橋式起重機電磁旋轉(zhuǎn)掛梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

翟杰 張偉

【摘? 要】通用橋式起重機是工業(yè)廠房和室外原材料堆場常規(guī)配置的特種起重機械，廣泛應(yīng)用于造船、冶金、建筑、鋼結(jié)構(gòu)制造等行業(yè)。有學(xué)者對橋式起重機的主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化、參數(shù)化建模等方面進行了較為深入的研究。但是，隨著橋式起重機應(yīng)用的深入，各類特殊的橋式起重機產(chǎn)品的需求逐步顯現(xiàn)，以提高貨物調(diào)轉(zhuǎn)與運輸?shù)男剩档土素浳锇徇\過程中人力與物料消耗。

【關(guān)鍵詞】橋式起重機;電磁旋轉(zhuǎn)掛梁;結(jié)構(gòu)設(shè)計

1橋式起重機參數(shù)介紹

研究的橋式起重機用于船廠露天鋼板材料堆場，額定吊重14t，工作級別A6，起升高度7m，大車運行速度8～80m/min，小車運行速度4～40m/min，起升速度1～10m/min。主要組成為：橋架及平臺欄桿、大車運行機構(gòu)、司機室、小車、電磁旋轉(zhuǎn)掛梁系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。布置圖如圖1所示。整機主要結(jié)構(gòu)件材料選用Q235B。

1.2電磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)功能分析

鋼板材料堆場需要頻繁的向各個車間轉(zhuǎn)運，由于空間和運輸工具的限制，鋼板在轉(zhuǎn)運的過程中需要調(diào)整長度和寬度方向，以滿足各種運輸設(shè)備的要求。旋轉(zhuǎn)電磁掛梁機構(gòu)，可以在鋼板起吊脫離地面后，實現(xiàn)水平任意角度旋轉(zhuǎn)，提高鋼板吊裝的效率。電磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的主要組有滑輪系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)上部支架、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、下橫梁、電磁吸盤和電纜收集器等部件，如圖2所示。六塊電磁吸盤用于鋼板的抓取。電磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過滑輪、鋼絲繩與上小車連接，實現(xiàn)電磁旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的整體升降。回轉(zhuǎn)上支架與下橫梁通過回轉(zhuǎn)電機與回轉(zhuǎn)支承組成的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)運動。電磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的基本參數(shù)為：旋轉(zhuǎn)速度0.8～1r/min，單塊電磁吸盤最大吸力3噸，停電保磁時間大于20min。

圖1橋式起重機布置圖  圖2電磁旋轉(zhuǎn)掛梁布置圖

2橋式起重器吊物擺動現(xiàn)象的原因

橋式起重機吊物提升運動主要依靠鋼絲繩索類柔性體完成活動，其特點是輕便，大大提高了工作效率，但是在橋式起重機工作過程中，可能由于慣性作用或加速、減速，繩索并沒有較好地固定在吊物的負載壓力下，易形成以繩索長度為半徑的擺動，會發(fā)現(xiàn)隨著吊物重量的增加，擺動的幅度會相對較小，這均可以通過單擺公式分析可得。其實吊物的擺動與質(zhì)量并不能直接控制擺動幅度，只與鋼絲繩索長短有關(guān)。因此，可以依據(jù)吊繩長短合理設(shè)置橋式起重器擺動措施。

3橋式起重機優(yōu)化措施分析

3.1電氣防搖擺措施

目前，橋式起重機電氣防搖擺系統(tǒng)的發(fā)展隨著不同種類的控制器、變頻技術(shù)的應(yīng)用也得到了長足穩(wěn)定發(fā)展。電氣防搖擺控制系統(tǒng)的原理是對小車運動與吊物運動中形成的夾角進行測量計算。通過加減速進行控制吊物的擺動，經(jīng)過不斷實驗，當(dāng)小車達到某一速度或靜止不動時，吊物與吊架的夾角基本呈垂直狀態(tài)，吊物的擺動幅度較小將成功消除擺動問題。我國在眾多的電氣防搖擺控制技術(shù)中應(yīng)用最多的是借助開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，相比之下開環(huán)控制系統(tǒng)較為方便，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱無反饋控制系統(tǒng)，是指一個輸出只受系統(tǒng)輸入控制，沒有反饋回路的系統(tǒng)，在活動時無需每次反復(fù)測量吊架與吊物之間的角度，只需利用統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)控制起重機便可，這種系統(tǒng)輸入直接控制輸出，裝置較為簡單，成本低，具有良好的穩(wěn)定效果。閉環(huán)控制系統(tǒng)是由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)，相比開環(huán)控制系統(tǒng)工作程序要復(fù)雜一些，施工人員要測量擺角，雖然準確率高，但是控制操作復(fù)雜，投入成本較高。因此橋式起重機多采用開環(huán)控制系統(tǒng)，只要設(shè)置精準的數(shù)據(jù)，接下來的工作便能夠高效地將數(shù)據(jù)傳輸給變頻器，提高防擺效果。一般來說，在行車加減速的過程中，由于行車速度總是優(yōu)先于吊物運動速度，行車與吊物之間形成夾角，在重力作用下形成擺動現(xiàn)象。電氣控制搖擺的方法就是利用這個原理，先統(tǒng)計小車與吊物之間夾角角度，通過測量工具計算鋼繩長度，然后通過計算擺動周期等使小車在特定距離減速行駛。通過反復(fù)快速調(diào)整小車運動速度，平衡行車與吊物的速度，使吊物繩索的中心與荷載物中心位置在一條直線上，消除之間的夾角產(chǎn)生，便可有效消除偏擺問題，使吊物平穩(wěn)快速運行。

3.2車輪軌道故障的維修保養(yǎng)措施

根據(jù)橋式起重機車輪軌道的常見故障原因，為能夠有效避免車輪軌道的故障發(fā)生，在日常的使用過程中，需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防和防范措施。首先，為有效緩解車輪軌道形變，需要改變原有車輪制作方法，選取合適的車輪制作材料;其次，為確保車輪軌道運行順暢，降低運行過程中的摩擦力，需要在橋式起重機日常運行中，給相應(yīng)的車輪軌道一定的潤滑保護。例如在車輪軌道上定期涂抹石墨材料，提升潤滑度，降低軌道的形變概率;最后，為更好確保橋式起重機運行過程中的穩(wěn)定性，可以通過分別驅(qū)動的方法避免出現(xiàn)傳動誤差的現(xiàn)象。與此同時，還需要在實際運行中對大車以及小車的運行速度加以限制和控制，有效降低車輪軌道的故障發(fā)生概率。

3.3分析智能路徑規(guī)劃方法

智能化的路徑規(guī)劃方法包括模糊邏輯算法、遺傳算法、螞蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。詳細分析模糊邏輯算法，首先對外界環(huán)境有敏銳的感知，然后做出對應(yīng)的動作處理，模糊邏輯算法使得路徑規(guī)劃工作過程中建立起相對精確的數(shù)學(xué)模型。分析遺傳算法，一般在面對復(fù)雜問題的時候，借助遺傳算法往往能夠得到優(yōu)化答案。工程問題要想優(yōu)化借助該種算法再合適不過，優(yōu)化問題的前提是熟悉掌握問題的本質(zhì)，目標函數(shù)就是數(shù)組生存的外界環(huán)境，各大約束條件就是滿足的環(huán)境特性，數(shù)據(jù)在目標函數(shù)環(huán)境域中呈現(xiàn)理想化的特性的時候，數(shù)據(jù)就被環(huán)境域接受。蟻群算法。個體獨立后，釋放信號，方便后來者的追蹤，信息素隨著時間的推移慢慢變淡，路徑會被后來的螞蟻追蹤，代表路徑相比較其他路徑是優(yōu)化路徑。而后來者越來越少，一直到該路徑被淘汰，則證明該路徑不是最優(yōu)化路徑。算法的深入展開，信息素濃度越來越大，算法收斂與信息素濃度最大的元素上。借助蟻群算法，能夠快速實現(xiàn)最優(yōu)化路徑的選擇，彌補了傳感器誤差導(dǎo)致的探測信息的模糊性缺點。

結(jié)語

基于有限元分析法估算橋式起重機焊接箱形梁的裂紋擴展壽命，具有簡便實用的特點。該法不僅可以估算焊接結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，而且可以推算出具有初始缺陷的焊接結(jié)構(gòu)裂紋擴展任一階段時的疲勞壽命。但基于有限元法分析裂紋處的應(yīng)力，以此來估計疲勞壽命，由于裂紋的隨機性和現(xiàn)場情況的復(fù)雜性，估算起重機的疲勞壽命可能存在誤差，有待于結(jié)合起重機疲勞試驗做進一步的深入研究和應(yīng)用。

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[3]胡博.橋式起重機的常見故障與維修保養(yǎng)[J].中國設(shè)備工程，2017（18）：36-37.

（作者單位：1.山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司;

2.中國電建集團山東電力建設(shè)第一工程有限公司）