起重機(jī)變幅油缸定軸板螺栓的防剪切設(shè)計(jì)

周廣東，李欽河

ZHOU Guang-dong, LI Qin-he

(天津山河裝備開發(fā)有限公司，天津 300400）

伸縮臂起重機(jī)在吊裝作業(yè)時(shí)，主要通過變幅油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)吊臂仰角和幅度的變化，以完成各種不同工況下的吊裝作業(yè)。吊臂與轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)與變幅油缸、變幅油缸與吊臂之間的鏈接鉸點(diǎn)，稱為起重機(jī)的三鉸點(diǎn)。

吊臂根部鉸點(diǎn)和轉(zhuǎn)臺(tái)上鉸點(diǎn)之間通過銷軸連接，銷軸通過裝有螺栓的定軸板固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，吊臂可以繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。變幅油缸上、下鉸點(diǎn)也分別與吊臂上鉸點(diǎn)和轉(zhuǎn)臺(tái)下鉸點(diǎn)通過銷軸連接，而銷軸則用相同的方式固定在吊臂上鉸點(diǎn)和轉(zhuǎn)臺(tái)下鉸點(diǎn)處。定軸板的主要作用是防止銷軸旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。

圖1 起重機(jī)三鉸點(diǎn)及銷軸固定

1 定軸板剪切固定螺栓分析

由于吊臂、轉(zhuǎn)臺(tái)體積比較大，加工設(shè)備各異，以及人為因素，吊臂或轉(zhuǎn)臺(tái)的連接孔加工時(shí)產(chǎn)生的平行度誤差通常比較大。裝配時(shí)一般先將吊臂和變幅油缸分別安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，再將變幅油缸通過銷軸與吊臂連接。這時(shí)吊臂或轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝在機(jī)加工時(shí)產(chǎn)生的平行度誤差就會(huì)集中反映出來，使得連接銷軸安裝困難，在起重機(jī)工作過程中也會(huì)出現(xiàn)變幅油缸上部或下部連接銷軸定軸板剪切固定螺栓的現(xiàn)象，給起重機(jī)的操作帶來安全隱患。

若吊臂或轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝孔的平行度存在誤差，則在吊臂寬度所在的投影平面內(nèi)，變幅油缸軸線投影與吊臂中心線投影不重合，形成夾角α。如圖2所示。而起重機(jī)在作業(yè)過程中，吊臂的仰角β是變化的，隨著變幅油缸L的伸長(zhǎng)，變幅油缸軸線投影L1也相應(yīng)增大。由三角函數(shù)關(guān)系tanα=L2/L1可知：α不變，變幅油缸的傾斜偏移量L2也會(huì)增大。由于變幅油缸上部或下部活動(dòng)空間受到限制，使得變幅油缸與銷軸之間不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是變幅油缸仍然在變幅平面內(nèi)繞其上鉸點(diǎn)或下鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，故變幅油缸上鉸點(diǎn)銷軸或下鉸點(diǎn)銷軸在銷軸與變幅油缸之間巨大的擠壓力的作用下隨變幅油缸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使定軸板隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生定軸板切斷固定螺栓的現(xiàn)象。

圖2 吊臂與變幅油缸投影示意圖

2 防剪切設(shè)計(jì)

為了防止變幅油缸上部或下部連接銷軸的定軸板剪切固定螺栓，變幅油缸下鉸點(diǎn)連接孔加裝銅套結(jié)構(gòu)，以增大鉸耳內(nèi)孔與銷軸表面的接觸面積，變幅油缸上鉸點(diǎn)連接孔內(nèi)安裝關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)，如圖3所示。因?yàn)殛P(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈與外圈之間的球面可以在一定范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其允許偏轉(zhuǎn)角一般大于3～5°，這樣就能夠通過關(guān)節(jié)軸承的偏轉(zhuǎn)角來消除吊臂或轉(zhuǎn)臺(tái)上的連接孔因機(jī)械加工產(chǎn)生的平行度誤差。

圖3 關(guān)節(jié)軸承安裝結(jié)構(gòu)

關(guān)節(jié)軸承外圈固定在變幅油缸上，內(nèi)圈與銷軸連接，內(nèi)圈端面一般不得超出油缸端面。關(guān)節(jié)軸承端面與耳板之間的側(cè)面間隙大小是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如果側(cè)面間隙設(shè)計(jì)不合理，就不能消除兩孔的平行度誤差。隨著變幅油缸L伸長(zhǎng)，變幅油缸的傾斜偏移量L2增大，關(guān)節(jié)軸承的偏轉(zhuǎn)角也需要增大。若關(guān)節(jié)軸承側(cè)面間隙太小，其偏轉(zhuǎn)角就會(huì)受到限制，此時(shí)內(nèi)圈與外圈不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。變幅油缸在伸縮過程中還會(huì)產(chǎn)生剪切定軸板固定螺栓的現(xiàn)象。因此為了消除平行度誤差，吊臂耳板與變幅油缸側(cè)面，或吊臂耳板與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)孔端面之間應(yīng)保留一定的間隙，以保證關(guān)節(jié)軸承有足夠大的偏轉(zhuǎn)角。更不應(yīng)在吊臂耳板與變幅油缸側(cè)面之間加調(diào)整墊，將間隙消除，這樣就失去了關(guān)節(jié)軸承的作用。

假設(shè)關(guān)節(jié)軸承外圈半徑為R，吊臂正常情況下的允許最大偏角為α（一般小于2°），如圖4所示。則關(guān)節(jié)軸承與鉸耳耳板之間的單邊間隙L3＝ Rsinα。

圖4 關(guān)節(jié)軸承偏轉(zhuǎn)角計(jì)算簡(jiǎn)圖

單側(cè)間隙一般應(yīng)控制在計(jì)算理論值左右，但是關(guān)節(jié)軸承和吊臂鉸耳耳板之間的間隙也不宜太大，太大則會(huì)使得吊臂在變幅過程中發(fā)生偏擺沖擊。

3 小 結(jié)

伸縮臂起重機(jī)變幅油缸上鉸點(diǎn)采用上述結(jié)構(gòu)后，變幅油缸與吊臂的連接銷軸安裝更加容易，且變幅油缸在伸縮過程中也不會(huì)出現(xiàn)變幅油缸上部或下部連接銷軸定軸板剪切固定螺栓的現(xiàn)象，消除了起重機(jī)的安全隱患，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。