橋式起重機(jī)車輪啃軌精準(zhǔn)調(diào)整維修實(shí)踐

張志江

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北張家口 075100）

0 引言

橋式起重機(jī)啃軌的原因比較繁雜，有軌道、橋架、傳動系統(tǒng)等多種，其中最常見原因是天車輪踏面中心線切線與軌道中心線不平行。這就需要調(diào)整車輪水平角度，精準(zhǔn)程度較難掌握，調(diào)整起來較為困難?，F(xiàn)場工人通常采用經(jīng)驗(yàn)校正法，雖然可以解決問題，但調(diào)整時間長，需要反復(fù)試驗(yàn)，多次對設(shè)備進(jìn)行拆裝，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，調(diào)整質(zhì)量差。橋式起重機(jī)車輪系統(tǒng)安裝又比較精密，有嚴(yán)格的尺寸及公差范圍，可以通過測量掌握一手?jǐn)?shù)據(jù)。

經(jīng)過多年研究實(shí)踐，在解決橋式起重機(jī)車輪啃輪方面積累了較多經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工作中通過多次測量車輪走行距離與偏移量、取平均值，按公式計(jì)算車輪的偏斜角度，對角軸承箱部位按計(jì)算尺寸厚度加墊片進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整精準(zhǔn)、速度快、效率高，效果較為理想。這種方法對橋式起重機(jī)啃軌調(diào)整以及維修，有著非常重要的指導(dǎo)作用。

1 橋式起重機(jī)啃軌概要

橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)的理想運(yùn)行情況是：所有車輪在軌道上作無滑移的純滾動運(yùn)動，車輪緣的作用是約束車輪避免脫軌，正常運(yùn)行時輪緣與軌道保持一定的間隙。但實(shí)際上，由于制造、安裝、磨損、變形等原因，橋式起重機(jī)在運(yùn)行當(dāng)中，車輪的輪緣與軌道長時間強(qiáng)行接觸，造成啃軌。所謂啃軌，是指車輪輪緣與軌道頂、側(cè)面接觸，產(chǎn)生沿車輪走向反向或者垂直軌道方向的阻力增加1.5～3 倍[1]，發(fā)生嚴(yán)重摩擦，致使輪緣很快磨損并變形，同時使軌道的側(cè)面也產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，嚴(yán)重時燒損電機(jī)，損壞設(shè)備傳動系統(tǒng)?？熊壷饕憩F(xiàn)為：軌道側(cè)面有明亮的摩擦痕跡，嚴(yán)重時痕跡上會有鐵屑脫落；車輪輪緣及踏面有亮斑，有鐵屑脫落；軌道頂面有亮斑；橋式起重機(jī)行駛時在短距離內(nèi)車輪輪緣與軌道之間的間隙有明顯的變化；橋式起重機(jī)在運(yùn)行中，特別是在啟動與制動時，車體走偏、扭擺，特別嚴(yán)重時會發(fā)出“吭吭”較響的聲音并伴隨整個車體嚴(yán)重的顫動。

某鐵廠水渣打撈和裝車作業(yè)的10 t/跨度31.5 m/A6 橋式起重機(jī)，運(yùn)行中曾出現(xiàn)較為嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象，而且經(jīng)常發(fā)生斷軌現(xiàn)象，存在很大生產(chǎn)隱患。經(jīng)過反復(fù)對行車軌道、桁架、橋架等進(jìn)行調(diào)整，問題緩解，但一直沒有達(dá)到理想效果。后又經(jīng)過反復(fù)觀察，發(fā)現(xiàn)車輪輪系是造成啃軌的關(guān)鍵原因，經(jīng)過測量、加工、校正、調(diào)整，使啃軌問題得到徹底解決，并總結(jié)出精確的計(jì)算調(diào)整方法。

2 橋式起重機(jī)啃軌初步調(diào)整

經(jīng)過對全程20 個測量點(diǎn)測得，橋式起重機(jī)軌道的擺動量超過了±18 mm；在靜止?fàn)顟B(tài)，軌道跨度公差超過了±20 mm，兩根軌道相對標(biāo)高誤差達(dá)到了27～56 mm，軌道的局部坡度達(dá)1/10。經(jīng)對上述橋式起重機(jī)立柱、桁架和軌道梁進(jìn)行加固和調(diào)整，增加剛性，降低擺幅；對軌道進(jìn)行調(diào)整校直、加固[2]，再以20 個關(guān)鍵部位的點(diǎn)進(jìn)行測量，橋式起重機(jī)運(yùn)行時軌道及大車輪的跨度偏差≤5 mm，靜態(tài)時兩根軌道相對標(biāo)高誤差均≤10 mm，軌道坡度≤1/120[3]。通過本次軌道系統(tǒng)處理后，橋式起重機(jī)的啃軌問題得到了極大改善，橋式起重機(jī)的車輪使用周期明顯延長，斷軌現(xiàn)象得到遏制，但啃軌現(xiàn)象仍沒有得到徹底解決。經(jīng)過對橋式起重機(jī)橋架和軌道進(jìn)行測量，橋架2 主梁的上拱度分別是45.2 和38.7，在L/1000±L/500（L 為橋式起重機(jī)跨度）規(guī)范范圍內(nèi)。大車軌道系統(tǒng)及橋架系統(tǒng)均符合行車規(guī)范，啃軌主要原因就應(yīng)該在輪系上。

3 橋式起重機(jī)輪系校正計(jì)算調(diào)整

理想橋式起重機(jī)輪系的4 個車輪踏面中心線切線所圍成的平面同一軌道一側(cè)在同一平面內(nèi)且與軌道踏面中心線平行[4]，且與另一側(cè)軌道上車輪踏面中心線切線圍成的平面互相平行、與地平面垂直。但在實(shí)際當(dāng)中，車輪安裝后與理想情況存在一定偏差，如果偏差在正常范圍內(nèi)，設(shè)備可以正常運(yùn)行。但偏差值超過一定程度，就會影響橋式起重機(jī)正常運(yùn)行，造成啃軌。

3.1 車輪直徑偏差較大導(dǎo)致車輪傾斜運(yùn)行啃軌的測量計(jì)算調(diào)整

實(shí)例：一次檢修更換自編號1#大車主動車輪后，出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象。正向行進(jìn)時，啃內(nèi)側(cè)輪緣，反向行進(jìn)時，啃外側(cè)輪緣。從車輪安裝的平行度、垂直度測量來看，不應(yīng)該發(fā)生這種情況，未發(fā)現(xiàn)原因所在。于是將問題歸結(jié)到新?lián)Q的車輪上。成對更換了大車主動輪后，啃軌現(xiàn)象消失。但到底是什么原因，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

經(jīng)測量，原換的新車輪的車輪踏面外徑711.3 mm，而未更換的舊車輪踏面磨損非常嚴(yán)重，外徑684.2 mm，計(jì)算兩輪旋轉(zhuǎn)一周的踏面中心線線速度差（711.3-681.8）×3.14=92.6 mm。也就是說，當(dāng)兩個主動輪同樣旋轉(zhuǎn)一周，新?lián)Q輪比舊輪多行進(jìn)92.6 mm。橋式起重機(jī)大車運(yùn)行時，兩主動輪分別在軌道踏面上以線速度v1、v2同向運(yùn)行，其理想狀態(tài)是v1=v2（圖1）。因橋式起重機(jī)兩主動輪旋轉(zhuǎn)的角速度相同，如果兩車輪踏面直徑不相同，則v1≠v2，車輪直徑較大的一側(cè)行進(jìn)速度大于直徑較小一側(cè)，導(dǎo)致橋架整體與軌道相對位置傾斜，產(chǎn)生一個運(yùn)行時車輪踏中心線與軌道踏面中心線的夾角，是造成啃軌的直接原因。

圖1 兩個主動輪分別在軌道踏面上同向運(yùn)行

經(jīng)確認(rèn)，現(xiàn)場車輪備件標(biāo)準(zhǔn)直徑705±2.5 mm。但實(shí)測現(xiàn)場車輪踏面外徑，分別為710.2 mm、709.9 mm、710.6 mm、708.2 mm、709.8 mm、711.3 mm。這些備件采購時只提供型號，沒有提供圖紙和尺寸要求，加工廠對車輪踏面外徑標(biāo)準(zhǔn)與圖紙不一致，造成尺寸偏差較大。需要對710.2 mm、709.9 mm、710.2 mm、711.3 mm 尺寸的車輪按705±2.5 mm 標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行重新加工，加工量的計(jì)算公式為：

式中 δZ——車輪直徑尺寸超過設(shè)計(jì)尺寸需要的加工量，mm

Q′——車輪實(shí)際直徑尺寸，mm

Q——車輪設(shè)計(jì)直徑尺寸，mm

λ——車輪設(shè)計(jì)直徑尺寸公差值，mm

表1 車輪直徑尺寸超過設(shè)計(jì)尺寸需要的加工量計(jì)算 mm

加工后尺寸分別為704.96 mm、705.12 mm、705.07 mm 和705.03 mm，達(dá)到了正常設(shè)計(jì)要求。備件使用后，再沒發(fā)生因車輪直徑差值超出范圍而導(dǎo)致車輪啃軌現(xiàn)象。

橋式起重機(jī)更換主動車輪時，必須對配合的兩主動輪外徑尺寸進(jìn)行校對，并根據(jù)現(xiàn)場所有主動輪外徑測后進(jìn)行選配，只有外徑尺寸相差±0.25 mm 的兩個車輪可以配合使用，成對更換。特別對于舊車輪，如果使用周期較長，一般磨損比較厲害，如果能夠繼續(xù)使用，一般也要換下作簡單保養(yǎng)后作備件，與能夠繼續(xù)使用而且外徑與其相關(guān)在±0.25 mm 范圍內(nèi)的舊車輪成套配對使用。既保證了舊備件不至于提前報(bào)廢，又能夠保證車輪正常使用不引起啃軌現(xiàn)象。被動車輪的旋轉(zhuǎn)是由主動推動的，其外徑尺寸變化，一般不會引起啃軌現(xiàn)象。

3.2 車輪踏面中心線切線與軌道中心線不平行的計(jì)算調(diào)整

車輪系在實(shí)際安裝和使用過程中與理想狀態(tài)存在一定偏差（圖2），當(dāng)車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差δa角度，車輪是沿著自身的踏面中心線軌跡來運(yùn)行的，當(dāng)車輪沿圖2 箭頭方向行進(jìn)時，內(nèi)側(cè)車輪輪緣逐步靠近軌道并限位車輪脫軌，必然引起內(nèi)側(cè)輪緣啃軌。而且偏斜的車輪還要引導(dǎo)大車整體與軌道相對位置偏斜，造成其它車輪啃軌。反向運(yùn)行時會造成車輪反向啃軌。處理車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差δa 角度的辦法是通過在車輪組角軸承箱加調(diào)整墊的辦法校正，使車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心平行。解決好的重點(diǎn)是調(diào)整墊的位置和厚度，根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算法，調(diào)整墊厚度計(jì)算公式為：

圖2 車輪系在實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)存在一定偏差

δa=b·tanδa/2，tanδa=Z/L。其中，b 為車輪組兩套角形軸承座中心距，Z 為傾斜車輪行進(jìn)距離L 后車輪踏面中心線切線向軌道內(nèi)或外側(cè)的偏移量。

利用公式計(jì)算的難點(diǎn)是Z/L 即tanδa 值的確定，主要是橋式起重機(jī)整體是一個系統(tǒng)，軌道、輪系等情況比較復(fù)雜，測量的偏差很難控制，有時偏差值非常大。所以，為了提高測量的準(zhǔn)確性，要進(jìn)行多次測量，去掉偏差值明顯的測量值，然后取加權(quán)平均數(shù)。

車輪向外側(cè)傾斜時，將調(diào)整墊加到內(nèi)側(cè)角軸承箱的立面螺栓孔處。車輪向內(nèi)側(cè)傾斜時，將調(diào)整墊加到內(nèi)側(cè)角軸承箱的立面螺栓孔處。

實(shí)例：上述自編號1#橋式起重機(jī)（10 t/31.5 m）判定因北側(cè)被動輪西向外傾斜造成啃軌，進(jìn)行測量得到一組數(shù)據(jù)（表2）。

表2 橋式起重機(jī)車輪行進(jìn)距離與偏移量對照計(jì)算

表中第3 組和第6 組數(shù)據(jù)存在明顯的測量偏差，不參與計(jì)算。最終計(jì)算tanδa 的平均值為0.012，車輪組兩套角形軸承座中心距b=315 mm。則需加墊厚度δa=b·tanδα/2=315×0.012/2=1.89 mm。

通過計(jì)算，在行進(jìn)方向前端外側(cè)軸承座垂直面加2 mm 調(diào)整墊后，啃軌問題得到有效解決。

一般情況下，車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差是普遍存在的，如果偏差較小，不會引起啃軌。同一對主動車輪或者同一對被動車輪或者同一側(cè)的主被動車輪的偏差是反向的，車輪在運(yùn)行當(dāng)中可以互相校正，也不會引起啃軌。但如果單一個車輪存在偏差，或者幾個車輪的偏差為同向，容易引起啃軌現(xiàn)象。經(jīng)過多次實(shí)踐，Z/L 測量加權(quán)平均數(shù)計(jì)算法，對于一個車輪存在偏差或者幾個車輪的偏差為同向引起的啃軌解決起來非常有效，特別對解決使用年限長、檢修時各零部件配合基準(zhǔn)尺寸難以確定的老舊橋式起重機(jī)的維修工作有著非常好的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)束語

總體來講，橋式起重機(jī)啃軌問題既涉及軌道系統(tǒng)，又可能由車輪輪系自身引起，而且往往是多方面綜合原因并存[5]。解決橋式起重機(jī)啃軌的關(guān)鍵是從各種可能原因中找出主要原因，找準(zhǔn)真正原因，有針對性地逐一進(jìn)行排查。解決橋式起重機(jī)啃軌問題，通常是一個長期復(fù)雜的過程，需要反復(fù)觀察、測量、分析、計(jì)算、調(diào)整，要多向現(xiàn)場操作工人了解情況，掌握橋式起重機(jī)的整體性能，絕不能偏廢任何一方面。車輪輪系安裝偏差問題非常常見，而且普遍存在，區(qū)別在于偏差程度是否達(dá)到引起車輪啃軌。如果輪系安裝偏差沒有造成啃軌問題，可以暫時不考慮調(diào)整。如果輪系偏差原因已經(jīng)造成啃軌，就必須通過多次有效測量計(jì)算，取平均值代入公式進(jìn)行計(jì)算，按計(jì)算結(jié)果對輪系偏差進(jìn)行調(diào)整，會取得非常理想的效果。