鉸接單梁橋式起重機(jī)

摘要：本專利提供了一種生產(chǎn)更為簡(jiǎn)便、工藝簡(jiǎn)單、自重輕的主梁截面；將單梁橋式起重機(jī)主、橫梁的剛性連接在其一端，用鉸接連接，解決了因制造和軌道安裝誤差造成大車運(yùn)行3條腿問題，提高了運(yùn)行性能；并用可調(diào)大車運(yùn)行水平輪中心距的設(shè)計(jì)，不用帶輪緣的大車輪，提高了大車輪的使用壽命。

關(guān)鍵詞：主梁截面；鉸接；水平輪
　　本專利共有3個(gè)內(nèi)容：新型主梁截面；主橫 梁鉸接結(jié)構(gòu)；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的可調(diào)中心距的水平輪設(shè)計(jì)。

新型主梁截面

　　目前生產(chǎn)的LD單梁橋式起重機(jī)和LX單梁懸掛起重機(jī)的主梁截面如圖1(a)所示。LD和LX的主梁是由鋼板冷壓成形的“”字結(jié)構(gòu)，并用兩塊斜腹板F′E′與工字鋼焊接的主梁截面。斜腹板也需要冷壓彎邊，改善焊接條件和保證焊接質(zhì)量。它共有4條主焊縫連接。電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)的主梁截面如圖1(b)所示。它是由一塊蓋板B″B″、兩塊斜腹板B″C″與工字鋼上腿焊成的主梁截面。它也有4條主焊縫連接。除以上兩種實(shí)腹截面外，還有圓管與工字鋼焊接的截面、焊接的組合工字鋼截面、4塊鋼板焊接的矩形截面等實(shí)腹截面及桁架結(jié)構(gòu)主梁。實(shí)用新型專利《鉸接單梁橋式起重機(jī)》提供的是圖1(c)截面。它是由一塊鋼板冷壓成上“人”字形與工字鋼上腿焊接的截面，它只有兩條主焊縫?，F(xiàn)比較圖1中3種截面的優(yōu)劣。

a. 圖1(a)截面，工字鋼的上腿C′C′對(duì)截面的慣性矩I、抗彎模量W及對(duì)水平形心軸而言增加值較小，沒有充分發(fā)揮它的承載能力。也就是說，由于上腿C′C ′截面很接近整個(gè)截面的水平形心軸xx，它對(duì)截面的慣性矩和抗彎模量增加值較小，因此，截面的最大垂直方向的正應(yīng)力和靜剛度的下?lián)现当葓D1(b)、(c) 要大。圖1(b)、(c)截面的上腿距水平形心軸較遠(yuǎn)，增大了截面的垂直抗彎能力，提高了主梁的強(qiáng)度和剛度。
　　b.圖1(a)、(b)均有4條主焊縫，而圖1(c)截面僅有2條主焊縫，沒有集中載荷作用在腹板上的梁翼緣焊縫主要受剪應(yīng)力作用，翼緣焊縫剪應(yīng)力計(jì)算公式τ=QSx/2Ixhf≤［τh］，其中Q為截面內(nèi)力(剪力)，Sx為截面靜矩，hf為計(jì)算點(diǎn)的剪應(yīng)力距中心形心軸的高度。F′F′和B″B″的焊縫剪應(yīng)力要比CC焊縫剪應(yīng)力值大。2條主焊縫比4條焊縫工時(shí)減少一半。斜腹板兩邊與工字鋼腰在E′E′焊接，有損材質(zhì)。
　　c.圖1(a)截面在E′E′的焊接，是在工字鋼腰上同一位置，相當(dāng)于十字焊縫。在疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，考慮應(yīng)力集中情況等級(jí)，水平載荷作用時(shí)為K4級(jí)。而C″C″和CC焊縫應(yīng)力集中情況等級(jí)為K2。所以E′E′焊縫降低了抗疲勞的能力。
　　d.按Ⅱ類載荷組合校核主梁危險(xiǎn)截面的靜強(qiáng)度時(shí)，圖1(a)、(b)截面，垂直載荷和水平載荷產(chǎn)生的正應(yīng)力在B′點(diǎn)和B″點(diǎn)最大，是垂直正應(yīng)力σ⊥和水平正應(yīng)力σ－的最大壓應(yīng)力之和σB′max和σB″max。而圖1(c)則不同。垂直載荷在A點(diǎn)產(chǎn)生最大正應(yīng)力σA⊥，而在B點(diǎn)的正應(yīng)力并不是最大值，它等于σB⊥=σA⊥h2/h1。水平載荷產(chǎn)生的正應(yīng)力在A點(diǎn)等于零，在B點(diǎn)正應(yīng)力最大，σBmax=σB⊥ σ－，該截面對(duì)靜強(qiáng)度校核有利。
　　e.在主梁截面翼緣板的局部進(jìn)行穩(wěn)定性校核時(shí)，對(duì)圖1(a)、(b)截面應(yīng)取寬度B′B′和B″B″。而圖1(c)截面取寬度AB ， 比以上兩種截面寬度要小，同時(shí)比上翼緣板的局部穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、CAD/VM研究。定性應(yīng)力值要小，不象圖1(b)截面需要加縱向加強(qiáng)筋，或是增加翼緣板厚度δ，或是減小橫向加勁板間距a。
　　f.用一塊平鋼板冷壓成上“人”字形截面，可省去3塊鋼板、可減少兩種冷壓成形過程、可少焊兩條主焊縫(詳見圖1(a))，這樣既省料，省工，又降低了成本。
　　本專利的圖1(c)截面的成形有兩種方法：用壓力機(jī)先將鋼板冷壓成“∏”，然后再用一套模具，將“∏”字結(jié)構(gòu)再冷壓成上“人”字形；另一種方法是用復(fù)合模具一次冷壓成上“人”字形截面，然后根據(jù)局部穩(wěn)定性條件，焊接橫向加勁板，按照跨度大小，將主梁對(duì)接成需要的長(zhǎng)度，最后與工字鋼的上腿焊接。
　　現(xiàn)在生產(chǎn)的LD和LX的主梁鋼板厚度是5mm和6mm，最大寬度是1.6m。按GB709—88規(guī)定，5mm厚鋼板寬度最大1.8m；6mm厚度鋼板寬度最大2.0m。生產(chǎn)圖1(c)截面的主梁，周邊長(zhǎng)度之和超過鋼板寬度時(shí)，要兩側(cè)對(duì)稱各對(duì)接一塊鋼板。
　　如果將圖1中3種主梁截面的截面積取為相等，然后求出截面各部位尺寸，將截面幾何性質(zhì)和性能作一比較，就可以充分說明實(shí)用新型專利《鉸接單梁橋式起重機(jī)》主梁的優(yōu)越性了。以LD單梁橋式起重機(jī)起重量5t、跨度22.5m的主梁截面為依據(jù)，分別求得圖1(b)、(c)的截面尺寸，在載荷、速度和各載荷系數(shù)等條件均相同的情況下，比較3種截面的靜強(qiáng)度、靜剛度、局部穩(wěn)定性和A6工作級(jí)別的疲勞強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果，并表示在表1和表2中，其中圖1(c)截面正應(yīng)力較小，而且翼緣板局部穩(wěn)定性應(yīng)力也合格，不需要象圖1(b)截面增加縱向加強(qiáng)筋板。

　此處要說明兩點(diǎn)。首先是假定3種截面積相等，它們的動(dòng)態(tài)剛度——主梁的滿載自振頻率不進(jìn)行比較。因?yàn)橹髁涸诳缰袚Q算集中質(zhì)量與電動(dòng)葫蘆質(zhì)量之和相等，而主梁跨中的剛度系數(shù)Ks相差很小，分別為Ksa=27.106kN/cm；Ksb=29.212kN/cm；Ksc=28.866kN/cm。其次，3種截面實(shí)腹梁的總體穩(wěn)定性，當(dāng)20-1.gif (404 字節(jié))時(shí)，也可以不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性，ba=440mm，bb=606mm，bc=602mm，3種截面的整體穩(wěn)定性也不作比較。
　　如果將圖1(c)截面主梁高度取為圖1(a)截面的高度H=1100mm，計(jì)算結(jié)果也表示在表1中，最大正應(yīng)力仍比圖1(a)截面小，此時(shí)主梁自重圖1(c)截面將比圖1(a)截面減輕6.14%。
　　以上專利推薦的圖1(c)截面主梁，不僅省工，省料，工藝簡(jiǎn)單，成本低，而且結(jié)構(gòu)更為合理。

主橫梁鉸接結(jié)構(gòu)

　　LD單梁橋式起重機(jī)的主、橫梁剛性連接見圖2，其中一塊鋼板與橫梁焊接在一起，帶平面止口的鋼板與主梁焊接在一起。主、橫梁連接以平面止口定位，用6個(gè)或8個(gè)螺栓和螺母連接，它是典型的模塊化設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是減小了生產(chǎn)占地，主、橫梁可以單獨(dú)生產(chǎn)，按合同組裝。但是，主梁兩端的平面止口相對(duì)扭轉(zhuǎn)角為1° 時(shí)，對(duì)車輪軸距為2m，2.5m和3m的3種橫梁安裝的車輪，當(dāng)3個(gè)車輪踏面在一個(gè)平面上時(shí)，另一個(gè)車輪踏面將分別高出該平面 34.9mm，43.63mm和52.36mm。出現(xiàn)3條腿現(xiàn)象不僅加快車輪輪緣磨損，而且會(huì)發(fā)生輪緣爬軌和車輪脫軌事故。當(dāng)分別驅(qū)動(dòng)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)一旦發(fā)生主動(dòng)車輪抬起、單邊驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與運(yùn)行阻力總會(huì)構(gòu)成力偶，產(chǎn)生側(cè)壓力及附加阻力，造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載過大，使運(yùn)行速度減慢或運(yùn)行不了。當(dāng)然，造成平面止口相對(duì)誤差不見得是因?yàn)榕まD(zhuǎn)角為1°。造成3條腿的原因有：主梁軸線的扭轉(zhuǎn)變形使兩端面水平止口不在同一平面上；橫梁車輪軸孔加工位置誤差和橫梁的焊接變形；車輪直徑加工誤差；軌道安裝誤差等。

實(shí)用新型專利《鉸接單梁橋式起重機(jī)》的主、橫梁連接，其一端仍保留圖2的剛性連接，而另一端用圖3的鉸接結(jié)構(gòu)。它是將帶平面止口的鋼板，先焊上一根圓軸，加工軸徑和平面后再與主梁焊接。為了限制鉸接橫梁水平面的擺動(dòng)，可控制軸孔配合和保持原連接板的寬度560mm和600mm。為了限制鉸接橫梁垂直平面的擺動(dòng)，也可以保留水平止口，但是要使主梁水平止口平面高出橫梁水平止口一個(gè)δ值，δ值就限制了橫梁垂直面的擺動(dòng)角度。鉸接結(jié)構(gòu)徹底地解決了3條腿現(xiàn)象。

作者設(shè)計(jì)的鉸接軸是一根空心軸?？椎囊欢擞娩摪搴附臃忾]，軸端開槽用軸端定位板固定。軸的設(shè)計(jì)是按最大剪力校核剪切應(yīng)力τ，承壓面的擠壓應(yīng)力σcd應(yīng)小于各自的許用應(yīng)力。

水平輪設(shè)計(jì)

　　車輪輪緣與軌道的摩擦是一種無法避免的現(xiàn)象，一旦輪緣與軌道劇烈摩擦發(fā)生啃道現(xiàn)象時(shí)，便加快了輪緣的磨損和車輪的報(bào)廢，也使軌道磨損嚴(yán)重。由于輪緣磨損報(bào)廢的車輪比車輪踏面磨損報(bào)廢的車輪多，為改變這一現(xiàn)象，用無輪緣車輪代替輪緣車輪，用水平輪導(dǎo)向運(yùn)行，將輪緣與軌道的滑動(dòng)摩擦改為水平輪的滾動(dòng)摩擦，附加阻力系數(shù)由β=1.5降低到β=1.1，從而減小了運(yùn)行阻力，提高了車輪壽命。
　　帶輪緣的槽形車輪，為滿足不同軌面寬度b的軌道，車輪施工圖上給出了適合不同軌面寬度b的槽寬B的加工尺寸，一般間隙δ=B-b=30mm，用戶訂貨時(shí)，必須在合同上注明軌道型號(hào)或軌面寬度b，使出廠的產(chǎn)品即安裝的車輪符合用戶軌道要求。
　　圖4是大車輪與水平輪的簡(jiǎn)圖。用水平輪導(dǎo)向運(yùn)行，為適合不同軌面寬度b的要求，水平輪中心距L一定要求可調(diào)。作者是用水平輪安裝在偏心軸上的方法獲得水平輪中心距L的變化。偏心距e用下式計(jì)算：

式中：Bmax=bmax δ，為水平輪間最大寬度(mm)；Bmin=bmin δ，為水平輪間最小寬度(mm)。

　作者設(shè)計(jì)的水平輪軸偏心距e=5mm，B=70～90mm。應(yīng)用可調(diào)中心距水平輪，用戶不必提供軌面寬度b，只要根據(jù)b按說明書上標(biāo)明的水平輪偏心軸的偏心中心孔的位置安裝，就可滿足使用要求。這種方法也可以用在橋式起重機(jī)上，一旦bmax和bmin相差太大，可以分兩段設(shè)計(jì)。
　　水平輪設(shè)計(jì)的計(jì)算載荷Ps和滾動(dòng)軸承校核的計(jì)算載荷按《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB3811—83附錄E計(jì)算。
　　水平輪安裝在稍加改進(jìn)的橫梁蓋板裝置上，蓋板裝置原有的螺栓連接尺寸不變。
　　本專利3個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)內(nèi)容，可以供生產(chǎn)廠家任意選用其中一個(gè)或全部設(shè)計(jì)用在單梁橋式起重機(jī)上，這必將使整機(jī)的性能有所提高。