橋門式起重機小車輕量化的探討

白曉君 羅 娜 李 雷

(水利部杭州機械設計研究所，浙江 杭州 310012)

1 概要

橋式起重機與門式起重機為本公司主要產品之一，現(xiàn)有的傳統(tǒng)橋門式與國外起重機比較，國內起重機不論從重量還是體積都比國外起重機要重，要大。我們國家的起重機大部分是延續(xù)了蘇聯(lián)時期的設計風格，安全系數偏于保守。隨著科學技術不斷進步，計算方法以及計算工具發(fā)生了很大的變化。因此，本公司目前在起重機設計理念方面有了較大的變化，分別從設計方法、生產工藝、原材料、以及結構形式等方面進行優(yōu)化設計。

2 新加坡MG15t+15t-30m雙小車新型龍門吊設計的特點與主要技術

2.1 設計特點

(1)小車起升機構緊湊布置。小車起升機構采用空心軸減速機與卷筒軸連接，電動機，聯(lián)軸器，制動器緊密相連。布置簡單緊湊，性能可靠，安全穩(wěn)定。(2)小車架鋼結構柔性布置。小車架采用“工”字型結構，由兩根端梁與一根主梁組成，柔性布置，與傳統(tǒng)小車架剛性結構相比，更加可靠，避免“三條腿”現(xiàn)象。(3)電氣控制精度高。此新型龍門吊采用交流變頻調速+PLC程序控制的控制方式，各機構動作精確度均小于5mm。(4)模塊化設計，更加高效，生產效率與材料利用率明顯提高。

2.2 主要技術

(1)新型輕量化小車設計。起重機輕量化的關鍵在于小車的輕量化，小車自重降下來，對于整機的工作性能和制作成本有很重要的影響。

傳統(tǒng)橋、門式起重機小車的起升機構是通過軸承座底座、減速機底座、電機底座、制動器底座等全部焊接在剛性小車架上表面，使得整個機構高度高，體積大，質量大，安裝要求高。

而我們與之對比的輕量化小車則采用三支點支撐安裝形式(圖1)，小車架采用“工”字型結構，由兩根端梁與一根主梁組成，柔性布置。主梁內部裝有雙排滑輪的承載梁，端梁上整體加工出用于支撐卷筒的軸承座鏜孔，卷筒組兩端與兩根端梁連接，起升減速機為空心軸形式與卷筒軸連接，布置在小車架的側面，這樣的布置形式可以將卷筒組布置在小車架內部，小車起升機構中的減速機和卷筒都降低到小車架的上平面以下，使得起重小車的高度有了明顯的降低。小車運行機構采用“三合一”減速電機的布置形式，使得結構布置緊湊，占用空間較小，也可使安裝位置相應減小。起升減速器由傳統(tǒng)的中硬齒面減速機升級為硬齒面起升減速機，體積小，承載能力強，精度高，耐磨性能好，使用壽命長，使整個設備的使用性能得以提高。

圖1

(2)新型輕量化小車架結構設計。傳統(tǒng)橋、門式起重機小車架結構為一個剛性框架，由兩根端梁和主梁，次梁以及許多加強筋板組焊而成，這種小車架結構復雜，焊接復雜，制造難度大，焊接量大，易變性。由于剛性框架，輕載時容易三個車輪著地，一個車輪架空，造成“三條腿”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在小車啟動和制動時，車身搖擺，起吊物也隨之搖擺，造成輪壓不均，引起車輪啃軌問題，長時間使得車輪輪緣磨損嚴重等一系列問題。傳統(tǒng)小車架結構計算復雜，設計冗余，安裝在小車架上的起升機構以及運行機構布置松散，導致小車架結構外形尺寸偏大，自身重量偏重。

與之對比的新型輕量化小車架采用“工”字型結構，由兩根端梁與一根主梁組成。主梁內部裝有定滑輪組，兩端放置于端梁上，端梁的左右端整體鏜孔，做軸承座，安裝小車運行機構主動車輪組和被動車輪組，這種小車架結構簡單，柔性化設計，受力清晰，簡支梁設計，能夠很好地適應惡劣的運行工況，如遇到軌道不平或制造安裝原因造成的小車車輪位置誤差，也能四角車輪緊貼軌道，不會出現(xiàn)“三條腿”現(xiàn)象，避免了啃軌問題。新型輕量化柔性小車架結構比傳統(tǒng)結構重量減輕25%左右，這樣相應對橋架或門架的設計更加有利，整機自重的降低有積極的正影響。

圖2

(3)輕量化吊鉤滑輪組設計。傳統(tǒng)吊鉤滑輪組的設計為單排滑輪，即卷筒軸和滑輪軸的方向一致，受鋼絲繩繞入卷筒得偏角限制，吊鉤滑輪組往往與小車架底部存在一個最小極限距離。到達最小極限距離后，雖然離小車架底部的間距還有1m多的距離，但是無法繼續(xù)上升。起升高度受限，只能提高門機高度或者廠房高度來滿足起升高度的要求。

(4)輕量化車輪組設計。傳統(tǒng)橋、門式起重機車輪組普遍采用帶有角型軸承箱的車輪組的形式，這種車輪組的完全靠裝配工人手動調整校驗車輪裝配的直線度等技術參數，安裝精度要求低，屬于粗礦式的一種形式，角型軸承箱體積大，重量較大，使得小車架結構高度增加。

圖3

車輪的材料主要有鑄鋼ZG340-640等，采用不同材料是，計算車輪踏面點接強度時的材料系數K2值不同，使得車輪的承載能力也有較大差異。新加坡MG15t+15t-30m雙小車新型龍門吊車輪材料采用強度等級更高的65Mn鍛造，與鑄鋼ZG340-640相比，K2值相差1.9倍，同樣是15t起重小車，傳統(tǒng)型起重機小車車輪直徑為Φ500mm時，輕量化起重機車輪直徑為Φ250mm。這樣輕量化車輪組采用強度等級更高的材料，使得車輪直徑做的更小，結構小，重量輕，承壓大。

3 結語

起重機制造行業(yè)競爭日益激烈，利潤空間逐漸縮小，這促使我們通過技術創(chuàng)新，技術升級，降低設計冗余，提高產品性能，增強市場競爭力，使本公司橋門式起重機向輕量化，節(jié)能型，安全可靠等國際先進技術方向發(fā)展，為我國裝備制造業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略與低碳經濟發(fā)展做貢獻。