一種臂架起重機(jī)平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置

劉 雷

中船第九設(shè)計(jì)研究工程有限公司 上海 200090

0 引言

平衡重調(diào)節(jié)常見于正面吊、堆高機(jī)等港口流機(jī)，同時(shí)也常用于起重機(jī)、旋挖鉆機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械，對(duì)于較小規(guī)格的機(jī)械，通常是在其后方設(shè)置鑄鐵平衡重。有些新型機(jī)械為滿足大幅度大噸位起吊，會(huì)將部分鑄鐵平衡重采取液壓驅(qū)動(dòng)后移，以增加平衡重的作用力臂。對(duì)于超大型起重設(shè)備，為滿足工作要求，外置回轉(zhuǎn)式平衡重，此平衡重隨著臂架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并始終在臂架的反方向。斗輪堆取料機(jī)、裝（卸）船機(jī)、直臂架門座起重機(jī)和四連桿門座起重機(jī)則常采用對(duì)重平衡梁形式，甚至通過柔性鋼絲繩繞過對(duì)重平衡梁尾部滑輪，鋼絲繩末端與轉(zhuǎn)盤后方的平衡重小車相連。

本文以平衡重小車形式的臂架起重機(jī)為例，通過增加階梯配重的形式，既有效降低初始配重，又提高了變幅機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)效率。

1 平衡重階梯調(diào)節(jié)

通常，平衡重小車的選擇取決于允許的旋轉(zhuǎn)半徑和最小幅度時(shí)臂架系統(tǒng)自重轉(zhuǎn)矩。常規(guī)的平衡重小車在回轉(zhuǎn)中心后方，其通過鋼絲繩與臂架相連，同時(shí)為限制平衡重小車在變幅過程中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的橫向沖擊，常常設(shè)置運(yùn)行軌道，并設(shè)置反向輪防脫。在變幅過程中，平衡重小車的重力和作用力臂均恒定不變，其自重轉(zhuǎn)矩也恒定不變。隨著幅度的不斷變大，臂架系統(tǒng)的各單元重心在不斷前移，在最大幅度時(shí)臂架系統(tǒng)的自重轉(zhuǎn)矩達(dá)到頂峰。臂架及平衡重系統(tǒng)的自重轉(zhuǎn)矩呈不斷上升的狀態(tài)。優(yōu)化臂架系統(tǒng)各鉸點(diǎn)尺寸也只能是上升曲線近似直線，卻難以改變最終結(jié)果；只能選用可靠地螺桿或齒條，變幅機(jī)構(gòu)功率的選擇也要滿足作業(yè)要求。

針對(duì)四連桿常規(guī)平衡重模式，同時(shí)要保證空載狀態(tài)下，臂架系統(tǒng)在變幅時(shí)，臂架及平衡重系統(tǒng)必須始終為正轉(zhuǎn)矩，即螺桿始終受拉。此時(shí)，臂架系統(tǒng)在任意幅度僅靠自重載荷即能順利下放，且螺桿力隨幅度的增大而不斷增大。

通過離散化理念，將整個(gè)幅度離散成數(shù)十個(gè)點(diǎn)，計(jì)算每一個(gè)點(diǎn)幅度下對(duì)應(yīng)的螺桿力，空載狀態(tài)下，螺桿力初始為正拉力，并隨幅度的增大而不斷增大。原則上平衡配重也隨幅度的無限次增加而無限次增加，可使變幅過程中螺桿力保持在初始螺桿力小幅增加甚至不變。

2 平衡重階梯調(diào)節(jié)的實(shí)施

本文應(yīng)用于一個(gè)四連桿浮式起重機(jī)項(xiàng)目的改造。在改造前，變幅機(jī)構(gòu)的空載電流較大，滿載時(shí)常出現(xiàn)過載跳閘。結(jié)合計(jì)算分析，變幅螺桿受力已接近經(jīng)驗(yàn)極限。單純的增大變幅機(jī)構(gòu)的電機(jī)功率，可解決解決上述問題，但對(duì)變幅機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)行無法做到根本性地解除。因此，降低變幅螺桿受力迫在眉睫。四連桿浮式起重機(jī)的起重能力如表1所示。

表1 四連桿浮式起重機(jī)起重能力

為了實(shí)現(xiàn)可操作性，在適當(dāng)?shù)姆任恢迷黾雍线m的配重，就會(huì)使螺桿力不至于過大，但又不能使螺桿力出現(xiàn)負(fù)值，同時(shí)突增配重次數(shù)也可以減少。本文所實(shí)施的階梯平衡重調(diào)節(jié)為兩次平衡重調(diào)節(jié)。

2.1 平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置的組成

如圖1所示，平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置包括支架、調(diào)整平衡重Ⅰ（左右各1）、套管、調(diào)整平衡重Ⅱ（左右各1）、拉桿、聯(lián)系梁、調(diào)整平衡重托架、滑軌等。

圖1 平衡重小車示意圖

2.2 平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置的具體實(shí)施過程

調(diào)整平衡重需要根據(jù)臂架平衡系統(tǒng)的桿件尺寸，結(jié)合螺桿力曲線，選取合適的幅度增加平衡重，根據(jù)具體項(xiàng)目信息計(jì)算分析后，選擇可行的實(shí)施方案。

在該浮式起重機(jī)項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例改造時(shí)，通過分析計(jì)算后確認(rèn)，在30 m幅度時(shí)增加調(diào)整平衡重Ⅰ（25 t），在37 m幅度時(shí)增加調(diào)整平衡重Ⅱ（25 t），即在主鉤幅度為20～30 m，臂架及平衡重系統(tǒng)掛載的是平衡重小車（122 t）；當(dāng)主鉤幅度為30 m時(shí)，平衡重小車通過上部支架掛載調(diào)整平衡重Ⅰ；在主鉤幅度為30～37 m，臂架及平衡重系統(tǒng)掛載的是平衡重小車和調(diào)整平衡重Ⅰ；當(dāng)主鉤幅度為37 m時(shí)，調(diào)整平衡重Ⅰ上的套管提升拉桿，從而掛載調(diào)整平衡重Ⅱ，即平衡重小車隨同調(diào)整平衡重Ⅰ掛載調(diào)整平衡重Ⅱ；在主鉤幅度為37～50 m，臂架及平衡重系統(tǒng)掛載的是平衡重小車、調(diào)整平衡重Ⅰ和調(diào)整平衡重Ⅱ。

由于調(diào)整平衡重Ⅰ和調(diào)整平衡重Ⅱ左右對(duì)稱于平衡重小車，需要確保配重突變時(shí)兩側(cè)掛載同步。調(diào)整平衡重Ⅰ和調(diào)整平衡重Ⅱ通過其上部的套管或拉桿螺母來保證掛載同步及可靠性。調(diào)整平衡重Ⅰ與平衡重小車間設(shè)有滑軌，防止調(diào)整平衡重Ⅰ擺動(dòng)。調(diào)整平衡重Ⅱ通過聯(lián)系梁焊接在一起。在調(diào)整平衡重Ⅰ和調(diào)整平衡重Ⅱ未被提起前由調(diào)整配重托架來承載，調(diào)整配重托架與轉(zhuǎn)盤尾部焊接在一起。平衡重小車由4個(gè)支腿支撐于對(duì)重小車擱架上。

2.3 平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)勢(shì)

平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置可在有空間限制的情況時(shí)得到很好的發(fā)揮，同時(shí)無需利用新增的機(jī)構(gòu)或大尺寸的機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)。

其次，通過平衡重小車階梯調(diào)節(jié)裝置，可以既不影響最小幅度時(shí)臂架外傾，又能有效遏制變幅螺桿受力隨幅度增大而不斷增大。

3 改造后效果

在不考慮風(fēng)載及船體的傾轉(zhuǎn)等不利的因素時(shí)，臂架平衡系統(tǒng)的自重狀態(tài)下螺桿力的變化曲線如圖2所示，通過數(shù)據(jù)比較可知，空載狀態(tài)下的螺桿力最大值降低了48.2%。

圖2 空載狀態(tài)下螺桿受力隨幅度變化曲線

滿載狀態(tài)下的螺桿力如圖3所示，通過數(shù)據(jù)比較可知，滿載狀態(tài)下的螺桿力最大值降低了48%。

圖3 空載狀態(tài)下螺桿受力隨幅度變化曲線

4 結(jié)束語

本文介紹了一種臂架起重機(jī)平衡重階梯調(diào)節(jié)裝置，其特征在于通過階梯式增加對(duì)重小車質(zhì)量的方式，使得臂架及對(duì)重系統(tǒng)在變幅過程中的最大螺桿力減小，降低變幅機(jī)構(gòu)的電機(jī)功率，同時(shí)也降低了整個(gè)操作循環(huán)中的無用功耗，提高了整機(jī)的生產(chǎn)效益，為節(jié)能減排提供了一個(gè)新的思路。