上旋轉橋式起重機的兩種典型回轉機構

高立程

（太原重工技術中心， 山西 太原 030024）

隨著工業生產規模不斷擴大，自動化程度逐步提高，起重機作為物料搬運的重要工具，已經成為工業生產中必不可少的基礎設備，需求量越來越大。現代工業全方位發展及用戶需求的多樣化，使得通用起重機各項性能難以滿足特有的多樣性功能需求，從而使適合特定場合使用、滿足特殊功能要求的專用起重機械得到快速發展。為了提高生產效率，有些生產過程要求所吊物品在起重機吊運過程中完成方向的旋轉，旋轉橋式起重機應運而生。

1 旋轉橋式起重機

本文所討論的旋轉橋式起重機是指可以實現讓所吊物品在吊運過程中水平方向上自動旋轉一定角度的橋式起重機。旋轉橋式起重機按旋轉的形式可以分為上旋轉橋式起重機和下旋轉橋式起重機。

下旋轉橋式起重機是在吊具上增加一套回轉機構，通過回轉機構驅動吊具旋轉來實現所吊物品的旋轉。這種結構體積較小，成本較低，具有一定的優勢，但回轉機構一般布置在吊具上方，增加了吊具的高度，從而使吊具的上極限增大。

上旋轉橋式起重機一般是將小車設計成上下兩層結構：下部小車上布置有小車運行機構，可以實現小車在軌道上的直線運動；上部小車通過回轉機構與下部小車相連接，可以相對于下部小車在水平方向上做回轉運動，起升機構布置在上部小車上，吊具跟隨上部小車一起回轉，從而實現所吊物品的旋轉。

上旋轉橋式起重機的小車回轉機構一般有兩種，一種是通過環軌實現，一種是通過回轉支承實現，下面就詳細分析一下這兩種典型的回轉機構。

2 環軌式回轉機構

采用環軌式回轉機構的小車如圖1所示，下部小車架主要由兩根端梁和兩根主梁組成整體矩形框架結構，小車運行機構安裝于下部小車架上，環形軌道則固定在下部小車架上平面，上部小車架的主體框架為環狀箱形梁，起升機構安裝于上部小車架上方，回轉機構則安裝于環形梁的下方。

圖1 采用環軌式回轉機構的小車圖

回轉機構主要由三合一減速電機、主動車輪、從動車輪、水平輪等部件組成，如下頁圖2所示。一個主動車輪、兩個從動車輪以及三個水平輪均勻分布，通過底座安裝于上部小車架環形梁的下部，三合一減速電機與主動車輪相連接，通過驅動主動車輪轉動帶動回轉機構乃至整個上部小車在環軌上做回轉運動。根據小車的實際布置情況，三合一減速電機可以布置在環形梁的內側，也可以布置在環形梁的外側。如果空間允許，三合一減速電機也可以由常規的電機、減速器、制動器及聯軸器所組成的驅動機構代替。

常規車輪的踏面一般為圓柱形，如果回轉機構也采用圓柱形踏面的車輪，由于軌道為環軌，踏面內外側各點的運動軌跡長度各不相同，車輪踏面與環軌之間就會產生相對滑動，進而引起附加回轉阻力，加快了車輪與環軌的磨損。為了避免這種情況的發生，將回轉機構的車輪踏面設計成圓錐形，如圖3所示，直徑大的一側不設輪緣，置于環軌外側，直徑小的一側有輪緣，置于環軌內側，以防止車輪脫軌，環軌上表面也相應設計成與車輪踏面錐度相一致的錐面，車輪踏面各點所在的垂直于車輪軸的截面圓直徑與這些圓在環軌上運動的軌跡圓直徑成正比。這種設計極大地減少了車輪踏面與環軌之間的相對滑動，車輪踏面寬度也得以保證[1]。

圖2 環軌式回轉機構圖

圖3 環軌式回轉機構局部詳圖

在回轉機構三個車輪之間設置三個水平輪，水平輪可沿環軌外側面滾動，通過水平輪的偏心軸調節水平輪與環軌外側面的間隙，從而更好地防止回轉機構車輪啃軌甚至脫軌的發生。

3 回轉支承式回轉機構

采用回轉支承式回轉機構的小車與采用環軌式回轉機構的小車基本相同，如圖4所示，不同之處主要就是回轉機構的不同。

圖4 采用回轉支承式回轉機構的小車圖

回轉支承式回轉機構主要由三合一減速電機、回轉支承、小齒輪等零部件組成，如圖5所示。

圖5 回轉支承式回轉機構

這里所提到的回轉支承是指滾動軸承式回轉支承，是一種大型的滾動軸承，是可以同時承受軸向力、傾覆力矩、徑向力且需兩部分相對轉動的專用傳力基礎元件。回轉支承的外圈為外齒圈結構，用螺栓固定到上部小車架環狀箱形梁的下方，回轉支承的內圈則用螺栓固定到下部小車架上，三合一減速電機也安裝到下部小車架上，并將小齒輪固定到電機的輸出軸上，小齒輪與回轉支承的外齒圈相嚙合。三合一減速電機通過小齒輪將動力傳輸到回轉支承的外齒圈上，內圈固定不動，外齒圈便相對于內圈做回轉運動，從而帶動整個上部小車旋轉[2]。

4 兩種機構的對比

1）兩種上旋轉小車均為上下兩層結構，兩層之間通過回轉機構相連接，小車的整體高度比一般的單層小車要高出許多，從而使整車高度大大增加，進而增加了廠房的建造成本。在同樣的條件下兩種回轉機構相比較，回轉支承式回轉機構比環軌式回轉機構高度要低一些，在要求采用上旋轉小車且廠房高度限制嚴格的情況下可優先選用回轉支承式回轉機構。

2）與環軌式回轉機構相比，回轉支承式回轉機構結構更為緊湊，工作更為平穩，但對小車架的剛度要求更高，小車架上的安裝平面要有足夠的平面度和剛度。在剛度不足的情況下，小車架的變形會引起回轉支承內外圈的變形，從而擠壓滾動體與內外圈之間的間隙，造成回轉支承轉動異響或不靈活甚至無法轉動，影響起重機的使用和回轉支承的壽命。

3）回轉支承和小齒輪對于材料的性能和加工工藝的要求都非常高，一般為專業廠家設計制造，對于起重機生產廠家來說為外購件，成本要比環軌式回轉機構高出三四倍，所以，從節約起重機成本考慮，優先選用環軌式回轉機構。

5 結語

上旋轉橋式起重機在工業生產中應用非常廣泛，小車可采用環軌式回轉機構或回轉支承式回轉機構，兩種機構各有優缺點，可綜合考慮多方面因素進行選擇。