王建華 廉 政

（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210036）

（2. 山東龍馬重型機(jī)械有限公司 濰坊 262500）

有些國外起重機(jī)廠家的起重設(shè)備，其加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量能得到有效保證，符合當(dāng)前提倡的節(jié)能減排和輕量化理念。對(duì)用戶來說，由于其維護(hù)方便，維修率低，運(yùn)維費(fèi)用比國內(nèi)部分起重機(jī)要低很多。

起重機(jī)小車作為起重機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵承載構(gòu)件，承擔(dān)著重物的升降和運(yùn)行。小車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響著運(yùn)行的平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。傳統(tǒng)小車架上的各傳動(dòng)部件都有獨(dú)立的專用支撐而造成靜定結(jié)構(gòu)布置，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率低，構(gòu)造笨重[1]。將起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件平面布置在板狀結(jié)構(gòu)的小車架上，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，車輪四角受力極不均勻，經(jīng)常使主動(dòng)輪壓接近被動(dòng)輪壓的幾倍，導(dǎo)致起升機(jī)構(gòu)布置松散，占用空間大，整體高度較高。結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)不能充分利用，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，加工制造復(fù)雜，組裝精度低，結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，小車重量較重，導(dǎo)致主梁的結(jié)構(gòu)重量也需增大。因此，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)通過采用先進(jìn)工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)制造質(zhì)量輕，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠的起重小車，以提高設(shè)備的工作效率和使用壽命。

1 起重小車布置方式

新型起重機(jī)小車架主要由2根端梁、滑輪梁和橫梁組成（見圖1）。起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件立體布置在小車架上，所有結(jié)構(gòu)通過小車架端梁來傳遞力，這種結(jié)構(gòu)布置簡單，受力均衡，能使被動(dòng)輪壓最大化接近主動(dòng)輪壓，結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)能充分得到利用，設(shè)計(jì)簡單制造工藝簡易，材料能得到最優(yōu)輕量化。小車架整體加工，組裝精度高，結(jié)構(gòu)變形小，間接地減小主梁、端梁的結(jié)構(gòu)重量。

圖1 新型小車架三維模型

起升機(jī)構(gòu)根據(jù)電機(jī)的選擇可分為兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是采用“三合一”電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式；另一種是電機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器等零部件驅(qū)動(dòng)方式。前者受電機(jī)功率影響，適用于噸位較小的場合，后者與傳統(tǒng)的起升方式類似。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用集成的“三合一”分別傳動(dòng)部件，不再采用傳統(tǒng)的集中驅(qū)動(dòng)，省去了浮動(dòng)軸和聯(lián)軸器。

2 小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及仿真

設(shè)計(jì)小車架結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮零部件的位置布置，以減少對(duì)小車架的彎曲、剪切載荷，有利于小車輪壓的均勻分配[2]。小車架上承受的載荷主要有額定起重量和小車自重等，通過小車橫梁和卷筒直接傳遞到小車主、副端梁上，視這些載荷為均勻分布的集中力。根據(jù)GB/T 3811—2008，計(jì)算時(shí)額定起重量乘以增大系數(shù)φ2，小車自重乘以增大系數(shù)φ1。

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常采用許用應(yīng)力法和極限狀態(tài)法[3]。極限狀態(tài)法更適用于結(jié)構(gòu)在外載荷作用下產(chǎn)生較大變形，內(nèi)力與載荷呈非線性關(guān)系的場合。端梁變形時(shí)內(nèi)力與載荷呈線性關(guān)系，優(yōu)先采用許用應(yīng)力法。根據(jù)力和力矩的平衡關(guān)系，端梁截面尺寸選取時(shí)，在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，計(jì)算所得的應(yīng)力值小于材料的許用應(yīng)力。正應(yīng)力和剪力式如下。

式中：

M——端梁截面所受彎矩；

I——端梁截面慣性矩；

y——端梁截面中性軸以上的距離；

R——正壓力；

S——端梁截面中性軸以上截面靜距；

t——端梁腹板厚度。

經(jīng)過計(jì)算，新型小車架三維仿真圖，見圖1。

3 小車架制作流程

1）小車架結(jié)構(gòu)制作工序，見圖2。

2）機(jī)加工。焊接后整體進(jìn)行振動(dòng)處理以消除焊接內(nèi)應(yīng)力，然后在落地鏜銑床進(jìn)行機(jī)加工。流程如下：找正——鏜一側(cè)端梁兩端軸承孔——銑端梁兩端側(cè)邊軸承室安裝面——工作臺(tái)180°翻轉(zhuǎn)——鏜另一側(cè)端梁兩端軸承孔——銑端梁兩端側(cè)邊軸承室安裝面——鉆、攻一側(cè)端梁軸承室安裝孔——工作臺(tái)180°翻轉(zhuǎn)——鉆、攻另一側(cè)端梁軸承室安裝孔——以端梁軸承孔為基準(zhǔn)，銑按圖紙尺寸加工的電機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器、超載限制器安裝座。圖3為小車架整體加工圖，圖4為小車架機(jī)加工后局部圖。

小車架整體機(jī)加工，保證了車輪水平、垂直的精確度，車輪的同心度、同位度，同時(shí)也提升起升機(jī)構(gòu)各零部件的安裝精確性、便捷性。

3）附件制作裝配。

小車的附件主要有欄桿、緩沖器支座、掃軌板、走臺(tái)及電氣元件支架。

欄桿由鋼管焊接而成，連接時(shí)采用U形螺栓連接，制作比較簡單，外形美觀。

4 結(jié)束語

通過使用新的制作流程，改變了小車架的制作工藝，主體結(jié)構(gòu)件在鏜銑床上進(jìn)行機(jī)加工，明顯提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過多臺(tái)小車架制作試驗(yàn)后，能完全達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸及公差要求。

圖2 小車架結(jié)構(gòu)制作工序

圖3 小車架整體加工

圖4 機(jī)加工后小車架

與傳統(tǒng)的小車架制作過程相比，在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，新型的小車架有自重輕，結(jié)構(gòu)緊湊、便于批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)。采用新型的制造工藝使得小車架結(jié)構(gòu)的制作便捷，機(jī)械加工精度高，車輪便于安裝，定位精度高，具有較強(qiáng)的互換性。小車基距減少，左右運(yùn)行行程增大。通過零部件的合理布置，小車最大輪壓降低，使得主梁、端梁橫截面減少，降低了起重機(jī)整機(jī)的自重，對(duì)整機(jī)的輕量化工作有一定的貢獻(xiàn)。