上旋转桥式起重机的两种典型回转机构

高立程

（太原重工技术中心， 山西 太原 030024）

随着工业生产规模不断扩大，自动化程度逐步提高，起重机作为物料搬运的重要工具，已经成为工业生产中必不可少的基础设备，需求量越来越大。现代工业全方位发展及用户需求的多样化，使得通用起重机各项性能难以满足特有的多样性功能需求，从而使适合特定场合使用、满足特殊功能要求的专用起重机械得到快速发展。为了提高生产效率，有些生产过程要求所吊物品在起重机吊运过程中完成方向的旋转，旋转桥式起重机应运而生。

1 旋转桥式起重机

本文所讨论的旋转桥式起重机是指可以实现让所吊物品在吊运过程中水平方向上自动旋转一定角度的桥式起重机。旋转桥式起重机按旋转的形式可以分为上旋转桥式起重机和下旋转桥式起重机。

下旋转桥式起重机是在吊具上增加一套回转机构，通过回转机构驱动吊具旋转来实现所吊物品的旋转。这种结构体积较小，成本较低，具有一定的优势，但回转机构一般布置在吊具上方，增加了吊具的高度，从而使吊具的上极限增大。

上旋转桥式起重机一般是将小车设计成上下两层结构：下部小车上布置有小车运行机构，可以实现小车在轨道上的直线运动；上部小车通过回转机构与下部小车相连接，可以相对于下部小车在水平方向上做回转运动，起升机构布置在上部小车上，吊具跟随上部小车一起回转，从而实现所吊物品的旋转。

上旋转桥式起重机的小车回转机构一般有两种，一种是通过环轨实现，一种是通过回转支承实现，下面就详细分析一下这两种典型的回转机构。

2 环轨式回转机构

采用环轨式回转机构的小车如图1所示，下部小车架主要由两根端梁和两根主梁组成整体矩形框架结构，小车运行机构安装于下部小车架上，环形轨道则固定在下部小车架上平面，上部小车架的主体框架为环状箱形梁，起升机构安装于上部小车架上方，回转机构则安装于环形梁的下方。

图1 采用环轨式回转机构的小车图

回转机构主要由三合一减速电机、主动车轮、从动车轮、水平轮等部件组成，如下页图2所示。一个主动车轮、两个从动车轮以及三个水平轮均匀分布，通过底座安装于上部小车架环形梁的下部，三合一减速电机与主动车轮相连接，通过驱动主动车轮转动带动回转机构乃至整个上部小车在环轨上做回转运动。根据小车的实际布置情况，三合一减速电机可以布置在环形梁的内侧，也可以布置在环形梁的外侧。如果空间允许，三合一减速电机也可以由常规的电机、减速器、制动器及联轴器所组成的驱动机构代替。

常规车轮的踏面一般为圆柱形，如果回转机构也采用圆柱形踏面的车轮，由于轨道为环轨，踏面内外侧各点的运动轨迹长度各不相同，车轮踏面与环轨之间就会产生相对滑动，进而引起附加回转阻力，加快了车轮与环轨的磨损。为了避免这种情况的发生，将回转机构的车轮踏面设计成圆锥形，如图3所示，直径大的一侧不设轮缘，置于环轨外侧，直径小的一侧有轮缘，置于环轨内侧，以防止车轮脱轨，环轨上表面也相应设计成与车轮踏面锥度相一致的锥面，车轮踏面各点所在的垂直于车轮轴的截面圆直径与这些圆在环轨上运动的轨迹圆直径成正比。这种设计极大地减少了车轮踏面与环轨之间的相对滑动，车轮踏面宽度也得以保证[1]。

图2 环轨式回转机构图

图3 环轨式回转机构局部详图

在回转机构三个车轮之间设置三个水平轮，水平轮可沿环轨外侧面滚动，通过水平轮的偏心轴调节水平轮与环轨外侧面的间隙，从而更好地防止回转机构车轮啃轨甚至脱轨的发生。

3 回转支承式回转机构

采用回转支承式回转机构的小车与采用环轨式回转机构的小车基本相同，如图4所示，不同之处主要就是回转机构的不同。

图4 采用回转支承式回转机构的小车图

回转支承式回转机构主要由三合一减速电机、回转支承、小齿轮等零部件组成，如图5所示。

图5 回转支承式回转机构

这里所提到的回转支承是指滚动轴承式回转支承，是一种大型的滚动轴承，是可以同时承受轴向力、倾覆力矩、径向力且需两部分相对转动的专用传力基础元件。回转支承的外圈为外齿圈结构，用螺栓固定到上部小车架环状箱形梁的下方，回转支承的内圈则用螺栓固定到下部小车架上，三合一减速电机也安装到下部小车架上，并将小齿轮固定到电机的输出轴上，小齿轮与回转支承的外齿圈相啮合。三合一减速电机通过小齿轮将动力传输到回转支承的外齿圈上，内圈固定不动，外齿圈便相对于内圈做回转运动，从而带动整个上部小车旋转[2]。

4 两种机构的对比

1）两种上旋转小车均为上下两层结构，两层之间通过回转机构相连接，小车的整体高度比一般的单层小车要高出许多，从而使整车高度大大增加，进而增加了厂房的建造成本。在同样的条件下两种回转机构相比较，回转支承式回转机构比环轨式回转机构高度要低一些，在要求采用上旋转小车且厂房高度限制严格的情况下可优先选用回转支承式回转机构。

2）与环轨式回转机构相比，回转支承式回转机构结构更为紧凑，工作更为平稳，但对小车架的刚度要求更高，小车架上的安装平面要有足够的平面度和刚度。在刚度不足的情况下，小车架的变形会引起回转支承内外圈的变形，从而挤压滚动体与内外圈之间的间隙，造成回转支承转动异响或不灵活甚至无法转动，影响起重机的使用和回转支承的寿命。

3）回转支承和小齿轮对于材料的性能和加工工艺的要求都非常高，一般为专业厂家设计制造，对于起重机生产厂家来说为外购件，成本要比环轨式回转机构高出三四倍，所以，从节约起重机成本考虑，优先选用环轨式回转机构。

5 结语

上旋转桥式起重机在工业生产中应用非常广泛，小车可采用环轨式回转机构或回转支承式回转机构，两种机构各有优缺点，可综合考虑多方面因素进行选择。