超低净空大吨位桥式起重机的研究与设计_大吨位_起重机

超低净空大吨位桥式起重机的研究与设计

2008/2/27 15:40:00

摘要：通过对传统产品技术水平进行分析，从中找出差距，并借鉴国内外先进技术对超低空大吨位桥式起重机的主机整体设计方案、新型小车的布置方式、新型滑轮组和钢丝绳缠绕以及新型小车的起升机构等方面进行了多项有价值的改进和创新。 关键词：大吨位；起重机；超低净空；柔性国家“十一五”规划将电力建设作为重点项目来抓，其中包括八大水电工程项目、防洪工程和“三农”水源建设等项目。这些大型水利项目给大吨位桥式起重机带来了新的发展机遇，市场需求量很大，前景可观。由于水电站的水轮发电机组通常设置在地下厂房中，起重机的整体高度受到限制，因此，起重机的低净空、低自重、低轮压和高性能就成为衡量该类产品水平的重要技术指标。我公司研发的新型超低净空大吨位桥式起重机，将对起重机的技术进步起到良好的推动作用。新型超低净空大吨位桥式起重机，适应于水电站工作，对提高产品的技术水平、增强市场竞争实力、促进经济建设的发展具有十分重要的现实意义。 l 传统桥式起重机整体布置分析 双梁桥式起重机由小车、桥架、天车运行机构和电气设备4部分组成。常见的典型电动双梁桥式起重机如图l所示。

桥架是桥式起重机的主承载结构，对于大吨位桥式起重机，桥架的承载金属结构通常采用双主梁型式，且多采用箱型梁结构，并与端梁一起构成一刚性平面。当起重机的额定起重量和工作级别确定后，主梁的截面尺寸和结构重量取决于小车轮压和小车轮压的分布均匀性。因此，如果要降低大车桥架的结构空间尺寸及设计重量，行之有效的方法就是降低小车轮压，提高小车轮压分布的均匀性。起重机小车由承载结构小车架、小车运行机构和主起升机构及副起升机构组成，如图2所示。

大吨位桥式起重机的小车架通常采用四梁形式，滑轮梁与2车轮梁共同形成1个承载平面，以此平面为界，上平面布置(主、副)起升机构、卷筒及滑轮组，下部布置小车运行机构(典型布置见图2)。由于小车各机构部件分散、间距大，同时还要满足传动精度、检修空间的要求，因此要求其承载结构刚度大，可利用空间充分。正是这些特点，使该布置形式的起重小车结构不紧凑，空间利用不充分。究其原因，是由于承载金属结构与各机构部件是相对独立设计的，且采用平面模式布置，为避免各机构部件间的相互干涉，不得不增大小车架平面尺寸，使得小车体积增大。另外，由于承载结构刚度大，易造成车轮三支点现象，给小车运行平稳性、车轮零件寿命带来负面影响。 2 新型起重机整体设计思路 水电站用超低净空大吨位桥式起重机的设计。打破传统的设计思维模式，采取有针对性的措施。整体设计方案上运用系统工程思想，确定了技术方案实施路线和顺序，以柔性化、集成化和简捷化为实施手段，重点解决金属结构与机构设计的有机配合、柔性化设计方法改善小车结构设计均载以及传动部件的传动精度等方面问题。 2.1小车的技术方案实施要点在研制过程中，首先从小车人手进行分析研究。小车的技术方案实施要点是： (1)新钢丝绳缠绕系统与寿命分析； (2)新钢丝绳缠绕系统与新小车架结构的适应解决方案； (3)起升机构各部件与小车架空间结构有机搭配方案； (4)小车运行机构集成化设计； (5)小车架结构刚性、柔性对内应力、外部轮压的影响对比分析。 2.2桥架技术方案实施要点及分析 (1)采用偏轨箱型梁结构。主梁内设置大车传动机构和电器控制系统，可有效隔绝厂房高潮湿环境对设备的影响，特别是对提高电控可靠性十分有益。 (2)采用轧制T型钢。针对小车轮压对主梁轨下上盖板与主腹板焊缝及以下局部区域的挤压应力过大的问题，在该处采用轧制T型钢，这样，可避免角焊缝直接承受压力，焊缝远离高挤压应力区。T型钢的腹板厚度可按计算应力的需要选择。从而提高了主梁的局部承载能力。由于采用T型钢，可使主腹板板厚度的确定不再受小车轮压的影响，降低了主梁自重。 (3)采用4角驱动方案。为保证大车运行平稳可靠，桥架与台车联接采用压轴式结构，方便安装和维护。通过解决上述关键问题，可达到降低起重机整体净空及自重的目的。新型超低净空大吨位桥式起重机整体设计方案如图3所示。

3 新型式起重小车研究方案 3.1小车的设计构思新型起重小车的研制是本课题研究的核心，主要有以下几方面的改进和创新： (1)小车架设计形式的改变。变革“井”字形四梁平面结构方式为“工”字形三梁立体结构，使小车架承力更明晰，结构简捷，重量轻。 (2)小车架结构柔性化【5】。 (3)改变传统的钢丝绳缠绕系统布置方式。充分利用柔性小车架的设计特点，将定滑轮组置于小车架滑轮梁内，既节省了布置空间，又简化了结构，外形简洁美观。 (4)起升减速器采用外悬挂套装方式。采用此方式可有效地降低小车的总高度，省去了传统的底座结构。 (5)改变吊钩滑轮组结构形式。与定滑轮组新的布置方式相适应，避免钢丝绳反向弯曲。 (6)小车运行机构采用集成化的三合一传动系统，运行平稳可靠。 3.2小车的结构与布局确定新型起重小车的结构与布局时，应充分考虑各机构的设计与小车架有机结合，使之形成紧凑的、相互协调的整体布局。小车整体布局是围绕小车架滑轮梁这一承载件为核心展开的，将定滑轮组一分为二，平行安置于小车架滑轮梁内腔，滑轮轴端直接固定在梁腹板上，巧妙利用空间，简化滑轮组构成，分散集中载荷，降低重量。利用小车滑轮梁高度与卷筒直径相近的特点，将卷筒布置在小车滑轮梁一侧，卷筒2端设置于小车架的两车轮梁上。电机布置在小车滑轮梁另一侧。起升减速器采用套装形式，悬挂在车轮梁外侧。新式小车结构布置如图4所示。 3.3起升机构设计起升机构由钢丝绳缠绕系统、卷绕装置及驱动装置等组成。 3.3.1绳系设计及其特点起升绳系统主要包括定滑轮组、吊钩滑轮组。两者与卷筒的相互关系、布局直接影响钢丝绳的工作特性。为延长钢丝绳的使用寿命，在设计钢丝绳系统时，要选择合理的钢丝绳直径和适当的滑轮倍率，以减少钢丝绳的弯折次数。在设计新型绳系时，选取绳系滑轮倍率为偶数。为避免钢丝绳反向弯折，改变以往滑轮组轴线与卷筒轴线平行布置的型式，将滑轮轴线布置成与卷筒轴线垂直，并分解成2组定滑轮、动滑轮组。钢丝绳缠绕倍率为8。该布局方式，不仅有效避免了钢丝绳反向弯折，提高钢丝绳使用寿命，而且定滑轮组在小车架滑轮梁开口内腔固定十分简捷方便。同时，由于小车架滑轮梁所受的载荷集中力一分为二，可大大降低承载梁的最大弯矩值，降低承载梁的重量。同理，由于滑轮轴缩短使所受弯矩降低，不仅减小了轴径和轴承的尺寸及规格，降低成本，而且整体布置美观。该钢丝绳缠绕系统的布置为小车整体布局的小型化、轻量化和柔性化提供了保证。 3.3.2起升驱动装置布置形式起升驱动装置包括起升电机、制动器、减速器和卷筒联轴器、卷筒等。布置起升驱动装置时，应根据三梁小车架的结构特点，将卷筒布置在小车滑轮承载梁一侧，其2端轴承座置于小车架的2车轮梁上。电机布置在小车滑轮梁另一侧。起升减速器中心轴距的确定则应考虑卷筒、电机及滑轮组的尺寸匹配。为降低高度，卷筒2端轴承座以较低尺寸直接固定在车轮梁上，使卷筒体下沉到2车轮梁之间，大大降低了小车的最高点。卷筒输入端轴承座为固定式双轴伸形式，内侧与卷筒、外侧与减速器套装相连。为适应柔性化小车的弯曲、扭转变形，输入轴与卷筒间采用鼓形齿联轴器，卷筒轴线应与滑轮承载梁位置协调。起升减速器低速输出轴与卷简轴采用渐开线花键套装联接，力矩支撑点设置在减速器箱体高速级侧法兰下，实现了减速器的固定与力矩平衡。减速器、传动轴及轴承座和车轮梁的位置关系稳定，不受滑轮承载梁变形的影响。卷筒、轴承座和减速器的布置与小车架的相互关系如图6所示。

3.4小车运行机构布置方案小车运行机构由减速器、电动机、制动器、联轴器、传动轴和车轮组等部件构成。本方案采用结构紧凑的三合一传动部件，将传统的平面分解布置改为立体集成布置，充分利用空间，使小车整体结构更简单紧凑，外形尺寸更小。小车驱动装置如图7所示。

三合一传动部件的安装与小车本体联系少，重量轻。输出轴采用花键空心轴，运行平稳、安装方便，传递扭矩大。这种紧凑的三合一小车运行机构给小车的整体布局带来了极大方便。结合柔性化的小车金属结构，最大限度地避免了车轮三支点现象，使小车轮压计算载荷更精确，车轮组的设计更小型化。同时，由于小车设计成小型化、集成化和柔性化，改善了桥架主梁的受力状况，为桥架主梁的小型化、轻量化设计奠定了基础。新式小车总布置如图8所示。