一種雙抓斗橋式起重機(jī)小車設(shè)計(jì)

王 輝 王文娟 吳雪濤 楊君玉

1北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007 2北京卓遠(yuǎn)智聯(lián)科技有限公司 北京 100083

0 引言

在垃圾焚燒發(fā)電領(lǐng)域，焚燒處理工藝主要處理的物料為生活垃圾，單一形式的抓斗即可滿足生活垃圾的抓取要求，故傳統(tǒng)的垃圾抓斗橋式起重機(jī)小車通常只配備一臺(tái)抓斗。隨著垃圾處理企業(yè)處置工藝的調(diào)整，可以進(jìn)行焚燒處理的物料種類越來(lái)越多，如文獻(xiàn)[1]中所述干化污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒處理，因此攜帶單一垃圾抓斗的傳統(tǒng)垃圾吊已經(jīng)滿足不了不同特性物料的抓取要求，為了解決這一問(wèn)題，通常采取的做法是按照抓取要求來(lái)更換抓斗形式，但這種方法不僅施工難度較大，而且施工時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)率。

為了解決同一料位抓取不同特性物料的要求，可在同一臺(tái)起重機(jī)小車上配置2套起升機(jī)構(gòu)，以使用2種不同抓斗分別實(shí)現(xiàn)不同的起升要求，滿足抓取2種不同特性物料的要求。本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠1臺(tái)配備雙抓斗(分別抓取生活垃圾和干化污泥)的橋式起重機(jī)為例，介紹了該起重機(jī)小車中雙起升機(jī)構(gòu)的整體布置方法，為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

1 基本情況

實(shí)例中的雙抓斗起重機(jī)要求對(duì)垃圾和污泥2種物料按比例交替進(jìn)行抓取，垃圾抓斗額定起重量18 t，污泥抓斗額定起重量5 t，垃圾抓斗要求使用四繩六瓣抓斗，污泥抓斗要求使用雙繩雙瓣抓斗，2抓斗根據(jù)實(shí)際工作要求可實(shí)現(xiàn)交替工作。垃圾抓斗的運(yùn)行路徑位于2主梁之間，污泥抓斗的運(yùn)行軌跡布置在一側(cè)主梁的外側(cè)，2種抓斗的起升機(jī)構(gòu)布置在同一臺(tái)小車上，實(shí)現(xiàn)雙抓斗單獨(dú)運(yùn)行的功能。該起重機(jī)的整體布置形式如圖1所示。

圖1 起重機(jī)整體布置圖

起重機(jī)小車的主要部件如圖2所示，垃圾抓斗3和污泥抓斗4通過(guò)鋼絲繩分別與垃圾起升機(jī)構(gòu)1和污泥起升機(jī)構(gòu)2連接。其中，垃圾抓斗3的運(yùn)行軌跡在2主梁的內(nèi)部，污泥抓斗4的運(yùn)行軌跡在單側(cè)主梁的外部，垃圾起升機(jī)構(gòu)1用于垃圾抓斗3的起升，污泥起升機(jī)構(gòu)2用于污泥抓斗4的起升工作，2個(gè)起升機(jī)構(gòu)的卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)互相垂直布置。在垂直于運(yùn)行軌道的方向上，垃圾抓斗3工作時(shí)，將污泥抓斗4完全張開提升收納至抓斗收納框5中，污泥抓斗4工作時(shí)，將垃圾抓斗3完全閉合提升至安全高度位置，可實(shí)現(xiàn)交替抓取不同物料的功能。

圖2 雙抓斗起重機(jī)小車主要部件

2 方案設(shè)計(jì)

在已有的18 t垃圾抓斗起重機(jī)小車布置的基礎(chǔ)上，采用小車架懸臂布置污泥起升機(jī)構(gòu)的方案，當(dāng)不需要使用污泥抓斗時(shí)，將其起升收納至抓斗收納框內(nèi)，避免由于大小車運(yùn)行導(dǎo)致其與其他毗鄰結(jié)構(gòu)的碰撞。在實(shí)現(xiàn)2抓斗不發(fā)生碰撞的同時(shí)，又要保證配重的位置不影響起重機(jī)橋架走臺(tái)的工作凈寬，故小車軌距的設(shè)計(jì)尤為重要。為此，在水平方向上，設(shè)計(jì)伊始首先需確定小車軌距和污泥抓斗的中心偏離尺寸。

在垂直于小車軌道方向上，將上述小車各主要部件簡(jiǎn)化為以2軌道為支點(diǎn)的單懸臂外伸梁模型。用于布置垃圾起升機(jī)構(gòu)的小車部分(含垃圾起升機(jī)構(gòu))質(zhì)量為17 t，垃圾抓斗自重7.2 t，用于布置污泥起升機(jī)構(gòu)的小車架部分(不包含污泥起升機(jī)構(gòu))質(zhì)量為1 t，污泥起升機(jī)構(gòu)為3 t，污泥抓斗自重2.7 t，抓斗框質(zhì)量為1 t。

2.1 工況受力分析

由上述可知，小車各主要部件可簡(jiǎn)化為以2軌道為支點(diǎn)的單懸臂外伸梁模型，非外伸側(cè)支點(diǎn)相較于外伸側(cè)支點(diǎn)，其支撐反力會(huì)大大減小。而小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之一位于非外伸側(cè)支點(diǎn)，若此側(cè)輪壓較小，不滿足驅(qū)動(dòng)條件，則會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響小車的正常運(yùn)行。因此，需進(jìn)行打滑驗(yàn)算，保證起重機(jī)在各工況下均能正常工作。

在保證垃圾抓斗與污泥抓斗不干涉的情況下，取小車軌距3.5 m，取污泥抓斗距離相近小車軌道的偏離尺寸為1.5 m，分別計(jì)算未使用配重時(shí)的以下4種工況。工況1為污泥抓斗滿載，主抓斗空載，工況2為污泥抓斗空載，主抓斗滿載，工況3為污泥抓斗空載，主抓斗卸下，工況4污泥抓斗滿載，主抓斗卸下，分別如圖3～圖6所示。得出2小車軌道的支撐反力如表1所示。

表1 2小車軌道的支撐反力 t

圖3 工況1受力簡(jiǎn)圖

圖4 工況2受力簡(jiǎn)圖

圖6 工況4受力簡(jiǎn)圖

經(jīng)過(guò)打滑運(yùn)行校核，工況4不滿足運(yùn)行條件，故在滿足驅(qū)動(dòng)輪不打滑的條件下需要增加配重。

考慮配重側(cè)走臺(tái)凈寬滿足規(guī)范相關(guān)要求的情況下，擬定配重質(zhì)量2 t，其重心距離相近小車軌道中心的偏離尺寸為0.5 m，此時(shí)上述4種工況下的各支承反力如表2，工況4滿足運(yùn)行不打滑條件。

表2 加配重后2小車軌道的支撐反力 t

2.2 方案布置

經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)初步得出各主要參數(shù)后，再根據(jù)小車上主要機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)小車輪壓的計(jì)算。如圖7所示，取小車輪距與軌距交匯處為原點(diǎn)，主起升機(jī)構(gòu)1的布置原則按照常規(guī)布置，污泥起升機(jī)構(gòu)2則按照將常規(guī)起升卷筒方向旋轉(zhuǎn)90°的原則進(jìn)行布置?？紤]各主要部件及起升載荷的質(zhì)量以及各質(zhì)心在所設(shè)原點(diǎn)坐標(biāo)系下的對(duì)應(yīng)位置，計(jì)算得出小車A、B、C、D 4個(gè)車輪的輪壓，如表3所示。

圖7 小車平面布置及計(jì)算坐標(biāo)示意圖

表3 小車輪壓 t

由表3可看出，4種工況的D車輪輪壓均為最小，而D輪為驅(qū)動(dòng)輪，應(yīng)對(duì)D車輪進(jìn)行打滑運(yùn)行校核，滿足不打滑條件。

表3中A輪和B輪的輪壓較大，需注意輪軌匹配合理化設(shè)計(jì)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，考慮到A、B側(cè)相較C、D側(cè)輪壓增加較多，小車存在不穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可以通過(guò)增設(shè)水平輪加以改善。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程對(duì)一種帶有側(cè)掛污泥抓斗的起重機(jī)小車進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用主起升結(jié)構(gòu)布置在簡(jiǎn)支梁部分，副起升機(jī)構(gòu)布置在懸臂梁部分的結(jié)構(gòu)形式。在保證結(jié)構(gòu)剛度的前提下可有效壓縮車體自重。開發(fā)了一種適用于同廠房多種物料處理工藝需求的起重機(jī)設(shè)備，并具體分析了本結(jié)構(gòu)形式中垃圾和污泥2種物料的起升小車布置方案，用數(shù)據(jù)做支撐，詳細(xì)介紹了小車各主要參數(shù)的設(shè)計(jì)思路及方法，為同系列產(chǎn)品的開發(fā)奠定了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。