歐式起重機(jī)小車的典型結(jié)構(gòu)形式

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　　低凈空小車介紹

　　低凈空小車(圖3-26)由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車橫梁、小車架、小車附件構(gòu)成。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)的起升電機(jī)大于45kW時(shí)，起升機(jī)構(gòu)就不能再采用小歐式起重機(jī)的“三合一”起升電機(jī)，而只能采用分離式的獨(dú)立電機(jī)。當(dāng)然，這只是針對國內(nèi)起升電機(jī)的性能局限的無奈之舉，其傳動路線是：電機(jī)→齒輪聯(lián)軸器→短浮動軸→盤式制動輪→盤式制動器→帶聯(lián)軸器的浮動軸(可省)→臥式硬齒面減速箱→卷筒→鋼絲繩→歐式吊鉤組(雙排動滑輪)→小車橫梁的定滑輪。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是把起升機(jī)構(gòu)的卷筒、電機(jī)、減速器、制動器等零部件沉到小車架平面以下的合適部位，小車橫梁和卷筒之間的間隙需要考慮計(jì)算卷筒和滑輪的出繩*大偏角以及卷筒的鋼絲繩壓板螺栓不與起升機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)零件發(fā)生干涉，減速器、電機(jī)和制動器位置的布置需要整體考慮，互不干涉。外購件選型對起升機(jī)構(gòu)的布置非常重要，目前，還沒有特制的外購件核心零部件產(chǎn)品，需要根據(jù)外購件的體積、外觀、價(jià)格、品質(zhì)綜合考慮小車的設(shè)計(jì)。

　　對(大于300t)大歐式小車還可以采用單(雙)電機(jī)與雙減速器驅(qū)動起升機(jī)構(gòu)(圖3-27)，雙電機(jī)功率推薦按鑄造吊的方法取總機(jī)功率的0.66倍選型計(jì)算。為了保持小車的緊湊布置，制動器宜選取單制動的盤式制動器(除用戶特別指明采用雙制動外)。這樣布置的小車能使主、副端梁上的車輪輪壓易接近平衡，小車運(yùn)行更加平穩(wěn)，減速器能選擇標(biāo)準(zhǔn)型號而節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

　　綜合以上介紹，低凈空小車除了具有類似小歐式起重機(jī)的特點(diǎn)外，還有獨(dú)自的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)。

　　(1)可以全部采用國產(chǎn)零部件和元器件布置小車，性價(jià)比非常好;

　　(2)起升機(jī)構(gòu)的零部件銜接到小車架平面以下的合適位置，機(jī)構(gòu)緊湊;

　　(3)小車主、被輪壓比很接近;

　　(4)小車運(yùn)行噪聲低、節(jié)能環(huán)保;

　　(5)小車架整體加工，組裝精度高;

　　(6)小車吊鉤左右極限距離較小，工作面域較大;

　　(7)小車的整體高度較小，節(jié)約廠房土建成本;

　　(8)結(jié)構(gòu)緊湊、新穎、美觀、重量輕、空間體積小。

　　帶副鉤的歐式小車介紹

　　歐式小車的副起升機(jī)構(gòu)一般都是通過帶拖車的副小車型式來考慮設(shè)計(jì)(圖3-28)。主起升機(jī)構(gòu)布置在主小車上，副起升機(jī)構(gòu)通過掛一個(gè)拖車的型式和主小車鉸接。這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是可以制作成模塊化的部件，組合副鉤靈活方便;缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體積大、運(yùn)行沖擊強(qiáng)烈，維修率較高。

　　筆者通過對小、中歐式(低凈空)起重機(jī)多年的研究，研發(fā)出整體式帶副鉤的小車(圖3-29)。5～50t小歐式小車帶副起升，一般采取小歐式加小歐式的小車型式;63～300t的中歐式(低凈空)小車帶副起升，一般采取低凈空加低凈空(或加小歐式)的小車型式(圖3-30)。整體式帶副鉤的小車設(shè)計(jì)按常規(guī)布置，小車架會非常的長，小車的輪壓分布難以設(shè)計(jì)均勻，既主、被輪的位置不好布置，需反復(fù)調(diào)整卷筒和小車橫梁的位置才能確定。此外，在主鉤空載的時(shí)候被動輪的輪壓反而會比主動輪的輪壓要大，在設(shè)計(jì)時(shí)需要平衡考慮各機(jī)構(gòu)的主次關(guān)系。

　　綜合以上介紹，帶副鉤的歐式小車具有以下特點(diǎn)。

　　(1)在保證小車的整體高度較小的前提下，還能保證小車的長度較短;

　　(2)副起升機(jī)構(gòu)一般為小歐式結(jié)構(gòu);

　　(3)依然保證小車主、被輪壓非常接近;

　　(4)具有低凈空的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)。

　　采用雙制動器(工作級別A6以上)的大歐式小車介紹

　　小歐式小車一般只能達(dá)到A5級別，主要因?yàn)槠鹕苿悠?制動單元)放在電機(jī)尾部，這種“三合一”起升電機(jī)不是起重用的專用電機(jī)，為連續(xù)制工作電機(jī)，而起重機(jī)專用電機(jī)是斷續(xù)制工作電機(jī)，用在A5級別以上的工況不太適合。此外，國內(nèi)傳統(tǒng)習(xí)慣對A5級別以上的起升機(jī)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)制動器，制動器直接放在減速器的輸入軸上。

　　《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 3811—2008)規(guī)定可以在A6以上級別的橋式起重機(jī)采用單個(gè)制動器(特殊起重機(jī)除外)，但制動**系數(shù)取值有規(guī)定，沒有具體明確是否必須只能用單制動器。許多用戶都有采用雙制動器的習(xí)慣，在訂貨時(shí)經(jīng)常明確指出，對A6級別的起重機(jī)要采用雙制動器。因此，對A6級別的中、大歐式小車，主要考慮滿足用戶的習(xí)慣，按單、雙制動器分類設(shè)計(jì)，對明確規(guī)定采用雙制動器的用戶有一個(gè)產(chǎn)品系列補(bǔ)充。雙制動小車推薦每個(gè)制動器的**制動系數(shù)取1.1，對沒有明確規(guī)定采用雙制動器的用戶，按新規(guī)范要求，A6級別的單個(gè)制動器的**制動系數(shù)取1.75。

　　中、大歐式小車按卷筒支承座銜放在小車端梁的腹板上布置起升機(jī)構(gòu)，不好直接將制動器布置在起升減速器的輸入軸上，主要是受小車架結(jié)構(gòu)的限制，但通過改進(jìn)小車的結(jié)構(gòu)，也能把制動器直接布置在減速器的輸入軸上。按中厚板支承卷筒座可以直接布置在減速器的輸入軸上，但小車整體高度較高，需考慮用戶大車軌道*廠房*低極限距離的影響。

　　筆者在多年歐式產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中，通過反復(fù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)和分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的受力，采用兩種新的結(jié)構(gòu)型式把制動器直接放置在減速器的輸入軸上，產(chǎn)品使用效果非常好，外表美觀、制動平穩(wěn)，沒有溜鉤現(xiàn)象發(fā)生，維護(hù)、維修也非常方便。

　　一種是在小車的主端梁上減速器輸入軸的小車端梁腹板位置開槽，同時(shí)加固局部(圖3-31);一種是把制動器放在改進(jìn)的小車端梁里面，同時(shí)加固局部(圖3-32)。采用哪種結(jié)構(gòu)型式需要根據(jù)起重量的噸位和起升速度的大小來決定。

　　用于抬吊雙小車的中歐式小車介紹

　　中歐式(低凈空)小車非常適合一種雙小車抬吊的工況，雙小車分雙鉤和三鉤兩種結(jié)構(gòu)型式，由主小車和副小車共同完成抬吊工作，也可以由主、副小車單獨(dú)完成額定起重量的起吊工作。主小車的*大起重量一般是副小車的2倍，有時(shí)副小車比主小車的一半要大，其*大起重量一般按主小車額定起重量的1～1.3倍設(shè)置。主小車可以帶副鉤，也可以不設(shè)副鉤，其主副小車的起重量匹備關(guān)系見表3-9。對32t、40t、50t的副小車可以設(shè)計(jì)成小歐式小車結(jié)構(gòu)，其他主、副小車按中歐式(低凈空)小車設(shè)計(jì)。

表3-9主、副小車起重量的匹配關(guān)系

　　三鉤雙小車起重機(jī)的特點(diǎn)主要是吊物移動平穩(wěn)，主小車由“低凈空加低凈空”兩組起升機(jī)構(gòu)組成。為了保持小車輪壓平衡，減速器需對稱布置，電機(jī)平行擺放，依然保持低凈空起重機(jī)的特點(diǎn)。此外，三鉤雙小車結(jié)構(gòu)的吊鉤距大車軌道側(cè)的極限距離相對偏大，其他和低凈空小車結(jié)構(gòu)一樣。副小車由一個(gè)不帶副鉤的低凈空小車構(gòu)成，可根據(jù)用戶對抬吊物品的間距要求，選擇小車橫梁擺放在靠近或遠(yuǎn)離主小車位置，副小車軌距必須按照主小車軌距設(shè)計(jì)。

　　低凈空雙小車起重機(jī)尤其適合造船行業(yè)廠房用的造船橋式起重機(jī)，對傳統(tǒng)造船橋式起重機(jī)采用“歐式”設(shè)計(jì)具有非常潛在的實(shí)用價(jià)值。既可以采用兩個(gè)主、副吊鉤抬吊(圖3-33)，也可以采用雙鉤與單鉤組合的三鉤抬吊(圖3-34);還可以設(shè)計(jì)成360°穿繞翻身的造船橋式起重機(jī)抬吊。

　　綜合以上介紹，中歐式(低凈空)雙小車具有以下特點(diǎn)。

　　(1)可以完成抬吊、單吊多種工況的作業(yè)，操作靈活方便;

　　(2)保持了小歐式起重機(jī)的大多數(shù)特點(diǎn)。

　　用于360°穿繞翻身(造船專用)雙小車的中歐式小車介紹

　　造船廠房室內(nèi)用雙小車橋式起重機(jī)(圖3-35)，既可以用于抬吊，也可以用于單吊作業(yè)，還可以用于抬吊穿繞翻身作業(yè)，一般用副小車單吊作業(yè)，用主、副小車共同參與抬吊或穿繞翻身作業(yè)。為了滿足穿繞翻身，由上下兩層軌道的上(主)、下(副)小車構(gòu)成。在抬吊的時(shí)候，上小車降下吊鉤，下小車起升吊鉤，同時(shí)移動下小車穿過上小車翻身。主要用于造船的分段翻身作業(yè)，主機(jī)的工作級別宜設(shè)計(jì)為A5～A6，其大車的斷面型式(圖3-36)

　　在主梁靠大車?yán)飩?cè)的靠下部位設(shè)置副梁承擔(dān)副小車的工作載荷，主梁宜設(shè)計(jì)成窄全偏軌梁結(jié)構(gòu)，主小車軌道設(shè)置在外端的主腹板上，主梁的截面寬高比，推薦取1/3.5～1/3，主梁的主腹板向里傾斜4°～6°，副梁根據(jù)副小車的額定起重量設(shè)計(jì)副梁高度，副小車軌道設(shè)置在里端的副梁主腹板上。

　　用傳統(tǒng)的行車方式布置和設(shè)計(jì)主小車，整體高度較大，使大車軌道面*廠房高度界限的距離hmin較大，從而增大廠房的土建成本。主小車采用低凈空型式，將會使主小車機(jī)構(gòu)布置緊湊，整體高度變得較小，在改進(jìn)大車端梁結(jié)構(gòu)的前提下，可使hmin值降低2～3m。副小車采用低凈空型式，機(jī)構(gòu)布置緊湊，能使大車主梁得到*大優(yōu)化，減輕整機(jī)重量。副小車是否采用低凈空型式，要看設(shè)計(jì)的主、副梁能否設(shè)計(jì)布置下副小車。如果需要加高主梁的高度布置副小車，采用低凈空副小車會使整機(jī)*優(yōu)化，設(shè)計(jì)*合理，重量*輕。主、副小車的翻身工作過程見圖3-37。

　　采用低凈空形式的造船橋式雙小車起重機(jī)主小車起升機(jī)構(gòu)(圖3-38)，根據(jù)用戶要求可采用雙制動或單制動，其他機(jī)構(gòu)布置和低凈空小車設(shè)計(jì)一樣。為了降低小車承載端梁的截面高度，減輕小車架的重量，把小車橫梁布置在靠近小車車輪中心線的區(qū)域位置，選擇大中心距的非標(biāo)硬齒面減速器，保證滿足減速器的輸入軸到減速器的輸出軸有足夠間距布置卷筒組和小車橫梁，能很好地減輕小車重量。此外，鋼絲繩的倍率盡量選小值，優(yōu)先選擇**知名品牌8股芯鋼絲繩，使卷筒長度設(shè)計(jì)較短，小車重量較輕。

　　歐式抓斗橋式起重機(jī)的小車介紹

　　抓斗起重機(jī)有簡易和四繩抓斗兩種型式，簡易抓斗是在吊鉤上掛著一個(gè)馬達(dá)抓斗，抓斗小車和普通橋式小車一樣。四繩抓斗小車(圖3-39)由一組卷筒組用作升降作業(yè)，另一組卷筒組用做開閉動作。傳統(tǒng)的四繩抓斗小車沒有定滑輪組纏繞，鋼絲繩的倍率為1，抓斗自身帶有倍率滑輪組，小車整體高度較高，結(jié)構(gòu)布置松散，重量較重。

　　歐式抓斗小車(圖3-40)，由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車架和小車附件組成，沒有小車橫梁，相當(dāng)于兩組沒有橫梁的小歐式小車結(jié)構(gòu)。

　　室內(nèi)使用的抓斗橋式起重機(jī)的抓斗容積重量不會很大，一般不會超過20t(帶抓斗重量)，各機(jī)構(gòu)電機(jī)功率一般不會超過45kW，用小歐式小車結(jié)構(gòu)布置閉合繩和支持繩機(jī)構(gòu)非常方便。對用戶有特殊要求的抓斗起重機(jī)，當(dāng)功率大于45kW時(shí)，可采用兩組沒有橫梁的低凈空小車結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)閉合繩和支持繩機(jī)構(gòu)。

　　大歐式(雙梁四軌)小車介紹

　　對大于300t的大歐式起重機(jī)，如果全部按低凈空的思路來設(shè)計(jì)小車，會遇到小車輪壓難以減小的矛盾。如果按常規(guī)增加車輪數(shù)量的方法，勢必會使車輪數(shù)量增多，同時(shí)還需要借助臺車和大、小平衡梁的結(jié)構(gòu)組合，才能設(shè)計(jì)出小車，使小車設(shè)計(jì)較長，同時(shí)也會使小車高度增大，小車架重量增加，違背歐式小車輕量化設(shè)計(jì)原則。此外，小車的吊鉤極限距離也會增大。采用雙梁四軌歐式小車設(shè)計(jì)能很好地解決以上弊端，是大歐式小車設(shè)計(jì)的理想選擇。

　　大歐式雙梁四軌小車(圖3-3)由小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車起升機(jī)構(gòu)、小車橫梁、小車架構(gòu)成。小車起升機(jī)構(gòu)、小車橫梁的設(shè)計(jì)和中歐式雙梁雙軌小車一樣;小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車架與中歐式雙梁雙軌小車的設(shè)計(jì)有較大的區(qū)別。主要是結(jié)構(gòu)的受力不在同一個(gè)平面上，而是在一個(gè)緊湊的空間內(nèi)，但受力分布依然保持左右對稱，這樣設(shè)計(jì)小車有利于結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的計(jì)算簡化和布置。

　　大歐式(雙梁四軌)小車的工作原理

　　大歐式(雙梁四軌)小車的工作原理見圖3-41。小車架和車輪群臺車通過球鉸支座連接，兩邊的車輪群臺車在不同的軌道高差平面上分別運(yùn)行(高度差相差微小)，使車輪群臺車隨機(jī)的左右偏斜，始終使車輪群里一組不同截面的4個(gè)車輪*少有3個(gè)車輪接觸主、副軌道;主副軌道之間的水平公差在規(guī)范范圍許可之內(nèi)由水平輪組之間的間隙調(diào)節(jié)，多軌的高度差由球鉸支座平衡調(diào)節(jié)。

圖3-41超歐式（雙梁四軌）小車的工作原理
1—小車架;2—球鉸支座;3—車輪群臺車;4—主軌道;5—副軌道;6—水平輪組

　　小車運(yùn)行的平行4根軌道由于受水平旁彎和軌道安裝的影響，軌道安裝公差比雙梁雙軌更復(fù)雜，需解決由此帶來以下三個(gè)方面的實(shí)際問題。

　　(1)運(yùn)行中保持多軌上的所有車輪持有水平間隙

　　4軌同截面上的車輪水平間隙(圖3-42)，可以參照雙梁雙軌的規(guī)范要求，全偏軌軌道安裝公差參見《橋式和門式起重機(jī)制造及軌道安裝公差》(GB/T 10183—2005)，中軌軌道安裝公差參見《通用橋式起重機(jī)》(GB/T 14405—2011)。各軌道之間的水平公差要求為

　　Δ23≤+7～+1mm;Δ14≤+7～+1mm;Δ12≤+5～-5mm;Δ34≤+5～-5mm;Δ≤7.5mm

　　(2)多軌高度差的消化

　　4軌同截面上的軌道高度差(圖3-43)，可以參照雙梁雙軌的規(guī)范要求，見上述。各軌道之間的高差要求為

　　Δh1≤4.2mm;Δh2≤4.2mm;Δh≤10mm

　　每邊主梁上的主、副軌道高差在規(guī)范許可范圍內(nèi)，會使車輪群臺車隨機(jī)地偏斜運(yùn)行，為了使左右的車輪群臺車隨機(jī)偏斜對小車架不產(chǎn)生附加約束，在車輪群臺車和小車架之間設(shè)置球鉸支座能消除偏斜帶來的約束變形。

　　球鉸支座(圖3-44)，推薦采用LQZ球型支座，*大轉(zhuǎn)角可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)，一般不宜超過0.08rad(4.59°)，*大支反力可達(dá)到100000kN，顯然支反力肯定滿足要求，*大轉(zhuǎn)角從(雙梁四軌)小車的結(jié)構(gòu)分析可以得出范圍或結(jié)論。

圖3-43多軌高度差示意圖

　　車輪群臺車的*大偏斜角(圖3-45)，分三種情況考慮。**種：軌道1和軌道2或軌道3和軌道4之間因軌道高度差引起的車輪群臺車的*大偏斜角α1、α3;第二種：軌道2和軌道3之間因軌道高度差引起的車輪群臺車的*大偏斜角α2;第三種：軌道1和軌道4之間因軌道高度差累積引起的車輪群臺車的*大偏斜角α。

圖3-45車輪群臺車的*大偏斜角

　　α≤α1+α2+α3≤2×4.59°=9.18°　　(3-32)

　　以小車(雙梁4軌)主2、主3軌道軌距2m，主、副軌道軌距0.5m為例(罕見)，計(jì)算車輪群臺車的*大偏斜角α為

　　α≤α1+α2+α3=0.48+0.29+0.48=1.25°

　　實(shí)例計(jì)算滿足要求。兩主、副軌道和主軌道之間的軌距越大，*大偏斜角α越小。一般約定α≤1.6°，用于小車架(雙梁4軌)和車輪群臺車之間的球鉸支座都能滿足要求。

　　(3)主、副軌道上的車輪群因軌道高差引起的輪壓偏差影響

　　軌道高度差累積引起車輪群臺車運(yùn)行偏斜，相應(yīng)側(cè)的車輪群總輪壓將會有所改變，由于車輪群臺車和小車架是很小的偏斜，可以把小車架的偏斜看成繞某固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)分析(圖3-46)。

　　在圖3-46中，虛線小車位置為：

　　N21×(W23+a)=R(W23+a)/2=[(Φ2Q+Φ4Gx)/2](W23+a)/2

　　即　　N21=N22=R/2　　(3-33)

　　在圖3-46中，實(shí)線小車位置為：

　　N12×(W23+a)=R×AD

　　αmax≤1.6°→sinαmax≅0→sin2αmax≅0

　　在直角△AOC中：

　　直角△ABD中：

　　式中　R——額定起重量和小車自重對小車的作用合力;

　　N11、N12——圖3-46實(shí)線位置車輪群一側(cè)的總輪壓;

　　N21、N22——圖3-46虛線位置車輪群一側(cè)的總輪壓。

　　其他見圖3-46。

　　因此由軌道高差引起的輪壓偏差很小，可以忽略不計(jì)。由于車輪群在運(yùn)行過程中，大多數(shù)情況下一組車輪群的4個(gè)車輪只有3個(gè)車輪著軌，在計(jì)算車輪強(qiáng)度時(shí)推薦*大計(jì)算輪壓除以一個(gè)折減系數(shù)Kz=0.75～0.8。

　　大歐式(雙梁四軌)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成

　　大歐式(雙梁四軌)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)(圖3-47)，由“三合一”減速器、主動車輪群、被動車輪群、球鉸支座微轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、多軌臺車構(gòu)成。一般小車的每一個(gè)角為1/4驅(qū)動，也可以設(shè)計(jì)成1/2驅(qū)動。“三合一”減速器和雙軌小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型計(jì)算沒有區(qū)別，對大歐式(雙梁四軌)歐式小車，關(guān)鍵是雙軌臺車既要在水平面上能鉸動，又要在垂直平面內(nèi)能微小轉(zhuǎn)動，采用球鉸支座能夠較好地解決這個(gè)問題。

　　1—“三合一”減速器;2—車輪群主動輪;3—車輪群被動輪;4—球鉸支座微轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);5—多軌臺車