起重机变幅油缸定轴板螺栓的防剪切设计

周广东，李钦河

ZHOU Guang-dong, LI Qin-he

(天津山河装备开发有限公司，天津 300400）

伸缩臂起重机在吊装作业时，主要通过变幅油缸的伸缩实现吊臂仰角和幅度的变化，以完成各种不同工况下的吊装作业。吊臂与转台、转台与变幅油缸、变幅油缸与吊臂之间的链接铰点，称为起重机的三铰点。

吊臂根部铰点和转台上铰点之间通过销轴连接，销轴通过装有螺栓的定轴板固定在转台上，吊臂可以绕销轴转动。变幅油缸上、下铰点也分别与吊臂上铰点和转台下铰点通过销轴连接，而销轴则用相同的方式固定在吊臂上铰点和转台下铰点处。定轴板的主要作用是防止销轴旋转，如图1所示。

图1 起重机三铰点及销轴固定

1 定轴板剪切固定螺栓分析

由于吊臂、转台体积比较大，加工设备各异，以及人为因素，吊臂或转台的连接孔加工时产生的平行度误差通常比较大。装配时一般先将吊臂和变幅油缸分别安装在转台上，再将变幅油缸通过销轴与吊臂连接。这时吊臂或转台的安装在机加工时产生的平行度误差就会集中反映出来，使得连接销轴安装困难，在起重机工作过程中也会出现变幅油缸上部或下部连接销轴定轴板剪切固定螺栓的现象，给起重机的操作带来安全隐患。

若吊臂或转台上安装孔的平行度存在误差，则在吊臂宽度所在的投影平面内，变幅油缸轴线投影与吊臂中心线投影不重合，形成夹角α。如图2所示。而起重机在作业过程中，吊臂的仰角β是变化的，随着变幅油缸L的伸长，变幅油缸轴线投影L1也相应增大。由三角函数关系tanα=L2/L1可知：α不变，变幅油缸的倾斜偏移量L2也会增大。由于变幅油缸上部或下部活动空间受到限制，使得变幅油缸与销轴之间不能发生相对转动，但是变幅油缸仍然在变幅平面内绕其上铰点或下铰点旋转，故变幅油缸上铰点销轴或下铰点销轴在销轴与变幅油缸之间巨大的挤压力的作用下随变幅油缸的转动而转动，从而迫使定轴板随之转动，进而发生定轴板切断固定螺栓的现象。

图2 吊臂与变幅油缸投影示意图

2 防剪切设计

为了防止变幅油缸上部或下部连接销轴的定轴板剪切固定螺栓，变幅油缸下铰点连接孔加装铜套结构，以增大铰耳内孔与销轴表面的接触面积，变幅油缸上铰点连接孔内安装关节轴承结构，如图3所示。因为关节轴承的内圈与外圈之间的球面可以在一定范围内相对转动，其允许偏转角一般大于3～5°，这样就能够通过关节轴承的偏转角来消除吊臂或转台上的连接孔因机械加工产生的平行度误差。

图3 关节轴承安装结构

关节轴承外圈固定在变幅油缸上，内圈与销轴连接，内圈端面一般不得超出油缸端面。关节轴承端面与耳板之间的侧面间隙大小是设计的关键。如果侧面间隙设计不合理，就不能消除两孔的平行度误差。随着变幅油缸L伸长，变幅油缸的倾斜偏移量L2增大，关节轴承的偏转角也需要增大。若关节轴承侧面间隙太小，其偏转角就会受到限制，此时内圈与外圈不能发生相对转动。变幅油缸在伸缩过程中还会产生剪切定轴板固定螺栓的现象。因此为了消除平行度误差，吊臂耳板与变幅油缸侧面，或吊臂耳板与关节轴承内孔端面之间应保留一定的间隙，以保证关节轴承有足够大的偏转角。更不应在吊臂耳板与变幅油缸侧面之间加调整垫，将间隙消除，这样就失去了关节轴承的作用。

假设关节轴承外圈半径为R，吊臂正常情况下的允许最大偏角为α（一般小于2°），如图4所示。则关节轴承与铰耳耳板之间的单边间隙L3＝ Rsinα。

图4 关节轴承偏转角计算简图

单侧间隙一般应控制在计算理论值左右，但是关节轴承和吊臂铰耳耳板之间的间隙也不宜太大，太大则会使得吊臂在变幅过程中发生偏摆冲击。

3 小 结

伸缩臂起重机变幅油缸上铰点采用上述结构后，变幅油缸与吊臂的连接销轴安装更加容易，且变幅油缸在伸缩过程中也不会出现变幅油缸上部或下部连接销轴定轴板剪切固定螺栓的现象，消除了起重机的安全隐患，具有实际应用价值。