橋式起重機小車零部件的合理性布置設計

李玉杰

（山鋼股份濟南分公司 寬厚板廠，山東 濟南250101）

1 前言

橋式起重機小車上零部件的布置決定了小車車架結構和輪壓。因此，在設計小車時，除了掌握正確的設計計算方法之外，還要掌握零部件布置的合理原則，以滿足小車的設計要求，最大限度地節約制造成本。

2 零部件分布對小車設計的影響

橋式起重機小車上零部件在選配后，其在小車上的布置情況對車架和車輪造成如下影響。

1）對小車車架的影響。對于雙梁橋式起重機的小車而言，由于小車車架與零部件及起重載荷在其上的分部是超靜定的，因此重量載荷越是集中則小車車架平臺的總面積就越小。另外，最大起重量載荷越靠近小車平臺中心，則能以較小的車架尺寸來滿足重量載荷要求，因而其車架重量就越輕；反之，會因設計尺寸的增加而增大了小車車架的自重，車輪就會承受較大載荷。

2）對四角輪壓分部的影響。如果零部件布置偏向一側，車輪所承受的輪壓就會增加。同時，一側載荷較重，則車架的尺寸及重量也會受到影響，四角車輪中的最大輪壓會提高，對整臺起重機主梁及端梁的設計產生影響。另外，由于單側輪壓較大，另一側在工作時會因尺寸及道軌的誤差產生車輪與道軌不接觸的現象，通常稱為“3條腿”現象，此為起重機最嚴重的故障。

3）對小車架面積方面的影響。小車上零部件布置不緊湊，會占用較大面積，使得吊鉤活動區域受限；同時車架面積的增大還會相應增加小車自重。

3 起重機小車零部件的布置原則

3.1 最大起升載荷作用點設置

最大起升載荷作用點應設計在小車車輪對角線交叉點上。通用雙梁橋式起重機一般設計兩套起升機構，主、副起升。其中主起升機構所要滿足的起重量是設計之初的已知條件，它決定了整臺起重機的設計參數，而主起升載荷的作用點對小車輪壓分部的影響最大。在根據起升載荷選定了零部件之后，要對各零部件進行布置。首先要掌握的原則便是將主起升載荷作用點布置在小車中心，這樣四角車輪都能承受1/4的最大起重量載荷。

如果小車上主起升機構的作用點位置稍有偏移，則兩側輪壓會產生較大變化。例如1部75 t/15 t的通用雙梁橋式起重機，其主起升最大載荷作用點縱向偏移，如圖1所示。主、被動端車輪中心距離為3 m，而主起升載荷向被動端偏移了0.25 m。現計算主、被動端的輪壓。

圖1 最大起升載荷布置

按照雙聯卷筒計算，倍率為5，去掉1個作用在卷筒上的重量載荷，定滑輪承受的重量載荷為60 t。根據圖1中的尺寸，計算得出被動車輪承受的來自起升載荷的輪壓為：

式中：Gb為被動輪輪壓，kN；G為總輪壓，kN；L為主、被動車輪的中心線距離，m；L1為主起升卷筒組中心線與被動車輪組中心線距離，m。

為便于計算，假設 L為 3 m，L1為 1.25 m，根據公式（1）計算得輪壓Gb為175 kN。同樣套用以上假設的數據，主動端所承受的起升載荷作用的輪壓GZ為125 kN。

經過計算得知，被動車輪比主動車輪要多承受50 kN、約5 t的重量，如此大的載荷偏差對小車車輪的設計會產生很大的影響。

3.2 減小零部件對車架的彎矩載荷

小車車架及車輪承受的載荷除了額定的起重量載荷之外，還要承受電機、減速機和卷筒組的自重。因此在布置電機、減速機和卷筒組等零部件時，要讓這些零部件的重量盡可能小地對車架形成縱向剪力和彎矩，即盡可能使這些零部件重心與車輪運行中心線重合。圖1中，主起升減速機因其自重量大，故設計時使其中心位置與一側的小車車輪運行中心線平行，消除了對車架的彎矩。

現就減速機對車架的彎矩進行舉例，圖2表示了通用雙梁橋式起重機的小車平面圖，圖中所示的主起升減速機與小車車輪中心線的偏移尺寸e=0.25 m。減速機自重20 kN，兩側車輪距離為2 m。現計算減速機對車架的剪力和彎矩。

圖2 減速機在小車上偏離車輪中心線

車輪的支撐力Ra和Rb經過計算得［1-2］：

式中：Ra為單側車輪支撐力，kN；Rb為單側車輪支撐力，kN；Gjs為減速機自重，kN；e為偏移距離，m；B 為兩側車輪距離，m。

最大彎矩Mmax為：

減速機對車架的最大彎矩為4.357 kN·m，該數值會影響到車架的設計。

3.3 保證零部件的緊湊性

在對小車進行設計時，除了減小對車架的彎曲載荷之外，還要考慮車上零部件的緊湊性。要盡可能地減小車架的平面尺寸，以免增加小車自重和影響起重機大車主梁極限位置的吊運作業。車上零部件在小車長度和寬度上要布置合理。

小車零部件布置有時雖然小車車架的長度方向減小了尺寸，可對于雙梁橋式起重機而言，占用了較大的寬度空間，對主梁安裝精度和端梁的設計尺寸都會產生影響。緊湊的布置方式應為圖1中所示。

3.4 主動端應承受較大自重載荷

為了增加驅動端對小車道軌的摩擦力，在設計小車時，要使小車車架主動端承受較被動端大一點的自重載荷［3-4］。為了實現這一點，在設計時要將小車運行機構設計在自重較大的一端。同時，這樣設計的結果也避免了因車架在外部環境下出現誤差導致小車“三條腿”現象。

3.5 載荷對稱布置原則

對稱布置原則是要求通過合理布置車上零部件，使起重機小車兩側車輪承受近乎相等的載荷。如在冶金企業常用的雙鉤電磁掛梁橋式起重機，因需要吊運鋼板，所以采取雙鉤同步的設計方式。

圖3和圖4列舉了兩種不同布置方式的小車平面布置，現將兩種布置結構在空載狀態下，零部件自重形成的載荷進行計算并給出剪力、彎矩分布以作對比。

為便于計算和對比，假設兩個圖中的長度尺寸：兩側車輪中心線距離為L為5 m，一側小車車輪中心線與卷筒組中心線距離為L1為1.2 m，一側車輪與起升電機中心線距離為L2（圖3）為1.5 m，而在圖4所示的布置結構中L2為2.5 m。圖3中另一側減速機中心線與車輪中心線距離L3為2.7 m，另一側卷筒與車輪中心線距離L4為3.9 m。假設重量載荷：起升減速機自重Gjs為1.8 t，起升電機自重Gdj為1.5 t，起升卷筒和滑輪組自重Gjt為1 t。

圖3 載荷不對稱的布置結構

小車零部件不對稱布置情況下，根據公式計算得出，車輪A與C端總輪壓Pa為46.58 kN；車輪B與D的總輪壓Pb為24.42 kN。最大剪力在右側減速機對車架的重力中心線上，為28.58 kN；而最大彎矩則在右側卷筒對車架重力中心線處，為44.166 kN·m。

圖4 載荷對稱的布置結構

由于減速機和卷同組分別布置在小車中心的兩側，且電機中心位于小車中心線上，即小車零部件對稱布置情況下，根據公式計算得出，兩側主、被車輪的輪壓Pa和Pb的值均為為35.5 kN。車上零部件對車架的最大剪力在卷筒組中心，為17.5 kN；最大彎矩在電機底座中心，為30.75 kN·m。

由此可見，雙鉤電磁掛梁橋式起重機小車上的零部件對稱布置對車架的載荷會明顯減輕，這樣的設計可以大大節省車架所需材料，同時減輕了小車車架的自重，對起重機后續的大車主梁、端梁和大車車輪的設計都能夠產生影響。

4 結 語

在對橋式起重機小車進行設計時，不但要合理選配零部件，同時還要對零部件合理地進行布置，以減小對小車車架的彎曲載荷；合理性地布置零部件也有利于起重機小車四角輪壓的分配均勻。另外，對于從事起重機設計和維護的工程技術人員來說，掌握文中所述的5個設計要素，有利于從事改造中對起重的選型。

參考文獻：

［1］ 成大先，機械設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 岳家駿，工程力學［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［3］ 大連起重機廠.起重機設計手冊［M］.遼寧：遼寧人民出版社，1979.

［4］ 郭宏毅，姜克玉，安振木，等.起重機械安裝維修實用技術［M］.河南：河南科學技術出版社，2010.