LDO歐式起重機(jī)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

黎偉新

（廣東敏豪起重機(jī)械設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528313）

隨著我國改革開放，歐式起重機(jī)被引入我國，歐式起重機(jī)簡潔的設(shè)計(jì)理念、緊湊的結(jié)構(gòu)、精密的加工工藝，使得歐式起重機(jī)在我國工業(yè)起重行業(yè)備受青睞[1]。歐式單梁起重機(jī)免維護(hù)性好。歐式單梁起重機(jī)的維修量很小，相比普通起重機(jī)兩三天需要維護(hù)一次，歐式單梁起重機(jī)的一個(gè)月才需要維護(hù)一次[2]。這是因?yàn)闅W式單梁起重機(jī)采用的零部件性能良好。

1 歐式起重機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢和缺點(diǎn)

1.1 歐式起重的技術(shù)優(yōu)勢

1.1.1 起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)

在歐式起重機(jī)設(shè)計(jì)中采用輕量化設(shè)計(jì)。歐式起重機(jī)的主梁設(shè)計(jì)中采用箱式主梁，輕量化和模塊化設(shè)計(jì)理念以及先進(jìn)生產(chǎn)制造工藝，使整個(gè)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，自重減輕，高度降低，節(jié)能減耗，大大減少了用戶對起重機(jī)運(yùn)行廠房的建造成本和起重機(jī)運(yùn)行費(fèi)用，提高起重機(jī)的整機(jī)品質(zhì)和運(yùn)行性能[3]。

1.1.2 人機(jī)設(shè)計(jì)

起重機(jī)械加工藝隨市場的需求而改變，形態(tài)也逐漸輕量化，簡單化，起重機(jī)械色彩不再只是一種專屬顏色，考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)，用途功能，采用的外觀色彩與整機(jī)性能一致，產(chǎn)生的視覺效果可以提高人的工作效率，減小疲勞。

1.1.3 運(yùn)行平穩(wěn)能耗低

歐式起重機(jī)基本上采用PLC 控制的高速電機(jī)，做到電機(jī)隨負(fù)載的變化進(jìn)行變頻工作，這樣起重機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)荷載變化較小，同時(shí)由于采用低功率電機(jī)和制動(dòng)器，使得起重機(jī)整體功耗大幅降低[4]。

1.2 歐式起重機(jī)的缺點(diǎn)

任何事物達(dá)到極致，其自身的優(yōu)勢也是其造成缺陷的主要原因，歐式起重機(jī)的缺點(diǎn)也源于其設(shè)計(jì)精良，由于其在設(shè)計(jì)過程中為實(shí)現(xiàn)輕量化和精密性，其對工作環(huán)境的要求極為苛刻，起重機(jī)絕對不容許超負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)由于采用低功耗電機(jī)和制動(dòng)器，其起升功率有限，動(dòng)態(tài)荷載不能超出設(shè)計(jì)范圍，制約其運(yùn)行的速度。

2 LDO歐式起重機(jī)的設(shè)計(jì)

LDO 電動(dòng)單梁起重機(jī)，一般用于7 m～22.5 m 的跨度，起重負(fù)荷為5 t ～20 t，其主梁采用鋼板為翼緣的箱型結(jié)構(gòu)，并配用平輪緣車輪的歐式電動(dòng)葫蘆。

2.1 LDO歐式起重機(jī)的主梁的設(shè)計(jì)

LDO 歐式起重機(jī)的主梁的設(shè)計(jì)是采用鋼板的組合截面。在主梁長方形箱型結(jié)構(gòu)是用鋼板焊接生產(chǎn)工藝加工，主梁的主要承載負(fù)荷就是來自電動(dòng)葫蘆自重及起重負(fù)荷。其主梁三維結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 主梁三維模型圖

2.2 端梁的設(shè)計(jì)

端梁的設(shè)計(jì)采用主梁整體結(jié)構(gòu)和鋼板組焊成型的箱形結(jié)構(gòu)，在主梁的兩端用平面止口鋼板將主梁箱型結(jié)構(gòu)焊成整體，端梁的中間用鋼板進(jìn)安裝加厚層，并鉆孔攻絲、端梁和主梁法蘭用螺栓連接，這種連接方式是采用模塊化設(shè)計(jì)，主梁和端梁可以同時(shí)或分批生產(chǎn)，安裝時(shí)將2 個(gè)部件相連接即可。主梁和端梁的這種法蘭連接結(jié)構(gòu)，主梁受力直接傳導(dǎo)到端梁，由車輪傳到大車軌道上，這樣設(shè)計(jì)端梁只有壓應(yīng)力，沒有扭力，起重機(jī)穩(wěn)定性更好[5]。

2.3 電動(dòng)葫蘆及電氣設(shè)計(jì)

電動(dòng)葫蘆設(shè)計(jì)采用集中模式，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、卷筒、鋼絲繩、吊鉤和滑輪組等集成為一個(gè)的卷揚(yáng)結(jié)構(gòu)。大車導(dǎo)電采用無接頭安全滑線，滑線整卷訂購，橋式起重機(jī)滑線運(yùn)輸方便，使用時(shí)根據(jù)車間實(shí)際使用長度，切割同樣長度的滑線，這樣安裝滑線沒有接頭，中間用支架和吊夾固定，兩端用拉緊器固定，安裝方便，集電器與滑線的銅條接觸導(dǎo)電給起重機(jī)。每臺(tái)起重機(jī)配2 個(gè)集電器，保證起重機(jī)的供電。大功率的起重機(jī)可采用單級滑線組合使用。電動(dòng)葫蘆供電采用角鋼加圓電纜或扁電纜導(dǎo)電，角鋼支架焊接在主梁上，角鋼導(dǎo)軌懸掛在支架下面，角鋼滑車帶動(dòng)圓電纜或扁電纜在角鋼導(dǎo)軌上運(yùn)行。

3 對LDO歐式起重機(jī)主梁的實(shí)例驗(yàn)證

該文以跨度21.95 m，額定起重量20 t 的LDO 歐式起重機(jī)為例進(jìn)行主要承載部件的強(qiáng)度計(jì)算。

3.1 LDO歐式起重機(jī)基本條件

起重機(jī)起重量：20 t

起重機(jī)主梁跨度：21.95 m

最大起升高度：9 m

起重機(jī)大車設(shè)計(jì)運(yùn)行速度：30 m/min

起重機(jī)電動(dòng)葫蘆自重：1 800 kg

起重機(jī)工作級別：經(jīng)常使用，吊用額定重量的重物，工作級別為A3。

3.2 主梁承載負(fù)荷的計(jì)算

3.2.1 主梁自重

G=9079×9.8=88974 N

主梁自重q 按照荷載均勻分布處理，其數(shù)值為：

q=G/L=88974/21950=4.05 N/mm

式中：L 為主梁的跨度，單位為mm。

3.2.2 起升電動(dòng)葫蘆的載荷

Q=（Q起+Q自） ×9.8=（20000+1800）×9.8=218000 N

式中：Q起為電動(dòng)葫蘆起升重量，單位為kg。

Q自為電動(dòng)葫蘆自身重量，單位為kg。

3.2.3 主梁截面力學(xué)特征計(jì)算

主梁力學(xué)特征計(jì)算如下：

截面面積：A=44600 mm2

主梁截面總慣性矩：I=10.1×109mm4

形心：y=639.7mm

主梁截面抗彎截面系數(shù)：

W=I/y=10.1×109/639.7=15.82×106mm3

3.2.4 主梁強(qiáng)度計(jì)算

當(dāng)起升電動(dòng)葫蘆在標(biāo)準(zhǔn)荷載下處于主梁的中間位置，主梁跨中截面承受最大彎曲載荷，主梁可簡化為簡支梁進(jìn)行計(jì)算。

主梁兩支點(diǎn)的支撐反力：

R=Q/2=218000/2=109000 N

主梁受最大彎矩：

M1max=QL/4=218000 ×21950/4=11.96×108N·mm

主梁自重產(chǎn)生的彎矩：

R自=qL/2=4.05×21950/2=44449 N

彎矩：

Mq=qL2/8=（4.05×21950×21950）/8=2.44×108N·mm

3.2.5 主梁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)證

電動(dòng)葫蘆在標(biāo)準(zhǔn)載荷下位于主梁中央時(shí)，主梁跨中截面所受的最大彎矩為：

Mmax= M1max+ Mq=9.813×108+2.113×108=11.926×108N·mm

跨中截面的最大應(yīng)力為：

σmax= Mmax/W=11.9×108/15.82×106=75.2 MPa

σmax=75.2 MPa ≤[σ]=156.47 MPa

因此主梁的跨中截面的金屬強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 樣機(jī)的實(shí)際驗(yàn)證

樣機(jī)制造嚴(yán)格按照GB/T3811、GB6067、JB/T1306 等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，樣機(jī)為電動(dòng)單梁起重機(jī)，主梁為箱型結(jié)構(gòu)，主梁下翼緣板懸掛20 t 電動(dòng)葫蘆，起升機(jī)構(gòu)為電動(dòng)葫蘆。大車為四車輪雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操控方式為遙控裝置。在空載試驗(yàn)過程中，吊具的極限位置為左端708 mm，右端為1 980 mm，符合設(shè)計(jì)時(shí)左側(cè)600 mm ～900 mm，右側(cè)1 900 mm ～2 100 mm 的設(shè)計(jì)位置。在空載運(yùn)行過程中，各機(jī)構(gòu)動(dòng)作平穩(wěn)、正常，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的功能和動(dòng)作，無異常震動(dòng)、沖擊、過熱、噪聲和滲漏等現(xiàn)象的發(fā)生。

在性能測試中，按照額定載荷25 t 進(jìn)行靜載試驗(yàn)，其中主梁跨中垂直靜撓度為25 mm，遠(yuǎn)小于43.9 mm 設(shè)計(jì)值，主梁實(shí)有上拱度為20 mm，設(shè)計(jì)值為15.36 mm，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中起升速度為3.41 m/min，在設(shè)計(jì)偏差3.15 m/min ～3.85 m/min 內(nèi)，小車運(yùn)行速度偏差設(shè)計(jì)為17 m/min ～23 m/min，而在實(shí)際測試時(shí)為19.58 m/min，在制動(dòng)測試中，設(shè)計(jì)制動(dòng)下滑量應(yīng)小于35 mm，在實(shí)際運(yùn)行中測得數(shù)值為22 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，充分說明了制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。在動(dòng)靜載荷試驗(yàn)過程中，主要零部件如卷筒、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等運(yùn)轉(zhuǎn)正常，起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)無永久變形和油漆剝落，焊縫未產(chǎn)生裂紋，連接處無松動(dòng)。其他制動(dòng)器制動(dòng)、機(jī)械及電機(jī)運(yùn)行合格。

歐式單梁起重機(jī)具有自重輕、結(jié)構(gòu)小巧以及能耗較低的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)上采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，使得該產(chǎn)品具有尺寸小、重量輕和輪壓小的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)起重機(jī)相比，吊鉤至墻面的極限距離較小，凈空高度較低，起升高度更高，實(shí)際增加了現(xiàn)有廠房的有效工作空間。由于起重機(jī)具有重量輕、輪壓小的特點(diǎn)，新廠房空間可以設(shè)計(jì)得更小，功能更齊全。較小的廠房意味著初期建設(shè)投資，以及長期供熱、空調(diào)及其他維護(hù)費(fèi)中可以為客戶節(jié)省一筆可觀的資金。