車輪組設(shè)計。傳統(tǒng)橋、門式起重機車輪組普遍采用帶有角型軸承箱的車輪組的形式，這種車輪組的完全靠裝配工人手動調(diào)整校驗車輪裝配的直線度等技術(shù)參數(shù)，安裝精度要求低，屬于粗礦式的一種形式，角型軸承箱體積大，重量較大，使得小車架結(jié)構(gòu)高度增加。

圖3

車輪的材料主要有鑄鋼ZG340-640等，采用不同材料是，計算車輪踏面點接強度時的材料系數(shù)K2值不同，使得車輪的承載能力也有較大差異。新加坡MG15t+15t-30m雙小車新型龍門吊車輪材料采用強度等級更高的65Mn鍛造，與鑄鋼ZG340-640相比，K2值相差1.9倍，同樣是15t起重小車，傳統(tǒng)型起重機小車車輪直徑為Φ500mm時，輕量化起重機車輪直徑為Φ250mm。這樣輕量化車輪組采用強度等級更高的材料，使得車輪直徑做的更小，結(jié)構(gòu)小，重量輕，承壓大。

3 結(jié)語

起重機制造行業(yè)競爭日益激烈，利潤空間逐漸縮小，這促使我們通過技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)升級，降低設(shè)計冗余，提高產(chǎn)品性能，增強市場競爭力，使本公司橋門式起重機向輕量化，節(jié)能型，安全可靠等國際先進技術(shù)方向發(fā)展，為我國裝備制造業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略與低碳經(jīng)濟發(fā)展做貢獻。