適合港口件雜貨使用的40噸級輪胎起重機變幅機構的型式

楊卓云 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

適合港口件雜貨使用的40噸級輪胎起重機變幅機構的型式

楊卓云 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

隨著我國對外貿易的發展，港口吞吐量不斷增加，要求港口接卸貨物的能力大幅提高。提出在大噸位輪胎起重機上采用液壓油缸為動力的變幅機構優于卷揚鋼絲繩變幅機構。

港口 40噸級 起重機

隨著我國對外貿易的發展，港口吞吐量不斷增加，要求港口接卸貨物的能力大幅提高。目前，岸邊接卸貨物的起重機的起吊能力已經陸續向大噸位上發展，從過去的10噸門座式起重機發展到起吊能力在16～25噸級的門座式起重機。現后方配套的是25噸級輪胎起重機，以哈爾濱QLY25全液壓輪胎起重機為例，臂架長度18 m、旋轉半徑為5 m時，最大負荷為17.5 t，而吊裝長大五金作業時的安全負荷為9～12 t（在旋轉半徑8～10 m時），顯然25噸級的輪胎起重機已經不能滿足配套使用的要求，時常會出現超負荷作業情況。以石川島CCH400WE車輪式起重機為例，該車為40噸級的輪胎起重機，臂架長度18 m、旋轉半徑5 m時，最大負荷為24.4 t，而吊裝長大五金作業時的安全負荷11～16 t（在旋轉半徑8～10 m時）。合理配套應使用40噸級的輪胎起重機與前方16～25噸級的門座式起重機配合作業。目前，已有適合港口使用的25噸級、50噸級全液壓輪胎起重機，其性能可以滿足繁忙的裝卸生產要求，在此基礎上建議國內開發40噸級以液壓油缸為變幅機構動力的輪胎式起重機。

1 變幅機構的型式

目前，國外大噸位輪胎起重機變幅機構的型式有兩種，如圖1。

在國內，傳統制造的輪胎起重機均采用卷揚鋼絲繩變幅機構，汽車起重機均采用液壓油缸變幅機構。在國外已有以液壓油缸為變幅機構動力的輪胎起重機，兩種變幅機構型式不同，使用、維修差異較大。

2 卷揚鋼絲繩變幅機構

目前，國內制造的輪胎起重機變幅機構均為卷揚鋼絲繩型式。機械傳動型式的變幅機構為外花鍵軸與卷揚內花鍵連接。液壓傳動型式的變幅機構是液壓馬達、減速器、卷筒。其連接型式為：液壓馬達外花鍵輸出與變速箱內花鍵連接，中間一根雙面花鍵軸又與卷揚內花鍵連接。由于港口裝卸使用的輪胎起重機在作業中變幅機構使用非常頻繁，而且變幅速度快，沖擊載荷大，起重機在使用到一定時間后，其變幅花鍵軸花鍵磨損，卷揚內花中鍵磨損，動力連接斷開，在使用過程中，卷揚易失去控制，造成臂架墜落事故。

3 以液壓油缸為動力的變幅機構

采用液壓油缸為動力的變幅機構，該型式在國外40噸級液壓輪胎起重機上已經應用。液壓油缸為動力的變幅機構有三大特點：

3.1 使用安全系數大

以液壓油缸為動力的變幅機構，由其結構型式所決定：液壓油缸自身帶液壓鎖，不使用鋼絲繩（鋼絲繩斷裂情況不會發生），不使用卷揚和制動器，其臂架在任何情況下，包括動力源失控都不會出現臂架墜落事故，因此該型式的變幅機構安全可靠。

3.2 節省鋼絲繩使用費用

我單位使用哈爾濱QLY25輪胎起重機，其變幅鋼絲繩的使用周期是每臺起重機每年更換5～6次，每掛鋼絲繩的單價是1 500元，單機年更換鋼絲繩費用7 500～9 000元。如使用液壓油缸為動力的變幅機構，僅此鋼絲繩一項每年每臺起重機就可節省7 500～9 000元使用費用。

3.3 起重機上旋轉盤受力情況好

3.3.1 液壓油缸變幅機構 上旋轉盤大梁受單向負荷，單向彎曲。

即：M=G·（H+h）

3.3.2 卷揚鋼絲繩變幅機構 上旋轉盤大梁受交變負荷，雙向彎曲。

即：輕載時 M=G·（H+h）；重載時 M=S·H

注：其他重量忽略不計。

4 輪胎起重機用油缸變幅和用鋼絲繩變幅結構受力比較（見圖2）

4.1 轉臺受力分析

4.1.1 變幅拉索受力S（S'）

油缸變幅拉索受力S:

其中：

a——拉索至吊臂鉸點垂直距離，m；

Q——重物及吊具重力，N；

R——吊鉤中心至吊臂鉸點水平距離，m；

G——吊臂重力，N；

R1——吊臂重心至吊臂鉸點水平距離，m；

S1——起升鋼絲繩拉力，N；

B——起重鋼絲繩至吊臂鉸點垂直距離，m。

鋼絲繩變幅拉索受力S'：

其中：

a'——拉索至吊臂鉸點垂直距離，m。

分析：由于要考慮運輸狀態三角架高度（鋼絲繩變幅工作狀態三角架升起），因此，拉索力臂之比（a'/a）約為1.3～1.4，所以S'/S=1.3～1.4

4.1.2 變幅油缸拉力F及三角架拉板拉力F'變幅油缸拉力F：

其中：

C——拉索至壓桿下鉸點垂直距離，m；

D——油缸中心線至壓桿下鉸點垂直距離，m。

鋼絲繩變幅三角架拉板拉力F'：

其中：C'——拉索至壓桿下鉸點垂直距離，m；

D'——拉桿中心線至壓桿下鉸點垂直距離，m。

4.1.3 轉臺受力分析 鋼絲繩變幅型式轉臺與回轉支承交接處受力最大，并且為交變應力。該截面內力：

剪力 N=F'-G1（N）其中：

F'——三角架拉板拉力，N；

G1——配重、轉臺上機構及轉臺自重重力，N。

彎矩 M=F'L1-G1L2

其中：

L1——F'至截面距離，m；

L2——G1合力至截面距離，m。

分析：由于F'空載時較小，此時M為負值；當吊載時F'值較大，M為正值，因此M值變化范圍較大，最大應力點為交變應力。最大應力點易產生疲勞破壞，特別是當使用帶載自由落鉤時，沖擊大，就更容易產生破壞。例如天津港使用的UC-25輪胎起重機使用5萬小時發現多臺車轉臺回轉支承座圈與轉臺梁交接處產生裂紋。

對于油缸變幅型式，雖然油缸拉力和壓桿壓力比鋼絲繩變幅型式受力要大得多，但力直接傳遞到內轉支承上，對轉臺后梁不產生彎矩，轉臺后梁只承受配重和自重產生的單向彎矩，并且彎矩值比較小，因此，轉臺梁受力狀態好。但要處理好油缸及壓桿與轉臺的連接和圓滑過渡。

筆者認為，在大噸位輪胎起重機上采用液壓油缸為動力的變幅機構優于卷揚鋼絲繩變幅機構。■

2012-07-09