起重机水平轮锻件.pdf

起重机水平轮锻件起重机水平轮锻件起重机水平轮，利用水平轮来防止起重机脱轨，水平轮在与起重机轨道梁下盖板接触处形成二级阶梯形状，阶梯的上一级和下一级的外缘均为圆形。本发明中的水平轮具有阶梯形状的轮缘，在运行时，具有小直径的轮缘侧面接触起重机轨道梁的下盖板侧面承受起重机的水平载荷，具有大直径的轮缘的上端面接触起重机轨道梁的下盖板的底端面承受垂直载荷，从而防止起重机脱轨。1 配备状况起重机锻件是锻件的一种分类，主要使用于门方式起重机-桥式起重机-矿山机械等。起重机的大型锻件有：锻造车轮、横梁、吊钩等！小锻件有：齿轮，联轴器等！常用起重机锻件材质：60#、65Mn、42CrMo 山西永鑫生锻造有限公司专业生产。2 结构性能起重机锻件一般人们主要指服务于冶金企业的铸造起重机、料箱加料起重机、板坯搬运起重机、钢卷夹钳起重机、磁盘起重机和服务于冶金厂工作级别较高的其它桥式起重机。由于冶金企业炼钢、铸坯(铸锭)、轧钢工艺的改变，脱锭起重机、均热炉夹钳起重机、刚性料耙起重机、平炉桥式加料起重机、均热炉揭盖起重机等传统起重机锻件已逐步趋于淘汰，这里不做进一步的分析。仅就前面几种现在冶金企业大量使用的起重机其发展趋向做一些初步的分析探讨。3 发展历史起重机锻件作为冶金行业安全、正常生产必不可少的关键和重要设备，其工作的可靠性、安全性、先进性一直受到人们的高度重视，但受传统冶金工艺的制约，改革开放前的三十年国内起重机锻件基本是在原苏联的模式下做一些小型的改进和发展。随着改革开放的不断深入，大量国外先进技术的引入，现代起重机锻件也发生了较大的变化。附相关文献：起重机水平导向轮的改进与应用张恽摘 要：分析了桥式起重机车轮啃轨的原因，以及国内外比较常用的几种缓解车轮啃轨的方法。将原有水平导向轮的刚性联接改进设计为弹性联接，设计出一种新的解决车轮啃轨的机构自动调力水平轮组。这套机构通过弹簧预应力和关节轴承的巧妙应用，延长了水平导向轮纠偏力的作用时间，缓解了冲击力对设备的损伤。在实际应用中，当起重机侧向力小于水平轮组的纠偏力时，能够避免车轮啃轨现象的出现，解决了桥式起重机车轮啃轨问题。1 桥式起重机(又称天车，以下简称起重机)运行时常会出现车轮轮缘与钢轨侧面接触并发生非正常磨损的现象，即起重机的啃轨。容易出现啃轨现象的起重机包括：额定起重量 50t以下的中小型起重机、跨度较宽(25m 以上)的起重机、运行速度较快(50m/min 以上)的起重机、运行距离长且作业率较高的起重机，门式起重机啃轨现象尤为突出。因啃轨而造成的危害是显而易见的，啃轨严重时，车轮轮缘会在短时间内变薄甚至损坏，更加严重的啃轨还容易引起重机“脱轨”等重大安全事故。轻微啃轨，钢轨侧面和车轮轮缘内侧也会磨损，影响车轮、钢轨的使用寿命。另外，啃轨也会使电机、减速机、联轴器等传动部件的负荷额外增加，容易出现故障，造成维护费用增高。2 起重机啃轨的原因及分析2.1 起重机的运行与啃轨的现状国内起重机我们实地调查了天津钢管公司的 110 台起重机，又调查了仓储物流行业的20 余台起重机，从中发现由于中小吨位的起重机往往跨度较大、速度较快、行程较大，存在啃轨现象的概率达到 60%以上，解决啃轨问题属于行业难题。2.2 造成起重机车轮啃轨的原因(1)车轮驱动系统不同步(起重机横向驱动系统一般分为两套或四套分布在主梁两端，且难以设计同步轴)。(2)两侧主动轮的轮径误差过大，从而在相同转速时造成两侧行程长度不同，导致运行偏斜啃轨。(3)车轮安装精度不够(一侧多个车轮安装后的直线度超差或两侧车轮的平行度超差)。(4)起重机主梁、端梁结构安装精度不符合要求(这里指整车钢结构的两条对角线不相等且超差)。(5)起重机运行的轨道安装没有达到技术要求。一般两条轨道的跨度(既两条轨道间距)公差为6mm；两根轨道的标高误差10mm(在柱子处)和15mm(不在柱子处)；两条轨道坡度1%3。(6)由于跨度大客观上造成钢结构的刚度、强度不足；造成启动或制动时，车体偏斜，导致啃轨。(7)负载偏差(这里指吊运负载的纵向位置处于横向驱动系统的一侧，从而造成该侧系统运行速度慢于对面一侧系统)，当天车大车平移机构功率设计较小时，容易出现负载偏差造成的啃轨现象。(8)两侧制动器调整不一致，一侧制动力矩大于另一侧。这种类型的啃轨容易出现在停车过程中。3 啃轨的预防及解决方法3.1 常见预防啃轨的方法3.1.1 安装轮缘石墨润滑设备该方法能一定程度上减少啃轨造成的设备损伤，提高设备使用寿命。3.1.2 采用双锥面车轮或圆锥踏面车轮此方法对于新车轮效果较好，但随着运行磨损和踏面碾压变形，使运行平稳性急剧下降，车轮的使用寿命仍受制约。3.1.3 电气纠偏根据电气控制系统是否调速以及调速方式(切电阻、变频、调压等)采用不同的控制方法。其中关键是反馈信号的精确度、稳定性、误动作以及控制电机转速的精度和响应时间的匹配，实际应用中效果不是很理想。3.1.4 安装水平导向轮此方法最早在国外起重机上使用较多。通过在车体上加装水平方向的轮子，作用在起重机运行轨道上，把滑动摩擦变为滚动摩擦。起重机运行时水平轮沿着钢轨的侧面滚动，从而给车体运行中产生的偏斜(侧向力)施加一定的反作用力，阻止车轮轮缘与钢轨侧面的滑动磨损。实际使用中，如果起重机产生轻微的啃轨，即侧向力较小时，此种结构的水平轮组应用效果比较理想。但是起重机出现较大侧向力时会产生诸多问题，当起重机运行由轨道的中心线刚刚开始向一侧偏斜时，水平轮与钢轨的侧面不接触(设计间隙一般取 10mm)，水平轮组不能发挥作用，当偏移量达到 10mm 时，水平轮与钢轨的侧面突然接触，水平轮要阻止起重机的惯性偏斜，此时会产生较大的冲击力。此种冲击力对起重机结构、水平轮、轨道产生严重危害，经常出现水平轮组的轴承损坏、定位板脱落等故障，严重时造成车轮脱轨等重大安全事故。同时较大的冲击力使轨道压板螺栓连续大面积松动或断裂，导致钢轨部分段落浮动移位等问题出现。3.2 出现啃轨问题后的常用解决方法常用调整方法是调整车轮的偏斜角度，此种方法通常是直接有效的，但需要维护人员经验较丰富且需要反复试运行，根据情况相应增减衬垫。但对于驱动系统不同步、车体刚性不足，偏载等原因造成的啃轨则无法解决。4 自动调力水平轮组的设计方案4.1 方案的确定在起重机运行的日常维护过程中，当某部起重机发生啃轨现象时，找到其产生啃轨的准确原因则比较困难(因为往往原因比较复杂，属于综合性原因，且维护人员的技术力量不能满足需要)，即使找到啃轨的原因，有针对性地彻底解决啃轨故障，通常难度较大，制约的因素较多，造成起重机经常调整却仍然存在啃轨问题。本设计是针对刚性水平轮组(见图 3)所存在问题的改进方案。4.2 自动调力水平轮组工作原理首先，在起重机运行开始出现跑偏倾向时，自动调力水平轮组立即能给出一个纠偏力并始终施加(设计值范围是 17872675kg)，随着起重机偏移量增大而自动增加纠偏力，以此减缓起重机运行偏斜的程度，直到偏斜被修正。当起重机运行偏斜的侧向力过大时，出现啃轨现象，此时水平轮的最大纠偏力仍然在起作用，啃轨产生的危害被极大地降低。自动调力水平轮组给出最大的纠偏力(可根据现场使用情况更换弹簧、调整设计值)，是在起重机运行的各个相关部件(如轨道、轴承、底座等)强度允许范围内。自动调力水平轮适应复杂情况保护设备能力，还体现在即使钢轨侧面在接缝处或其它某个部位出现不平滑突起，对行使到此处的老式水平轮会形成突然性的冲击，而自动调力水平轮组能缓冲并化解这种突然性的冲击，避免由此带来的对水平轮组轴承和起重机轨道、传动部件巨大的破坏力。4.3 结构设计说明自动调力水平轮组结构特点。采用 65Mn 材质通过锻造加工、机械加工、工作表面热处理后的硬度达到 HRC4550水平轮，通过两套调心滚子轴承与偏心轴的下部相连接。水平轮工作面与外界接触产生的径向力通过两套调心滚子轴承传给偏心轴的下部，同时不影响水平轮在偏心轴的下端部相对转动。偏心轴以向心关节轴承为支点，当起重机整体跑偏时，其中一个水平轮向钢轨位移，水平轮接触到钢轨的侧面并产生相互作用力。随着位移量的增加，偏心轴下部向外倾斜，其上部向内倾斜，使得弹簧进一步压缩，其张力增大，反过来通过水平轮作用到钢轨的侧面，水平轮与钢轨之间作用力的作用点到偏心轴支点的距离，是其支点到弹簧作用力的作用点距离一半。水平轮与钢轨的侧面作用力是弹簧张力的 2 倍。起重机车体跑偏越严重，其作用力就越大。有效减缓因起重机车体跑偏严重，导致车轮轮缘与钢轨侧面的磨损加剧。作为偏心轴的支撑点向心关节轴承，其功能是：保障偏心轴以此为支点灵活摆动；对偏心轴作用的支撑力通过下支撑座传递到结构架的下水平板上；通过垫圈、连接螺栓、夹板将偏心轴的重量支撑在向心关节轴承的内卷上。弹簧的张力作用在其两边的推力器上，推力器通过向心关节轴承与偏心轴上部相连。当弹簧张力作用到某边的偏心轴上部时，而另一边的推力器以支撑架的上水平板一个侧面为支撑面，将支撑弹簧的一侧张力传递到支撑架上。压簧螺栓属于安装工艺件，只是在自动调力水平轮组装配时发挥作用。导向器通过导向杆使偏心轴在沿着钢轨的轴向限制摆动，但能在其径向摆动，同时防止偏心轴任意转动。导向杆由支撑架的上水平板两边侧板为支撑。导向器通过半月板、压板、连接螺栓与偏心轴组成可拆分式连接，使导向器与偏心轴能组成刚性体，又能无级差调整偏心轴的旋转角，再与导向器组成刚性体。水平轮与钢轨产生相互对抗力，钢轨通过轨道压板和压板螺栓传导到地基中，水平轮上的力通过结构架、定位板传递到起重机本体上。5 结束语新设计的自动调力水平轮组借鉴了以往水平轮组的经验和教训，克服了以往设计的弊端，能够保证起重机运行的安全、稳定。当起重机侧向力小于水平轮组的纠偏力时，就能避免啃轨出现，否则也会极大地减轻啃轨对起重机设备产生的危害。该设计得到了天津钢管公司的大力支持，并且委托相关制造单位加工完成，并于 2011 年 4 月底，在啃轨问题严重的起重机(16+16t 双梁电磁起重机)上试用(见图 5)，取得了满意的效果。原有的啃轨现象完全消除，极大延长了车轮、轨道、传动机构的使用寿命，降低了设备维护成本。自动调力水平轮组的局限性是：不具备从根本上避免起重机车轮啃轨的能力，应当属于“被动校正”解决啃轨的方案之一。安装自动调力水平轮组的起重机，当出现侧向力大于纠偏力产生轻微啃轨时，应当采用常规方法调整车轮偏斜角，消除较大的侧向力。