一種雙抓斗橋式起重機小車設計

王 輝 王文娟 吳雪濤 楊君玉

1北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007 2北京卓遠智聯科技有限公司 北京 100083

0 引言

在垃圾焚燒發電領域，焚燒處理工藝主要處理的物料為生活垃圾，單一形式的抓斗即可滿足生活垃圾的抓取要求，故傳統的垃圾抓斗橋式起重機小車通常只配備一臺抓斗。隨著垃圾處理企業處置工藝的調整，可以進行焚燒處理的物料種類越來越多，如文獻[1]中所述干化污泥與生活垃圾協同焚燒處理，因此攜帶單一垃圾抓斗的傳統垃圾吊已經滿足不了不同特性物料的抓取要求，為了解決這一問題，通常采取的做法是按照抓取要求來更換抓斗形式，但這種方法不僅施工難度較大，而且施工時間較長，嚴重影響生產率。

為了解決同一料位抓取不同特性物料的要求，可在同一臺起重機小車上配置2套起升機構，以使用2種不同抓斗分別實現不同的起升要求，滿足抓取2種不同特性物料的要求。本文以某垃圾焚燒發電廠1臺配備雙抓斗(分別抓取生活垃圾和干化污泥)的橋式起重機為例，介紹了該起重機小車中雙起升機構的整體布置方法，為同類產品的設計打下基礎。

1 基本情況

實例中的雙抓斗起重機要求對垃圾和污泥2種物料按比例交替進行抓取，垃圾抓斗額定起重量18 t，污泥抓斗額定起重量5 t，垃圾抓斗要求使用四繩六瓣抓斗，污泥抓斗要求使用雙繩雙瓣抓斗，2抓斗根據實際工作要求可實現交替工作。垃圾抓斗的運行路徑位于2主梁之間，污泥抓斗的運行軌跡布置在一側主梁的外側，2種抓斗的起升機構布置在同一臺小車上，實現雙抓斗單獨運行的功能。該起重機的整體布置形式如圖1所示。

圖1 起重機整體布置圖

起重機小車的主要部件如圖2所示，垃圾抓斗3和污泥抓斗4通過鋼絲繩分別與垃圾起升機構1和污泥起升機構2連接。其中，垃圾抓斗3的運行軌跡在2主梁的內部，污泥抓斗4的運行軌跡在單側主梁的外部，垃圾起升機構1用于垃圾抓斗3的起升，污泥起升機構2用于污泥抓斗4的起升工作，2個起升機構的卷揚系統互相垂直布置。在垂直于運行軌道的方向上，垃圾抓斗3工作時，將污泥抓斗4完全張開提升收納至抓斗收納框5中，污泥抓斗4工作時，將垃圾抓斗3完全閉合提升至安全高度位置，可實現交替抓取不同物料的功能。

圖2 雙抓斗起重機小車主要部件

2 方案設計

在已有的18 t垃圾抓斗起重機小車布置的基礎上，采用小車架懸臂布置污泥起升機構的方案，當不需要使用污泥抓斗時，將其起升收納至抓斗收納框內，避免由于大小車運行導致其與其他毗鄰結構的碰撞。在實現2抓斗不發生碰撞的同時，又要保證配重的位置不影響起重機橋架走臺的工作凈寬，故小車軌距的設計尤為重要。為此，在水平方向上，設計伊始首先需確定小車軌距和污泥抓斗的中心偏離尺寸。

在垂直于小車軌道方向上，將上述小車各主要部件簡化為以2軌道為支點的單懸臂外伸梁模型。用于布置垃圾起升機構的小車部分(含垃圾起升機構)質量為17 t，垃圾抓斗自重7.2 t，用于布置污泥起升機構的小車架部分(不包含污泥起升機構)質量為1 t，污泥起升機構為3 t，污泥抓斗自重2.7 t，抓斗框質量為1 t。

2.1 工況受力分析

由上述可知，小車各主要部件可簡化為以2軌道為支點的單懸臂外伸梁模型，非外伸側支點相較于外伸側支點，其支撐反力會大大減小。而小車運行機構的2個驅動輪之一位于非外伸側支點，若此側輪壓較小，不滿足驅動條件，則會出現打滑現象，影響小車的正常運行。因此，需進行打滑驗算，保證起重機在各工況下均能正常工作。

在保證垃圾抓斗與污泥抓斗不干涉的情況下，取小車軌距3.5 m，取污泥抓斗距離相近小車軌道的偏離尺寸為1.5 m，分別計算未使用配重時的以下4種工況。工況1為污泥抓斗滿載，主抓斗空載，工況2為污泥抓斗空載，主抓斗滿載，工況3為污泥抓斗空載，主抓斗卸下，工況4污泥抓斗滿載，主抓斗卸下，分別如圖3～圖6所示。得出2小車軌道的支撐反力如表1所示。

表1 2小車軌道的支撐反力 t

圖3 工況1受力簡圖

圖4 工況2受力簡圖

圖6 工況4受力簡圖

經過打滑運行校核，工況4不滿足運行條件，故在滿足驅動輪不打滑的條件下需要增加配重。

考慮配重側走臺凈寬滿足規范相關要求的情況下，擬定配重質量2 t，其重心距離相近小車軌道中心的偏離尺寸為0.5 m，此時上述4種工況下的各支承反力如表2，工況4滿足運行不打滑條件。

表2 加配重后2小車軌道的支撐反力 t

2.2 方案布置

經過方案設計初步得出各主要參數后，再根據小車上主要機構和結構的詳細參數進行詳細小車輪壓的計算。如圖7所示，取小車輪距與軌距交匯處為原點，主起升機構1的布置原則按照常規布置，污泥起升機構2則按照將常規起升卷筒方向旋轉90°的原則進行布置?？紤]各主要部件及起升載荷的質量以及各質心在所設原點坐標系下的對應位置，計算得出小車A、B、C、D 4個車輪的輪壓，如表3所示。

圖7 小車平面布置及計算坐標示意圖

表3 小車輪壓 t

由表3可看出，4種工況的D車輪輪壓均為最小，而D輪為驅動輪，應對D車輪進行打滑運行校核，滿足不打滑條件。

表3中A輪和B輪的輪壓較大，需注意輪軌匹配合理化設計。實際運行過程中，考慮到A、B側相較C、D側輪壓增加較多，小車存在不穩定運行風險，可以通過增設水平輪加以改善。

3 結語

本文結合實際工程對一種帶有側掛污泥抓斗的起重機小車進行設計，采用主起升結構布置在簡支梁部分，副起升機構布置在懸臂梁部分的結構形式。在保證結構剛度的前提下可有效壓縮車體自重。開發了一種適用于同廠房多種物料處理工藝需求的起重機設備，并具體分析了本結構形式中垃圾和污泥2種物料的起升小車布置方案，用數據做支撐，詳細介紹了小車各主要參數的設計思路及方法，為同系列產品的開發奠定了設計基礎。