履帶起重機(jī)超起配重小車蟹形行走方法分析

周玉龍，王 靜

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 建設(shè)機(jī)械分公司，江蘇 徐州 221004）

履帶起重機(jī)為了提高其起重能力，通常配有超起配重系統(tǒng)。目前履帶起重機(jī)超起配重系統(tǒng)有兩種型式，一種是托盤型式，一種是超起配重小車型式。國(guó)產(chǎn)履帶起重機(jī)常用托盤型式，國(guó)外履帶起重機(jī)小車型式應(yīng)用較廣。

托盤式超起配重是將超起配重放置于特制的托盤上，該托盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品中應(yīng)用最多。但履帶起重機(jī)整機(jī)行走、回轉(zhuǎn)時(shí)，超起配重托盤必須離地，因此在吊裝施工前，需要對(duì)吊裝工況進(jìn)行詳細(xì)的核算，并準(zhǔn)確的確定超起配重使用數(shù)量。如超起配重用量太多，吊裝時(shí)超起配重?zé)o法離地，整機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)行走、回轉(zhuǎn)動(dòng)作；如超起配重用量太少，會(huì)使桅桿與超起桅桿之間拉力很大或無(wú)法滿足整機(jī)穩(wěn)定性的要求而發(fā)生危險(xiǎn)。在長(zhǎng)臂工況時(shí)，往往起臂工況需要的超起配重?cái)?shù)量較大，而實(shí)際吊載時(shí)的超起配重?cái)?shù)量很少或根本就不需要，此時(shí)完成起臂動(dòng)作后必須卸除多余的超起配重才能滿足吊載作業(yè)時(shí)超起配重用量的要求。有些工程要求履帶起重機(jī)在某一位置吊起目標(biāo)物通過(guò)帶載行走或臂架變幅的方式將目標(biāo)物放置于另一位置，并多次重復(fù)以上操作，此時(shí)需要不斷調(diào)整超起配重?cái)?shù)量以滿足工程應(yīng)用。因此超起配重托盤型式在實(shí)際工況應(yīng)用較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低。

小車式超起配重是將超起配重放置在帶輪胎（不局限）的小車上，該小車可以懸浮離地實(shí)現(xiàn)整車回轉(zhuǎn)行走動(dòng)作，也可不離地實(shí)現(xiàn)整車回轉(zhuǎn)行走動(dòng)作。該型式既兼顧了超起配重托盤懸浮工作狀態(tài)時(shí)的回轉(zhuǎn)行走動(dòng)作，也實(shí)現(xiàn)了非懸浮工作狀態(tài)時(shí)回轉(zhuǎn)行走動(dòng)作，可以適應(yīng)履帶起重機(jī)所有超起工況吊裝應(yīng)用，具有廣泛的實(shí)用性。但小車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

1 超起配重小車構(gòu)造與蟹形行走方案

1.1 基本構(gòu)造

超起配重小車主要由行走裝置、支撐裝置、連接架、托盤裝置、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六大部分構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。行走裝置由連接架與輪胎組成，上側(cè)通過(guò)回轉(zhuǎn)支承和配重托盤連接，整個(gè)配重小車再通過(guò)連接架與轉(zhuǎn)臺(tái)連接；支撐裝置上設(shè)有油缸，通過(guò)油缸可以將超起配重小車支撐起，通過(guò)液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)之間配合實(shí)現(xiàn)行走裝置中輪胎的不同角度調(diào)節(jié)并進(jìn)行固定，進(jìn)而完成超起配重小車回轉(zhuǎn)、直線行走、蟹形行走等各種動(dòng)作。

圖1 超起配重小車結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

小車式超起配重可在懸浮狀態(tài)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作和行走動(dòng)作，這與托盤式超起配重實(shí)現(xiàn)方式一樣，在此不做過(guò)多闡述。

小車式超起配重在落地狀態(tài)實(shí)現(xiàn)行走方式有兩種：（1）履帶起重機(jī)拖動(dòng)超起配重小車行走。此時(shí)超起配重小車處于自由行走狀態(tài)，即超起配重小車無(wú)動(dòng)力；（2）履帶起重機(jī)與超起配重小車各自驅(qū)動(dòng)行走裝置行走，即超起配重小車有動(dòng)力。本文主要論述超起配重小車無(wú)動(dòng)力行走方式的相關(guān)問(wèn)題。

無(wú)動(dòng)力超起配重小車在落地狀態(tài)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作、直線行走動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，不再贅述。本文重點(diǎn)討論超起配重小車蟹形行走方式，見(jiàn)圖2。

圖2 超起配重小車蟹形行走方式

超起配重小車蟹形行走時(shí)，前車履帶行駛方向與超起配重小車輪胎行駛方向平行。前車處于自由回轉(zhuǎn)狀態(tài)，超起配重小車車輪回轉(zhuǎn)處于鎖止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)前車拖動(dòng)超起配重小車行走，實(shí)現(xiàn)整車蟹形行走。

2 蟹形行走分析

蟹形行走不同于直線行走，蟹形行走本質(zhì)上是兩個(gè)鉸接行走裝置之間的一種運(yùn)動(dòng)。蟹形行走時(shí)如果前后車角度控制不當(dāng)，在行走過(guò)程中無(wú)法按照預(yù)定的軌跡行走，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件間掣肘，發(fā)生結(jié)構(gòu)件破壞，甚至出現(xiàn)超起配重車被拉側(cè)翻的危險(xiǎn)。現(xiàn)有技術(shù)主要通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的剛度來(lái)適應(yīng)前后車的掣肘，或在行走過(guò)程中不斷的人為調(diào)整超起配重車的角度及輪胎位置。該方法帶來(lái)整機(jī)成本的增加，且操控實(shí)現(xiàn)繁瑣，控制方案實(shí)現(xiàn)較困難。

蟹形行走分析主要通過(guò)對(duì)主機(jī)及超起配重小車蟹形行走時(shí)受力模型簡(jiǎn)化，分析行走過(guò)程中各部件受力狀態(tài)，及超起配重車與主機(jī)的角度范圍，得出蟹形行走時(shí)整機(jī)需要滿足的條件，為超起配重小車設(shè)計(jì)及蟹形行走操作提供理論依據(jù)。

2.1 模型簡(jiǎn)化

蟹形行走本質(zhì)上可簡(jiǎn)化為兩個(gè)鉸接行走裝置，具體見(jiàn)圖3。將超起配重小車系統(tǒng)中主機(jī)部分轉(zhuǎn)臺(tái)與車架之間通過(guò)回轉(zhuǎn)支承鉸接在一起，該點(diǎn)等效為鉸接點(diǎn)。超起配重小車中的行走裝置與配重托盤之間也等效為鉸接點(diǎn)。兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)和連接架剛性連接。

圖3 超起配重小車蟹形行走受力簡(jiǎn)化圖

2.2 受力分析

超起配重小車牽引分力和側(cè)傾力之間滿足如下關(guān)系

超起配重小車前進(jìn)阻力和最大側(cè)向摩擦力如下

式中 F—— 轉(zhuǎn)臺(tái)施加給超起配重小車的總牽引力，N；

F1—— 總牽引力在超起配重小車輪胎行走方向上的牽引分力，N；

F2—— 總牽引力在超起配重小車輪胎側(cè)向方向上的側(cè)向力，N；

Fp——超起配重小車坡道阻力，N；

α—— 轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)于主機(jī)行走方向的偏角，°；

W——超起配重小車輪胎前進(jìn)阻力，N；

Q——輪胎所受正壓力，N；

Wf—— 超起配重小車輪胎與地面最大靜摩擦力，N；

μ1—— 輪胎前進(jìn)阻力系數(shù)，推薦μ1=0.015～0.02（瀝青和混凝土路面）；

μ2—— 輪胎與地面的靜摩擦系數(shù)，推薦μ2=0.7～0.9（瀝青和混凝土路面）。

2.3 蟹形行走可行性分析

蟹形行走的實(shí)現(xiàn)方案有多種，本文中只討論前車拖動(dòng)超起配重小車行走方案及實(shí)現(xiàn)該方案滿足的條件。蟹形行走需滿足下列條件

式中 Fzr—— 主機(jī)回轉(zhuǎn)支承可承受的最大徑向力，N；

Ftr—— 超起配重小車回轉(zhuǎn)支承可承受的最大徑向力，N；

Fr——輪胎可承受的最大側(cè)向力，N。

蟹形行走時(shí)，牽引力F1要大于等于行走阻力W；輪胎所受側(cè)向力要小于輪胎最大靜摩擦力；總牽引力F小于主機(jī)回轉(zhuǎn)支承承受的徑向力Fzr；總牽引力F小于小車回轉(zhuǎn)支承承受的徑向力Ftr；側(cè)向力F2小于輪胎可承受的最大側(cè)向力。

2.4 蟹形行走操控步驟

蟹形行走操控步驟主要有4步：

（1）履帶起重機(jī)工作前，調(diào)整超起配重小車與主機(jī)至指定角度。其中，回轉(zhuǎn)角度［α］＜min{atan（F2/F1），asin（F2/min（Fzr，F(xiàn)tr））}。

（2）通過(guò)支撐裝置中的油缸將超起配重小車整體支撐離地，調(diào)整超起配重小車輪胎角度至α角度，并鎖死回轉(zhuǎn)減速機(jī)。

（3）通過(guò)支撐裝置中的油缸將超起配重小車整體降落至地面，使輪胎著地。

（4）前車開(kāi)始前行，用前車帶動(dòng)后超起配重小車，超起配重小車被動(dòng)實(shí)現(xiàn)蟹形行走。

3 結(jié)束語(yǔ)

超起配重小車系統(tǒng)具有自行走功能，拓展了履帶起重機(jī)超起工況的應(yīng)用范圍和適應(yīng)性，起重量與超起配重的匹配關(guān)系不必像托盤式那么嚴(yán)格，即使安裝所有的超起配重，在起重范圍內(nèi)也可以不受限制地起升、變幅、行走及回轉(zhuǎn)，操作簡(jiǎn)單。而蟹形行走是履帶起重機(jī)吊裝過(guò)程中比較常用的工況。本文對(duì)超起配重小車系統(tǒng)的受力進(jìn)行了分析，提出了起重機(jī)無(wú)動(dòng)力超起配重車蟹形行走時(shí)超起配重小車系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件，得出了超起配重小車系統(tǒng)蟹形行走操作方法，為履帶起重機(jī)超起配重小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際蟹形行走操作方法提供了借鑒。