适合港口件杂货使用的40吨级轮胎起重机变幅机构的型式

杨卓云 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

适合港口件杂货使用的40吨级轮胎起重机变幅机构的型式

杨卓云 （天津港第二港埠有限公司 天津300457）

随着我国对外贸易的发展，港口吞吐量不断增加，要求港口接卸货物的能力大幅提高。提出在大吨位轮胎起重机上采用液压油缸为动力的变幅机构优于卷扬钢丝绳变幅机构。

港口 40吨级 起重机

随着我国对外贸易的发展，港口吞吐量不断增加，要求港口接卸货物的能力大幅提高。目前，岸边接卸货物的起重机的起吊能力已经陆续向大吨位上发展，从过去的10吨门座式起重机发展到起吊能力在16～25吨级的门座式起重机。现后方配套的是25吨级轮胎起重机，以哈尔滨QLY25全液压轮胎起重机为例，臂架长度18 m、旋转半径为5 m时，最大负荷为17.5 t，而吊装长大五金作业时的安全负荷为9～12 t（在旋转半径8～10 m时），显然25吨级的轮胎起重机已经不能满足配套使用的要求，时常会出现超负荷作业情况。以石川岛CCH400WE车轮式起重机为例，该车为40吨级的轮胎起重机，臂架长度18 m、旋转半径5 m时，最大负荷为24.4 t，而吊装长大五金作业时的安全负荷11～16 t（在旋转半径8～10 m时）。合理配套应使用40吨级的轮胎起重机与前方16～25吨级的门座式起重机配合作业。目前，已有适合港口使用的25吨级、50吨级全液压轮胎起重机，其性能可以满足繁忙的装卸生产要求，在此基础上建议国内开发40吨级以液压油缸为变幅机构动力的轮胎式起重机。

1 变幅机构的型式

目前，国外大吨位轮胎起重机变幅机构的型式有两种，如图1。

在国内，传统制造的轮胎起重机均采用卷扬钢丝绳变幅机构，汽车起重机均采用液压油缸变幅机构。在国外已有以液压油缸为变幅机构动力的轮胎起重机，两种变幅机构型式不同，使用、维修差异较大。

2 卷扬钢丝绳变幅机构

目前，国内制造的轮胎起重机变幅机构均为卷扬钢丝绳型式。机械传动型式的变幅机构为外花键轴与卷扬内花键连接。液压传动型式的变幅机构是液压马达、减速器、卷筒。其连接型式为：液压马达外花键输出与变速箱内花键连接，中间一根双面花键轴又与卷扬内花键连接。由于港口装卸使用的轮胎起重机在作业中变幅机构使用非常频繁，而且变幅速度快，冲击载荷大，起重机在使用到一定时间后，其变幅花键轴花键磨损，卷扬内花中键磨损，动力连接断开，在使用过程中，卷扬易失去控制，造成臂架坠落事故。

3 以液压油缸为动力的变幅机构

采用液压油缸为动力的变幅机构，该型式在国外40吨级液压轮胎起重机上已经应用。液压油缸为动力的变幅机构有三大特点：

3.1 使用安全系数大

以液压油缸为动力的变幅机构，由其结构型式所决定：液压油缸自身带液压锁，不使用钢丝绳（钢丝绳断裂情况不会发生），不使用卷扬和制动器，其臂架在任何情况下，包括动力源失控都不会出现臂架坠落事故，因此该型式的变幅机构安全可靠。

3.2 节省钢丝绳使用费用

我单位使用哈尔滨QLY25轮胎起重机，其变幅钢丝绳的使用周期是每台起重机每年更换5～6次，每挂钢丝绳的单价是1 500元，单机年更换钢丝绳费用7 500～9 000元。如使用液压油缸为动力的变幅机构，仅此钢丝绳一项每年每台起重机就可节省7 500～9 000元使用费用。

3.3 起重机上旋转盘受力情况好

3.3.1 液压油缸变幅机构 上旋转盘大梁受单向负荷，单向弯曲。

即：M=G·（H+h）

3.3.2 卷扬钢丝绳变幅机构 上旋转盘大梁受交变负荷，双向弯曲。

即：轻载时 M=G·（H+h）；重载时 M=S·H

注：其他重量忽略不计。

4 轮胎起重机用油缸变幅和用钢丝绳变幅结构受力比较（见图2）

4.1 转台受力分析

4.1.1 变幅拉索受力S（S'）

油缸变幅拉索受力S:

其中：

a——拉索至吊臂铰点垂直距离，m；

Q——重物及吊具重力，N；

R——吊钩中心至吊臂铰点水平距离，m；

G——吊臂重力，N；

R1——吊臂重心至吊臂铰点水平距离，m；

S1——起升钢丝绳拉力，N；

B——起重钢丝绳至吊臂铰点垂直距离，m。

钢丝绳变幅拉索受力S'：

其中：

a'——拉索至吊臂铰点垂直距离，m。

分析：由于要考虑运输状态三角架高度（钢丝绳变幅工作状态三角架升起），因此，拉索力臂之比（a'/a）约为1.3～1.4，所以S'/S=1.3～1.4

4.1.2 变幅油缸拉力F及三角架拉板拉力F'变幅油缸拉力F：

其中：

C——拉索至压杆下铰点垂直距离，m；

D——油缸中心线至压杆下铰点垂直距离，m。

钢丝绳变幅三角架拉板拉力F'：

其中：C'——拉索至压杆下铰点垂直距离，m；

D'——拉杆中心线至压杆下铰点垂直距离，m。

4.1.3 转台受力分析 钢丝绳变幅型式转台与回转支承交接处受力最大，并且为交变应力。该截面内力：

剪力 N=F'-G1（N）其中：

F'——三角架拉板拉力，N；

G1——配重、转台上机构及转台自重重力，N。

弯矩 M=F'L1-G1L2

其中：

L1——F'至截面距离，m；

L2——G1合力至截面距离，m。

分析：由于F'空载时较小，此时M为负值；当吊载时F'值较大，M为正值，因此M值变化范围较大，最大应力点为交变应力。最大应力点易产生疲劳破坏，特别是当使用带载自由落钩时，冲击大，就更容易产生破坏。例如天津港使用的UC-25轮胎起重机使用5万小时发现多台车转台回转支承座圈与转台梁交接处产生裂纹。

对于油缸变幅型式，虽然油缸拉力和压杆压力比钢丝绳变幅型式受力要大得多，但力直接传递到内转支承上，对转台后梁不产生弯矩，转台后梁只承受配重和自重产生的单向弯矩，并且弯矩值比较小，因此，转台梁受力状态好。但要处理好油缸及压杆与转台的连接和圆滑过渡。

笔者认为，在大吨位轮胎起重机上采用液压油缸为动力的变幅机构优于卷扬钢丝绳变幅机构。■

2012-07-09