起重机挠度与啃轨解决方法分析

　　摘要: 本文主要分析了桥式起重机出现主梁下挠、啃轨现象的处理方法，提高了设备利用率，保证正常生产。

　　关键词:起重机;车轮;啃轨

　　Abstract: This paper mainly analyzes the processing methods of main beam downwarping and skew on bridge crane, which improves equipment utilization, ensures the normal production.

　　Key words: crane; wheel; skew

　　中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

　　起重机空载时主梁应具有均匀上拱,主梁刚度的不足, 会造成主梁承载后下挠过大, 从而影响起重小车的使用性能, 增大其运行阻力, 使重载小车向跨端运行时爬坡或向跨中运行时溜车, 引起制动定位不准确, 而且恶化了主梁的受力状况, 容易造成事故。

　　起重机的啃轨是其大车或小车在轨道上相对歪斜状态下运行到某一限度后的结果，啃轨有多种表现形式，有时一个车轮啃轨，有时几个车轮同时啃轨，往返运行的同侧啃轨或往返运行时分别在两侧都有啃轨等。大车啃轨的危害尤为严重，拉钢丝绳法在处理桥式起重机主梁变形中具有方便、实用、便于维护等优点。圆弧轮、轨结构形式对处理和预防起重机啃轨有很好的效果。

　　1 拉钢丝绳法处理起重机主梁挠度

　　1. 1 预应力矫正法原理

　　预应力矫正法矫正下挠，是在主梁的下盖板两端焊上两个支承架，然后把若干根两端带有螺纹的拉杆穿过支撑架，拧紧螺母，使拉杆受到张拉，主梁偏心受压，使主梁向上拱起，从而达到矫正起重机主梁下挠恢复上拱的目的见图1。

　　图1 预应力矫正法

　　1. 2 拉钢丝绳法处理主梁挠度

　　拉钢丝绳法是对设计、计算选定的钢丝绳两端压制绳扣, 并在绳扣内套入拉杆, 穿过支座。通过旋紧拉紧螺母, 对主梁施加偏心拉力, 使主梁恢复上拱度, 同时进一步提高主梁承载能力。

　　拉钢丝绳法的力学原理( 如图2 所示) , 就是通过旋紧张拉螺母, 给支座一个外力( P 表示) 。根据力的平移原理, 把力P 移到主梁中性轴上A、B 两点, 便需要加上两对大小相等方向相反的力P1 和P2, 且P1= P2= P, P 分别与P1、P2 形成力偶M, 这两个力偶的作用就会使主梁向上变形产生上拱。

　　1主梁; 2支座

　　图2 预应力原理简图

　　1. 3 拉钢丝绳法的理论计算

　　(1) 确定矫正量fc= f + F其中: fc 为主梁中心总矫正量; f 为主梁矫正

　　前, 空载时跨度中心下挠值; F 为主梁矫正后, 要求达到的上拱度。

　　( 2) 主梁无载荷作用产生的上拱度。假设钢丝绳内力为单位力( 10 kN= 1tf) 时, 根据材料力学组合变形理论得:

　　其中: S 为大车跨度; L e 为钢丝绳计算长度; Ek为主梁弹性模量; J x 为主梁截面绕中性轴X 惯性矩; ex 为钢丝绳对截面中性轴X 距离。

　　(3) 主梁所需钢丝绳张拉力 (4) 确定钢丝绳型号、直径、根数及强度。型号: ;绳拉力: T= Ae[ ] ; 根数: 其中: [ ] 为钢丝绳公称抗拉强度; Ae 为钢丝绳有效截面积。

　　(5) 小车满载停于主梁中部, 钢丝绳所受附加压力( 后增力) 。根据变形相等原理:

　　其中: 􀀁1p为小车轮压引起主梁下挠使钢丝绳拉长变形量; N2􀀁1 为钢丝绳受附加拉力引起主梁拉长变形量; N2􀀁1 为钢丝绳附加拉力引起主梁压缩变形量; N2􀀁m 为钢丝绳附加拉力引起主梁上拱后, 钢丝绳变形量减小值。

　　(6) 钢丝绳有后增力后, 承受的最大张拉力及最大应力:

　　(7) 主梁下盖板与支座背板间焊接强度校验最大焊接应力:

　　其中: AH为焊缝有效截面积, AH = 0. 7l h; WH为焊缝抗弯截面摸数, ( h 为焊缝高度,L 为焊缝长度) ; MH 为焊缝最大弯矩; [ ] 为焊缝许用剪应力, 一般采用[ ] = 7 000 MPa。

　　(8) 拉杆强度校验拉杆张拉部位拉应力:

　　其中: [ ] 为拉杆张拉部位许用拉应力。

　　2 圆弧轮及轨法处理起重机啃轨

　　2. 1 􀀁 圆弧轮及轨法原理

　　起重机的车轮与轨道接触方式一般为点接触或线接触两种, 车轮一般都带有轮缘, 起着导向作用。如图3 所示, 圆弧轮、轨结构形式是凹凸面圆弧上两

　　点接触, 不需要轮缘承受侧向力, 免除了轮缘与轨道的摩擦, 避免了啃轨现象发生。

　　1 车轮; 2 轨道

　　图3 􀀁 圆弧轮、轨结构形式简图

　　2. 2 圆弧轮及轨承载能力计算

　　(1) 车轮踏面疲劳计算载荷。

　　其中: Pmax 为车轮最大轮压, ( kN) ; Pmin为车轮最小轮压,

　　;G0 为小车质量; Gc 为起重量。

　　(2) 标准轮、轨结构形式的承载能力[ 4] , 轮、轨线接触局部挤压强度:

　　其中: K 1 为与材料有关的许用接触应力常数;C1 为转速系数; C2 为工作级别系数; Dc 为车轮线接触踏面直径; L 为车轮与轨道有效接触长度。轮、轨点接触局部挤压强度:

　　其中: K 2 为与材料有关的许用接触应力常数;C 1 为转速系数; C 2 为工作级别系数; R 1为曲率半径, 车轮点接触部位与轨道曲率半径中的大值, 车轮的曲率半径r1􀀁= Dc􀀁/ 2, 轨道曲率半径, 按标准轨道由手册查取; M1 为由r􀀁/ R1 ( r􀀁为r1􀀁、R1中的小值) 所确定的系数。

　　2. 3 圆弧轮及轨局部挤压强度

　　设计中取圆弧轮、轨接触点压力角度( 轨道对车轮的支力方向与垂直方向) 为30􀀁, 因此圆弧轮、轨局部挤压强度计算公式:

　　其中: K 3 为与材料有关的许用接触应力常数;R2 为曲率半径, 车轮双点接触部位与轨道曲率半径中的大值, 车轮的曲率半径r2􀀁( mm) 和轨道的曲率半径R2 (mm) 由设计选取; M2 ( M1) 为r􀀁/ ( r􀀁为r2􀀁、R2􀀁中的小值) 所确定的系数。

　　2. 4 两种轮及轨结构形式比较

　　由公式Pc2和P c3所示, 系数K 2 (K 3) 、C1、C2 分别是与车轮材料、车轮转速、起重机工作级别有关,而与轮、轨结构形式无关, 因此系数K 2(K 3) 、C1、C2在公式中取值相同, 则:

　　由公式P c2、P c3可知, 只要在设计中, 适当选取r2􀀁和R2􀀁值, 一般P c3可达到(2～ 4) 倍P c2。

　　3 结论

　　(1) 拉钢丝绳法处理起重机主梁变形的优点: 􀀁施工简便、工期短, 便于检修、维护;钢丝绳标准化程度高、轻便、强度高、韧性好、选材容易、易于搬运;

　　钢丝绳在张拉中具有较高的抗扭转能力; 张拉时可实现一个拉杆同时张拉多根钢丝绳, 降低了张拉次数。

　　(2) 圆弧轮、轨法处理和预防起重机啃轨的优点:车轮与轨道之间为纯滚动运行, 消除了轮缘与轨道之间的摩擦, 消除了附加阻力, 延长了车轮和轨

　　道寿命;可减小车轮尺寸, 提高轨道的承载能力;减小了车轮和轨道重量, 减轻车轮安装、更换及调整的工作量;可实现起重机在运行过程中自行调整跑偏, 达到自运行目的。

　　参考文献

　　[1] 中国机械工程学会设备维修专业委员会. 机修手册( 第七卷通用设备与工业仪表修理) [M] .北京: 机械工业出版社, 1993.

　　[2] 王福绵. 起重机械技术检验[M] . 北京: 学苑出版社, 2000.

　　[3] 陈道南, 过玉卿, 周陪德. 起重运输机械[ M] .北京: 冶金工业出版社, 2003.

　　[4] 严大考, 郑兰霞. 起重机械[ M] . 郑州: 郑州大学出版社, 2003.