隧道建设用自动倾倒渣土小车的设计

邵秋波，边英杰，于印稳

（山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

随着城市化的发展，城市地下轨道交通成为热点，在地下隧道工程建设中，一种门式起重机必不可少，该门式起重机的主要功能是对隧道建设施工产生的渣土进行吊运和倾倒。根据市场需求，对该门机的主要设计要求是渣土吊运和倾倒效率高，可操作性强，整机尺寸小等，从而降低作业时间、减少人工成本和制造运输成本。

为实现渣土的吊运和自动倾倒功能，该隧道建设施工用门式起重机区别于通用门式起重机的关键技术主要在起重小车上，本文主要介绍该起重机的起重小车。

该起重小车主要包括主起升机构、副起升机构、自动倾倒渣土机构、小车架和小车运行机构等。主起升机构为单减速机双卷筒的卷扬机型式，主要用于渣土车等大件的吊运和配合渣土车自动倾倒渣土；副起升机构为常规单卷筒的卷扬机型式，主要用于小散件吊装；自动倾倒渣土机构由液压系统配合驱动，主要实现渣土车的自动倾倒功能；小车架为起重小车的主要金属结构构件，是支托和安装主、副起升机构、自动倾倒渣土机构和小车运行机构等部件的机架；小车运行机构包含两个驱动轮和两个从动轮，提供了起重小车的横向移动动作。起重小车的具体设计方案如图1所示。

图1 起重小车的三视图

1 主起升机构和自动倾倒渣土机构

根据渣土车的结构型式和吊点位置，主起升机构与常规的起升机构有所不同，主起升机构（如图2所示）采用双卷筒卷扬机型式，由双输出的减速机带动卷筒一和卷筒二同时工作，两卷筒均为双联卷绕，分别卷绕一根独立的钢丝绳，每根钢丝绳缠绕一组位于吊钩横梁上的动滑轮组，板钩设置在吊钩横梁的两端；减速机驱动两个卷筒转动，卷筒带动钢丝绳进而带动动滑轮组及板钩升降。

双卷筒结构既可以减小卷筒的卷绕直径，节约成本，减小外形尺寸，又可以优化钢丝绳的绕绳方式，使结构布置更合理。

图2 主起升机构

自动倾倒渣土机构（如图3所示）包括液压站、两个油缸、摆动装置、吊具架和吊具钩头；摆动装置通过销轴铰接在小车架的下翼缘，油缸一端铰接于小车架上，另一端与摆动装置铰接，摆动装置另一端与吊具架铰接，吊具架下端装有两组吊具钩头。液压站通过同步控制油路控制两油缸同步伸缩进而带动摆动装置沿铰接轴往复摆动，吊具架和吊具钩头随动。

图3 自动倾倒渣土机构

在自动倾倒渣土机构中吊具架包括一个基础吊具架和多个标准吊具架，标准吊具架装于摆动装置和基础吊具架之间，通过增减标准吊具架的数量满足不同高度处的渣土倾倒，实现渣土倾倒工作高度的多规格可调。

摆动装置、标准吊具架和基础吊具架均为框架结构，既保证了两吊具钩头在循环运动过程中位置的同步性，又提高了渣土倾倒过程中的整体稳定性，避免了渣土车在倾倒过程中由于偏斜引起的不安全性，可靠性大大提高。基础吊具架和吊具钩头通过双销轴联结，防止吊具钩头在工作中发生翻转，引起事故，且两结构件间的传力由轴孔承受，安全可靠。

摆动装置由液压站通过同步控制油路控制两油缸同步伸缩来完成绕铰接轴的往复摆动，同步性高，且液压推动平稳，冲击小。摆动装置与车架之间销轴铰接处安装有滑动轴承，减小摆动装置工作中的摆动阻力，防止摆动装置在摆动过程中出现卡死现象。

主起升机构和自动倾倒渣土机构配合渣土车作业。主起升机构吊钩组下端的两板钩的吊点为渣土车的重心吊点，自动倾倒渣土机构两吊具钩头的吊点为渣土车的偏心吊点，两吊点均为销轴，板钩和吊具钩头均可沿销轴转动，在主起升机构的升降配合下，渣土车以偏心吊点为铰点，向重心吊点侧倾翻，实现渣土自动倾倒作业。

2 副起升机构和小车运行机构

副起升机构（如图4所示）为常规单卷筒的卷扬机型式，减速机驱动卷筒工作，卷筒双联卷绕一根钢丝绳，钢丝绳带动吊钩升降。

小车运行机构（如图5所示）提供了小跑车的横向移动动作。小车运行机构采用驱动、制动、传动于一体的“三合一”驱动单元，结构紧凑，互换性高。

3 自动倾倒作业的工作原理

隧道建设用门式起重机的起重小车最主要的功能是可以完成渣斗车的自动倾倒作业，所以本文重点介绍一下自动倾倒作业的工作过程；结合图1和图3所示叙述如下。

起重小车正常就位，自动倾倒渣土机构处于初始工作位置（如图3实线部分所示）。首先，控制液压油缸伸出到最大行程位置，油缸推动摆动装置旋转一定角度，与摆动装置铰接的标准吊具架和基础吊具架随动到相应位置，此位置不影响渣土车的正常升降（如图3双点划线部分所示）；然后，控制起升机构提升渣土车到倾倒位置上方；再通过液压站控制液压油缸收回到初始位置，摆动装置、标准吊具架和基础吊具架随动到初始工作位置；最后再控制起升机构使渣土车下降，倾倒渣土装置的吊具钩头钩住渣土车的偏心吊点（如图1所示），起升机构让渣土车继续下降，偏心吊点高度不变，重心吊点不断下降，渣土车以偏心吊点为铰点，向重心吊点侧倾翻，实现倾倒渣土作业，倾倒渣土完毕，起升机构提升渣土车到一定位置，使渣土车的偏心吊点离开吊具钩头，开始下一个工作循环。

图4 副起升机构

图5 小车运行机构

4 小 结

1）该起重小车的自动倾倒渣土机构对渣土的提升、吊运、倾倒均由司机室人员操作，不需地面人员配合，自动化程度高，施工操作更具安全性和便捷性，提高效率，节省人力物力。

2）该起重小车渣土倾倒工作的高度可以多规格可调，使起重小车可以适用于多个施工现场和施工工况，提高起重小车的利用率，节约社会资源。