歐式起重機(jī)小車(chē)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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　　歐式小車(chē)的布置

　　小歐式小車(chē)延伸拓展出幾種典型的中、大歐式小車(chē)結(jié)構(gòu)型式，這與小歐式小車(chē)的機(jī)構(gòu)布置特點(diǎn)有關(guān)，小歐式小車(chē)由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車(chē)橫梁、小車(chē)架、小車(chē)附件等構(gòu)成。這些部件和機(jī)構(gòu)呈立體的結(jié)構(gòu)布置原理決定了小歐式小車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

　　小歐式小車(chē)關(guān)鍵的核心部分是起升機(jī)構(gòu)(圖3-48中雙點(diǎn)劃線(xiàn)圍成的部分)。起升機(jī)構(gòu)的卷筒組與“三合一”電機(jī)和減速器套裝的連接方式?jīng)Q定了小車(chē)歐式的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)布置。就國(guó)內(nèi)和歐洲的歐式起重機(jī)，卷筒組與減速器的套裝連接方式有兩種較典型的代表型式，一種是用中厚板支承卷筒座的減速器“上懸掛”(圖3-49);一種是用小車(chē)端梁腹板支承卷筒座的減速器“下懸掛”(圖3-50)。

圖3-50下懸掛減速器與卷筒裝配

　　“上懸掛”是DEMAG公司的代表之作，分長(zhǎng)軸式和短軸式，靠花鍵連接傳動(dòng)，電機(jī)大多直接固定在減速器上，卷筒的支承軸采用球面軸承，只能安裝在小車(chē)架平面的上面，減速器必須特殊制造，不能采用通用減速器，小車(chē)的整體高度較高，安裝較方便。

　　“下懸掛”是筆者發(fā)明專(zhuān)利中的核心技術(shù)之一(參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利《超大噸位起重機(jī)低凈空小車(chē)》，專(zhuān)利號(hào)ZL201110027816.X)。因安裝在小車(chē)架平面之下，考慮安裝的方便，一般只有短軸式，靠花鍵連接傳動(dòng)，電機(jī)大多靠聯(lián)軸器間接固定在減速器上，卷筒的支承軸采用球面軸承，減速器可以采用通用減速器，小車(chē)的整體高度較小，安裝較復(fù)雜。

　　當(dāng)選型計(jì)算的減速器中心距不夠布置電機(jī)、制動(dòng)器和卷筒的結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須改大減速器的型號(hào)，這是采用標(biāo)準(zhǔn)減速器的弊端，也可以采用非標(biāo)減速器來(lái)增大減速器的中心距布置起升機(jī)構(gòu)，但非標(biāo)減速器的價(jià)格往往很貴，不如采用改大減速器的型號(hào)合算。

　　小歐式起升機(jī)構(gòu)可以采用“上懸掛”和“下懸掛”結(jié)構(gòu)，因小歐式起升機(jī)構(gòu)的零部件較小，一般推薦采用“上懸掛”。“上懸掛”的“三合一”電機(jī)能做成集成的一個(gè)部件，主要是國(guó)外電機(jī)采用制動(dòng)電機(jī)，體積和重量非常小，并能和結(jié)構(gòu)非常輕巧的減速器相匹配。國(guó)內(nèi)的電機(jī)和制動(dòng)器相對(duì)笨重，體積較大，目前還不具備制造成起升“三合一”制動(dòng)電機(jī)的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)使用的起升“三合一”電機(jī)都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的歐洲品牌產(chǎn)品，冶金起重專(zhuān)用電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)較為常見(jiàn)的選型產(chǎn)品，不宜選擇“上懸掛”布置。

　　中歐式起升機(jī)構(gòu)推薦采用“下懸掛”結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的電機(jī)、制動(dòng)器布置在主、副端梁之間的內(nèi)側(cè)，將卷筒組軸承支座和減速器輸出軸銜接到小車(chē)端梁的里面，卷筒既起到承受載荷受力的部分支撐作用，同時(shí)也起到加強(qiáng)主、副端梁的橫向連接作用，增加了小車(chē)架的水平剛性。因此，中歐式結(jié)構(gòu)決定了小車(chē)架有“H”形和“日”字形兩種結(jié)構(gòu)型式。卷筒組的水平中心軸線(xiàn)和小車(chē)主、副端梁齊平，整體高度比傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)一般可以降低1～2m的高度，這是中歐式小車(chē)的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

　　中歐式小車(chē)布置起升制動(dòng)器，習(xí)慣將一個(gè)制動(dòng)器直接布置在減速器的輸入軸上，由浮動(dòng)軸通過(guò)齒輪或半齒聯(lián)軸器和電機(jī)連接。如果采用雙制動(dòng)(圖3-51)，需把另一個(gè)制動(dòng)器通過(guò)浮動(dòng)軸放在電機(jī)的輸出軸上。也可以采用電機(jī)雙伸軸，把制動(dòng)器放在電機(jī)尾端，電機(jī)輸出軸處采用半齒聯(lián)軸器連接。一般中歐式起升機(jī)構(gòu)的雙制動(dòng)器布置宜采用圖3-51中A、B型結(jié)構(gòu)型式，不適合采用C、D、E型圖結(jié)構(gòu)型式。

　　無(wú)論采用單制動(dòng)器還是雙制動(dòng)器結(jié)構(gòu)型式，制動(dòng)器只能放在起升機(jī)構(gòu)的高速軸上。

　　小歐式小車(chē)的起升制動(dòng)器(制動(dòng)單元)并不是直接裝在減速器的輸入軸上，而是通過(guò)法蘭聯(lián)軸器和電機(jī)連接，制動(dòng)器裝在電機(jī)的尾部。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，小歐式小車(chē)起升制動(dòng)器不直接裝在減速器的輸入軸上也是可行的。中歐式(低凈空)小車(chē)由于受小車(chē)結(jié)構(gòu)的限制，一般不直接把制動(dòng)器裝在減速器的輸入軸上，但可以按雙制動(dòng)器的型式設(shè)計(jì)，把制動(dòng)器直接裝在減速器的輸入軸上，實(shí)踐證明制動(dòng)器不直接裝在減速器的輸入軸上的中歐式小車(chē)也是可行的。

　　按傳統(tǒng)習(xí)慣將制動(dòng)器直接裝在減速器的輸入軸上，一般只能放在小車(chē)端梁里側(cè)?？客鈧?cè)受到的限制較多，制動(dòng)器加強(qiáng)支撐件難以做到滿(mǎn)足剛度，也不方便通過(guò)走臺(tái)，使大車(chē)的結(jié)構(gòu)尺寸增大。

　　“上懸掛”減速器與“三合一”起升電機(jī)布置的小歐式小車(chē)體積輕小，為設(shè)計(jì)主梁和大車(chē)減輕了不少重量，但小歐式起重機(jī)的局限性，限制了歐式結(jié)構(gòu)的范圍和噸位。采用中歐式小車(chē)結(jié)構(gòu)型式布置的小車(chē)，由于適合大噸位，減輕整機(jī)重量的效果更為顯著。

　　歐式小車(chē)橫梁必須緊靠卷筒組布置，以便滿(mǎn)足卷筒出繩的偏角小于或等于3.5°，滑輪的繞入繞出偏角小于或等于5°，這可以減小小車(chē)的長(zhǎng)度尺寸，使小車(chē)吊鉤的左右極限距離較小，起重機(jī)相對(duì)工作面域增大，還可以增大有效起升高度。此外，小車(chē)的主、被輪壓分布能*大限度地接近，有利于減小小車(chē)車(chē)輪直徑，降低小車(chē)的整體高度。

　　歐式小車(chē)卷筒、滑輪繞出繩槽的偏角

　　歐式小車(chē)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)通過(guò)卷筒放下鋼絲繩到吊鉤組，由吊鉤組上穿到下橫梁里的定滑輪組過(guò)渡，再繞入到吊鉤組形成一個(gè)纏繞循環(huán)系統(tǒng)。吊鉤組滑輪軸線(xiàn)和下橫梁里的滑輪軸線(xiàn)與卷筒軸線(xiàn)垂直，并分兩排平行布置。

　　歐式小車(chē)滑輪的*大偏角主要考慮從卷筒下來(lái)的兩根鋼絲繩進(jìn)入吊鉤組動(dòng)滑輪時(shí)的偏角(圖3-52)，其次考慮從吊鉤組動(dòng)滑輪繞出進(jìn)入小車(chē)橫梁里的定滑輪偏角，其后的繞向鋼絲繩偏角不用考慮，也就是說(shuō)鋼絲繩中心線(xiàn)在垂直卷筒軸線(xiàn)平面內(nèi)的偏角不大于5°。

　　歐式小車(chē)的鋼絲繩從滑輪槽出角也有“折射”現(xiàn)象(參見(jiàn)李海波，白劍波，韓夢(mèng)丹，周奇才，張?zhí)m翔，《起重運(yùn)輸》，2015(4)，“關(guān)于《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 3811—2008)中卷筒偏角和滑輪偏角的探討”)，而且“折射”現(xiàn)象比傳統(tǒng)橋式起重機(jī)還要嚴(yán)重。在設(shè)計(jì)布置歐式起重機(jī)的小車(chē)時(shí)，要盡量減小圖3-52中的δ值距離，但δ值太小，卷筒工作時(shí)又會(huì)與小車(chē)橫梁干涉;δ值太大，卷筒偏角會(huì)偏大，小車(chē)的長(zhǎng)度會(huì)增大，吊鉤起升極限*小距離會(huì)增大。

　　歐式小車(chē)吊鉤組的動(dòng)滑輪達(dá)到起升極限位置時(shí)，滑輪的偏角出現(xiàn)*大，從卷筒下來(lái)的兩根鋼絲繩進(jìn)入吊鉤組動(dòng)滑輪時(shí)的偏角不大于5°。此外，從吊鉤組動(dòng)滑輪繞出進(jìn)入小車(chē)橫梁里的定滑輪偏角也必須不大于5°，還要考慮此時(shí)的鋼絲繩是否會(huì)和小車(chē)橫梁腹板底面干涉。為了減少鋼絲繩在纏繞過(guò)程中可能發(fā)生的相擦，推薦小車(chē)橫梁里的滑輪設(shè)計(jì)盡量靠下些，并使定滑輪軸線(xiàn)低于卷筒軸線(xiàn)，或者使滑輪布置在小車(chē)橫梁遠(yuǎn)離卷筒的一邊，這種情況下的小車(chē)橫梁腹板可以設(shè)計(jì)成不等厚的主、副腹板。

　　設(shè)卷筒鋼絲繩出繩點(diǎn)*靠近卷筒*外面定滑輪中心線(xiàn)的距離為δ，吊鉤組近似在卷筒和靠近*外面的定滑輪中心線(xiàn)的δ/2處，吊鉤的起升極限距離Hmin可以從下式求出。

　　由于∠MAO=∠ONC=90°，得：∠AOB=γ;在直角△MNC中

　　?

　　式中所有參數(shù)都可以在設(shè)計(jì)中獲得數(shù)據(jù)，同時(shí)，還需滿(mǎn)足吊鉤組動(dòng)滑輪繞出進(jìn)入小車(chē)橫梁里的定滑輪偏角γ′不大于5°。

　　?

　　式中　b——滑輪軸線(xiàn)水平面和卷筒軸線(xiàn)水平面距離(圖3-53)，當(dāng)卷筒中心線(xiàn)在小車(chē)橫梁里的滑輪中心線(xiàn)水平面之下時(shí)，b值取負(fù)值(mm);

　　δ——2倍PE點(diǎn)距離(mm);

　　Dg——小車(chē)橫梁里的固定滑輪繩槽直徑(mm);

　　Dd——吊鉤動(dòng)滑輪繩槽直徑(mm);

　　D0——卷筒的計(jì)算直徑(mm)。

　　Hmin必須同時(shí)滿(mǎn)足式(3-40)和式(3-41)，此外，還必須考慮hmax值對(duì)鋼絲繩的影響。當(dāng)小車(chē)橫梁過(guò)高，橫梁靠近卷筒側(cè)的腹板可能與鋼絲繩干涉(圖3-52)。從橫梁滑輪軸到橫梁*低端的距離Hf，推薦按式(3-43)校核，當(dāng)Hf值大于hmax-40時(shí)，需將小車(chē)橫梁里的滑輪組向右移布置，直到Hf滿(mǎn)足小于或等于hmax-40值。

　　在圖3-53中，經(jīng)過(guò)作圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由定滑輪中心E點(diǎn)，不論經(jīng)過(guò)滑輪槽緣那個(gè)點(diǎn)(圖3-52M點(diǎn))“折射”到吊鉤滑輪槽的N點(diǎn)，再到D點(diǎn)，該線(xiàn)路的軌跡都在E、D直接連線(xiàn)和小車(chē)橫梁腹板內(nèi)壁延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)附近和ED連線(xiàn)相交于F點(diǎn)。也就是說(shuō)，小車(chē)橫梁靠近卷筒的腹板內(nèi)壁*底端，離E、D連線(xiàn)與腹板內(nèi)側(cè)延長(zhǎng)的交點(diǎn)B*近。

　　直角△ABE與直角△PDE相似，所以AB長(zhǎng)度可得下式

　　式中　c1——靠近卷筒的定滑輪中心線(xiàn)*小車(chē)橫梁腹板內(nèi)壁之間的距離，即圖3-53中AE的長(zhǎng)度(mm);

　　hmax——小車(chē)橫梁腹板里面定滑輪的水平軸線(xiàn)到E、D連線(xiàn)的交點(diǎn)之間的距離(mm);

　　Hf——小車(chē)橫梁腹板里面定滑輪的水平軸線(xiàn)到腹板*底端的距離(mm)。

　　卷筒的*大偏角就是鋼絲繩中心線(xiàn)在卷筒主視圖平面內(nèi)的偏角γ不大于3.5°(圖3-54)，當(dāng)?shù)蹉^起升到*小極限距離，卷筒出現(xiàn)*大偏角。

　　Dw-Dd-d≥Lg≥Dw-Dd-d-2H0tan3.5°　　(3-44)

　　式中　Dw——吊鉤組兩排動(dòng)滑輪軸線(xiàn)之間的距離(mm)。

　　其他參數(shù)同本章前面介紹。

　　歐式小車(chē)起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩的實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算

　　歐式小車(chē)起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩的實(shí)際長(zhǎng)度宜盡量算得準(zhǔn)確，一般比實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)1～2m*理想，在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常有鋼絲繩實(shí)際長(zhǎng)度大于10m以上的現(xiàn)象發(fā)生，累積起來(lái)浪費(fèi)不少成本，尤其要杜絕鋼絲繩長(zhǎng)度下料短，導(dǎo)致整根鋼絲繩報(bào)廢的情況發(fā)生。

　　3.6.3.1鋼絲繩從卷筒繞出點(diǎn)到吊鉤組*外緣動(dòng)滑輪水平線(xiàn)上繩槽的繞入點(diǎn)的空間距離S1

　　按式(3-40)和式(3-41)計(jì)算出Hmin值，求出H0值。吊鉤在*底端狀態(tài)下，鋼絲繩從卷筒繞出點(diǎn)到吊鉤組*外緣動(dòng)滑輪水平線(xiàn)上繩槽的繞入點(diǎn)的空間距離(圖3-55)。

　　吊鉤組動(dòng)滑輪在*底端，鋼絲繩繞出滑輪槽不會(huì)出現(xiàn)“折射”現(xiàn)象，只有當(dāng)起升到達(dá)頂點(diǎn)的附近時(shí)才會(huì)有“折射”現(xiàn)象發(fā)生。鋼絲繩繞出卷筒出槽點(diǎn)可近似視為卷筒圓周水平線(xiàn)上的點(diǎn)，既可以把A、B點(diǎn)看成重合，其計(jì)算的鋼絲繩長(zhǎng)度誤差可以忽略不計(jì)。所求長(zhǎng)度為AD在圖3-55(a)中的平面的距離：

　　式中參數(shù)和本章前面介紹相同，δ、H0、H都可在設(shè)計(jì)時(shí)獲得數(shù)據(jù)，在面對(duì)卷筒主視平面，所求長(zhǎng)度為AC在圖3-55(b)平面的距離：

　　鋼絲繩從卷筒繞出點(diǎn)到吊鉤組*外緣動(dòng)滑輪水平線(xiàn)上繩槽的繞入點(diǎn)的空間距離TL，實(shí)際上是空間一段線(xiàn)段的距離在兩個(gè)視圖上的體現(xiàn)。

　　式中　AD(a)——圖3-55(a)中AD的平面長(zhǎng)度(mm);

　　AN(b)——圖3-55(b)中AN的平面長(zhǎng)度(mm);

　　AC(a)——圖3-55(a)中AC的平面長(zhǎng)度(mm);

　　圖3-55　吊鉤在*底端時(shí)的狀態(tài)圖

　　AC(b)——圖3-55(b)中AC的平面長(zhǎng)度(mm)。

　　其他參數(shù)見(jiàn)本章前述。

　　式中　P——卷筒槽距。

　　其他參數(shù)見(jiàn)本章前述。

　　3.6.3.2　鋼絲繩在吊鉤組動(dòng)滑輪上的纏繞長(zhǎng)度S2

　　S2=π(Dd+d)·m/2　　(3-49)

　　式中　S2——吊鉤組在動(dòng)滑輪上的纏繞總長(zhǎng)度(mm);

　　m——鋼絲繩的倍率。

　　3.6.3.3　鋼絲繩在小車(chē)橫梁上定滑輪的纏繞長(zhǎng)度S3

　　S3=π(Dg+d)·(m-2)/2　　(3-50)

　　式中　S3——鋼絲繩在小車(chē)橫梁上定滑輪的纏繞總長(zhǎng)度(mm);

　　Dg——小車(chē)橫梁上定滑輪繩槽的直徑(mm)。

　　3.6.3.4　鋼絲繩在小車(chē)橫梁上楔形套筒固定軸式超載限制器的總長(zhǎng)度S4

　　S4≈2×1.5(Dg+d)/2=3(Dg+d)/2　　(3-51)

　　3.6.3.5　鋼絲繩在卷筒上的固定和**圈數(shù)展開(kāi)總長(zhǎng)度S5

　　S5=π(D+d)×5×2=10π(D+d)　　(3-52)

　　3.6.3.6　鋼絲繩從吊鉤動(dòng)滑輪到小車(chē)橫梁里的定滑輪總長(zhǎng)度S6

　　從圖3-55(a)可知，ED的長(zhǎng)度就是需要求出的鋼絲繩S6分支長(zhǎng)度。

　　鋼絲繩總長(zhǎng)度S

　　為了消除計(jì)算誤差的影響，鋼絲繩總長(zhǎng)度可以放1～2m的余量，推薦鋼絲繩的**圈和安裝圈之和取5，以上公式可以通過(guò)編寫(xiě)小軟件來(lái)計(jì)算。