歐式起重機小車的設計要點

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　　歐式小車的布置

　　小歐式小車延伸拓展出幾種典型的中、大歐式小車結構型式，這與小歐式小車的機構布置特點有關，小歐式小車由起升機構、運行機構、小車橫梁、小車架、小車附件等構成。這些部件和機構呈立體的結構布置原理決定了小歐式小車的結構特點。

　　小歐式小車關鍵的核心部分是起升機構(圖3-48中雙點劃線圍成的部分)。起升機構的卷筒組與“三合一”電機和減速器套裝的連接方式?jīng)Q定了小車歐式的結構和機構布置。就國內和歐洲的歐式起重機，卷筒組與減速器的套裝連接方式有兩種較典型的代表型式，一種是用中厚板支承卷筒座的減速器“上懸掛”(圖3-49);一種是用小車端梁腹板支承卷筒座的減速器“下懸掛”(圖3-50)。

圖3-50下懸掛減速器與卷筒裝配

　　“上懸掛”是DEMAG公司的代表之作，分長軸式和短軸式，靠花鍵連接傳動，電機大多直接固定在減速器上，卷筒的支承軸采用球面軸承，只能安裝在小車架平面的上面，減速器必須特殊制造，不能采用通用減速器，小車的整體高度較高，安裝較方便。

　　“下懸掛”是筆者發(fā)明專利中的核心技術之一(參見發(fā)明專利《超大噸位起重機低凈空小車》，專利號ZL201110027816.X)。因安裝在小車架平面之下，考慮安裝的方便，一般只有短軸式，靠花鍵連接傳動，電機大多靠聯(lián)軸器間接固定在減速器上，卷筒的支承軸采用球面軸承，減速器可以采用通用減速器，小車的整體高度較小，安裝較復雜。

　　當選型計算的減速器中心距不夠布置電機、制動器和卷筒的結構時，還必須改大減速器的型號，這是采用標準減速器的弊端，也可以采用非標減速器來增大減速器的中心距布置起升機構，但非標減速器的價格往往很貴，不如采用改大減速器的型號合算。

　　小歐式起升機構可以采用“上懸掛”和“下懸掛”結構，因小歐式起升機構的零部件較小，一般推薦采用“上懸掛”。“上懸掛”的“三合一”電機能做成集成的一個部件，主要是國外電機采用制動電機，體積和重量非常小，并能和結構非常輕巧的減速器相匹配。國內的電機和制動器相對笨重，體積較大，目前還不具備制造成起升“三合一”制動電機的技術。目前國內使用的起升“三合一”電機都是國內生產(chǎn)的歐洲品牌產(chǎn)品，冶金起重專用電機是目前國內較為常見的選型產(chǎn)品，不宜選擇“上懸掛”布置。

　　中歐式起升機構推薦采用“下懸掛”結構，獨立的電機、制動器布置在主、副端梁之間的內側，將卷筒組軸承支座和減速器輸出軸銜接到小車端梁的里面，卷筒既起到承受載荷受力的部分支撐作用，同時也起到加強主、副端梁的橫向連接作用，增加了小車架的水平剛性。因此，中歐式結構決定了小車架有“H”形和“日”字形兩種結構型式。卷筒組的水平中心軸線和小車主、副端梁齊平，整體高度比傳統(tǒng)的橋式起重機一般可以降低1～2m的高度，這是中歐式小車的主要優(yōu)點之一。

　　中歐式小車布置起升制動器，習慣將一個制動器直接布置在減速器的輸入軸上，由浮動軸通過齒輪或半齒聯(lián)軸器和電機連接。如果采用雙制動(圖3-51)，需把另一個制動器通過浮動軸放在電機的輸出軸上。也可以采用電機雙伸軸，把制動器放在電機尾端，電機輸出軸處采用半齒聯(lián)軸器連接。一般中歐式起升機構的雙制動器布置宜采用圖3-51中A、B型結構型式，不適合采用C、D、E型圖結構型式。

　　無論采用單制動器還是雙制動器結構型式，制動器只能放在起升機構的高速軸上。

　　小歐式小車的起升制動器(制動單元)并不是直接裝在減速器的輸入軸上，而是通過法蘭聯(lián)軸器和電機連接，制動器裝在電機的尾部。通過大量的實踐證明，小歐式小車起升制動器不直接裝在減速器的輸入軸上也是可行的。中歐式(低凈空)小車由于受小車結構的限制，一般不直接把制動器裝在減速器的輸入軸上，但可以按雙制動器的型式設計，把制動器直接裝在減速器的輸入軸上，實踐證明制動器不直接裝在減速器的輸入軸上的中歐式小車也是可行的。

　　按傳統(tǒng)習慣將制動器直接裝在減速器的輸入軸上，一般只能放在小車端梁里側。靠外側受到的限制較多，制動器加強支撐件難以做到滿足剛度，也不方便通過走臺，使大車的結構尺寸增大。

　　“上懸掛”減速器與“三合一”起升電機布置的小歐式小車體積輕小，為設計主梁和大車減輕了不少重量，但小歐式起重機的局限性，限制了歐式結構的范圍和噸位。采用中歐式小車結構型式布置的小車，由于適合大噸位，減輕整機重量的效果更為顯著。

　　歐式小車橫梁必須緊靠卷筒組布置，以便滿足卷筒出繩的偏角小于或等于3.5°，滑輪的繞入繞出偏角小于或等于5°，這可以減小小車的長度尺寸，使小車吊鉤的左右極限距離較小，起重機相對工作面域增大，還可以增大有效起升高度。此外，小車的主、被輪壓分布能*大限度地接近，有利于減小小車車輪直徑，降低小車的整體高度。

　　歐式小車卷筒、滑輪繞出繩槽的偏角

　　歐式小車的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)通過卷筒放下鋼絲繩到吊鉤組，由吊鉤組上穿到下橫梁里的定滑輪組過渡，再繞入到吊鉤組形成一個纏繞循環(huán)系統(tǒng)。吊鉤組滑輪軸線和下橫梁里的滑輪軸線與卷筒軸線垂直，并分兩排平行布置。

　　歐式小車滑輪的*大偏角主要考慮從卷筒下來的兩根鋼絲繩進入吊鉤組動滑輪時的偏角(圖3-52)，其次考慮從吊鉤組動滑輪繞出進入小車橫梁里的定滑輪偏角，其后的繞向鋼絲繩偏角不用考慮，也就是說鋼絲繩中心線在垂直卷筒軸線平面內的偏角不大于5°。

　　歐式小車的鋼絲繩從滑輪槽出角也有“折射”現(xiàn)象(參見李海波，白劍波，韓夢丹，周奇才，張?zhí)m翔，《起重運輸》，2015(4)，“關于《起重機設計規(guī)范》(GB 3811—2008)中卷筒偏角和滑輪偏角的探討”)，而且“折射”現(xiàn)象比傳統(tǒng)橋式起重機還要嚴重。在設計布置歐式起重機的小車時，要盡量減小圖3-52中的δ值距離，但δ值太小，卷筒工作時又會與小車橫梁干涉;δ值太大，卷筒偏角會偏大，小車的長度會增大，吊鉤起升極限*小距離會增大。

　　歐式小車吊鉤組的動滑輪達到起升極限位置時，滑輪的偏角出現(xiàn)*大，從卷筒下來的兩根鋼絲繩進入吊鉤組動滑輪時的偏角不大于5°。此外，從吊鉤組動滑輪繞出進入小車橫梁里的定滑輪偏角也必須不大于5°，還要考慮此時的鋼絲繩是否會和小車橫梁腹板底面干涉。為了減少鋼絲繩在纏繞過程中可能發(fā)生的相擦，推薦小車橫梁里的滑輪設計盡量靠下些，并使定滑輪軸線低于卷筒軸線，或者使滑輪布置在小車橫梁遠離卷筒的一邊，這種情況下的小車橫梁腹板可以設計成不等厚的主、副腹板。

　　設卷筒鋼絲繩出繩點*靠近卷筒*外面定滑輪中心線的距離為δ，吊鉤組近似在卷筒和靠近*外面的定滑輪中心線的δ/2處，吊鉤的起升極限距離Hmin可以從下式求出。

　　由于∠MAO=∠ONC=90°，得：∠AOB=γ;在直角△MNC中

　　?

　　式中所有參數(shù)都可以在設計中獲得數(shù)據(jù)，同時，還需滿足吊鉤組動滑輪繞出進入小車橫梁里的定滑輪偏角γ′不大于5°。

　　?

　　式中　b——滑輪軸線水平面和卷筒軸線水平面距離(圖3-53)，當卷筒中心線在小車橫梁里的滑輪中心線水平面之下時，b值取負值(mm);

　　δ——2倍PE點距離(mm);

　　Dg——小車橫梁里的固定滑輪繩槽直徑(mm);

　　Dd——吊鉤動滑輪繩槽直徑(mm);

　　D0——卷筒的計算直徑(mm)。

　　Hmin必須同時滿足式(3-40)和式(3-41)，此外，還必須考慮hmax值對鋼絲繩的影響。當小車橫梁過高，橫梁靠近卷筒側的腹板可能與鋼絲繩干涉(圖3-52)。從橫梁滑輪軸到橫梁*低端的距離Hf，推薦按式(3-43)校核，當Hf值大于hmax-40時，需將小車橫梁里的滑輪組向右移布置，直到Hf滿足小于或等于hmax-40值。

　　在圖3-53中，經(jīng)過作圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由定滑輪中心E點，不論經(jīng)過滑輪槽緣那個點(圖3-52M點)“折射”到吊鉤滑輪槽的N點，再到D點，該線路的軌跡都在E、D直接連線和小車橫梁腹板內壁延長線的交點附近和ED連線相交于F點。也就是說，小車橫梁靠近卷筒的腹板內壁*底端，離E、D連線與腹板內側延長的交點B*近。

　　直角△ABE與直角△PDE相似，所以AB長度可得下式

　　式中　c1——靠近卷筒的定滑輪中心線*小車橫梁腹板內壁之間的距離，即圖3-53中AE的長度(mm);

　　hmax——小車橫梁腹板里面定滑輪的水平軸線到E、D連線的交點之間的距離(mm);

　　Hf——小車橫梁腹板里面定滑輪的水平軸線到腹板*底端的距離(mm)。

　　卷筒的*大偏角就是鋼絲繩中心線在卷筒主視圖平面內的偏角γ不大于3.5°(圖3-54)，當?shù)蹉^起升到*小極限距離，卷筒出現(xiàn)*大偏角。

　　Dw-Dd-d≥Lg≥Dw-Dd-d-2H0tan3.5°　　(3-44)

　　式中　Dw——吊鉤組兩排動滑輪軸線之間的距離(mm)。

　　其他參數(shù)同本章前面介紹。

　　歐式小車起升機構鋼絲繩的實際長度計算

　　歐式小車起升機構鋼絲繩的實際長度宜盡量算得準確，一般比實際長度長1～2m*理想，在設計時經(jīng)常有鋼絲繩實際長度大于10m以上的現(xiàn)象發(fā)生，累積起來浪費不少成本，尤其要杜絕鋼絲繩長度下料短，導致整根鋼絲繩報廢的情況發(fā)生。

　　3.6.3.1鋼絲繩從卷筒繞出點到吊鉤組*外緣動滑輪水平線上繩槽的繞入點的空間距離S1

　　按式(3-40)和式(3-41)計算出Hmin值，求出H0值。吊鉤在*底端狀態(tài)下，鋼絲繩從卷筒繞出點到吊鉤組*外緣動滑輪水平線上繩槽的繞入點的空間距離(圖3-55)。

　　吊鉤組動滑輪在*底端，鋼絲繩繞出滑輪槽不會出現(xiàn)“折射”現(xiàn)象，只有當起升到達頂點的附近時才會有“折射”現(xiàn)象發(fā)生。鋼絲繩繞出卷筒出槽點可近似視為卷筒圓周水平線上的點，既可以把A、B點看成重合，其計算的鋼絲繩長度誤差可以忽略不計。所求長度為AD在圖3-55(a)中的平面的距離：

　　式中參數(shù)和本章前面介紹相同，δ、H0、H都可在設計時獲得數(shù)據(jù)，在面對卷筒主視平面，所求長度為AC在圖3-55(b)平面的距離：

　　鋼絲繩從卷筒繞出點到吊鉤組*外緣動滑輪水平線上繩槽的繞入點的空間距離TL，實際上是空間一段線段的距離在兩個視圖上的體現(xiàn)。

　　式中　AD(a)——圖3-55(a)中AD的平面長度(mm);

　　AN(b)——圖3-55(b)中AN的平面長度(mm);

　　AC(a)——圖3-55(a)中AC的平面長度(mm);

　　圖3-55　吊鉤在*底端時的狀態(tài)圖

　　AC(b)——圖3-55(b)中AC的平面長度(mm)。

　　其他參數(shù)見本章前述。

　　式中　P——卷筒槽距。

　　其他參數(shù)見本章前述。

　　3.6.3.2　鋼絲繩在吊鉤組動滑輪上的纏繞長度S2

　　S2=π(Dd+d)·m/2　　(3-49)

　　式中　S2——吊鉤組在動滑輪上的纏繞總長度(mm);

　　m——鋼絲繩的倍率。

　　3.6.3.3　鋼絲繩在小車橫梁上定滑輪的纏繞長度S3

　　S3=π(Dg+d)·(m-2)/2　　(3-50)

　　式中　S3——鋼絲繩在小車橫梁上定滑輪的纏繞總長度(mm);

　　Dg——小車橫梁上定滑輪繩槽的直徑(mm)。

　　3.6.3.4　鋼絲繩在小車橫梁上楔形套筒固定軸式超載限制器的總長度S4

　　S4≈2×1.5(Dg+d)/2=3(Dg+d)/2　　(3-51)

　　3.6.3.5　鋼絲繩在卷筒上的固定和**圈數(shù)展開總長度S5

　　S5=π(D+d)×5×2=10π(D+d)　　(3-52)

　　3.6.3.6　鋼絲繩從吊鉤動滑輪到小車橫梁里的定滑輪總長度S6

　　從圖3-55(a)可知，ED的長度就是需要求出的鋼絲繩S6分支長度。

　　鋼絲繩總長度S

　　為了消除計算誤差的影響，鋼絲繩總長度可以放1～2m的余量，推薦鋼絲繩的**圈和安裝圈之和取5，以上公式可以通過編寫小軟件來計算。