LDO欧式起重机的设计与验证

黎伟新

（广东敏豪起重机械设备有限公司，广东 佛山 528313）

随着我国改革开放，欧式起重机被引入我国，欧式起重机简洁的设计理念、紧凑的结构、精密的加工工艺，使得欧式起重机在我国工业起重行业备受青睐[1]。欧式单梁起重机免维护性好。欧式单梁起重机的维修量很小，相比普通起重机两三天需要维护一次，欧式单梁起重机的一个月才需要维护一次[2]。这是因为欧式单梁起重机采用的零部件性能良好。

1 欧式起重机的技术优势和缺点

1.1 欧式起重的技术优势

1.1.1 起重机的轻量化设计

在欧式起重机设计中采用轻量化设计。欧式起重机的主梁设计中采用箱式主梁，轻量化和模块化设计理念以及先进生产制造工艺，使整个起重机的结构紧凑，运行平稳，自重减轻，高度降低，节能减耗，大大减少了用户对起重机运行厂房的建造成本和起重机运行费用，提高起重机的整机品质和运行性能[3]。

1.1.2 人机设计

起重机械加工艺随市场的需求而改变，形态也逐渐轻量化，简单化，起重机械色彩不再只是一种专属颜色，考虑机械结构，用途功能，采用的外观色彩与整机性能一致，产生的视觉效果可以提高人的工作效率，减小疲劳。

1.1.3 运行平稳能耗低

欧式起重机基本上采用PLC 控制的高速电机，做到电机随负载的变化进行变频工作，这样起重机在运动时产生的动态荷载变化较小，同时由于采用低功率电机和制动器，使得起重机整体功耗大幅降低[4]。

1.2 欧式起重机的缺点

任何事物达到极致，其自身的优势也是其造成缺陷的主要原因，欧式起重机的缺点也源于其设计精良，由于其在设计过程中为实现轻量化和精密性，其对工作环境的要求极为苛刻，起重机绝对不容许超负荷运行，同时由于采用低功耗电机和制动器，其起升功率有限，动态荷载不能超出设计范围，制约其运行的速度。

2 LDO欧式起重机的设计

LDO 电动单梁起重机，一般用于7 m～22.5 m 的跨度，起重负荷为5 t ～20 t，其主梁采用钢板为翼缘的箱型结构，并配用平轮缘车轮的欧式电动葫芦。

2.1 LDO欧式起重机的主梁的设计

LDO 欧式起重机的主梁的设计是采用钢板的组合截面。在主梁长方形箱型结构是用钢板焊接生产工艺加工，主梁的主要承载负荷就是来自电动葫芦自重及起重负荷。其主梁三维结构图如图1 所示。

图1 主梁三维模型图

2.2 端梁的设计

端梁的设计采用主梁整体结构和钢板组焊成型的箱形结构，在主梁的两端用平面止口钢板将主梁箱型结构焊成整体，端梁的中间用钢板进安装加厚层，并钻孔攻丝、端梁和主梁法兰用螺栓连接，这种连接方式是采用模块化设计，主梁和端梁可以同时或分批生产，安装时将2 个部件相连接即可。主梁和端梁的这种法兰连接结构，主梁受力直接传导到端梁，由车轮传到大车轨道上，这样设计端梁只有压应力，没有扭力，起重机稳定性更好[5]。

2.3 电动葫芦及电气设计

电动葫芦设计采用集中模式，将驱动系统、卷筒、钢丝绳、吊钩和滑轮组等集成为一个的卷扬结构。大车导电采用无接头安全滑线，滑线整卷订购，桥式起重机滑线运输方便，使用时根据车间实际使用长度，切割同样长度的滑线，这样安装滑线没有接头，中间用支架和吊夹固定，两端用拉紧器固定，安装方便，集电器与滑线的铜条接触导电给起重机。每台起重机配2 个集电器，保证起重机的供电。大功率的起重机可采用单级滑线组合使用。电动葫芦供电采用角钢加圆电缆或扁电缆导电，角钢支架焊接在主梁上，角钢导轨悬挂在支架下面，角钢滑车带动圆电缆或扁电缆在角钢导轨上运行。

3 对LDO欧式起重机主梁的实例验证

该文以跨度21.95 m，额定起重量20 t 的LDO 欧式起重机为例进行主要承载部件的强度计算。

3.1 LDO欧式起重机基本条件

起重机起重量：20 t

起重机主梁跨度：21.95 m

最大起升高度：9 m

起重机大车设计运行速度：30 m/min

起重机电动葫芦自重：1 800 kg

起重机工作级别：经常使用，吊用额定重量的重物，工作级别为A3。

3.2 主梁承载负荷的计算

3.2.1 主梁自重

G=9079×9.8=88974 N

主梁自重q 按照荷载均匀分布处理，其数值为：

q=G/L=88974/21950=4.05 N/mm

式中：L 为主梁的跨度，单位为mm。

3.2.2 起升电动葫芦的载荷

Q=（Q起+Q自） ×9.8=（20000+1800）×9.8=218000 N

式中：Q起为电动葫芦起升重量，单位为kg。

Q自为电动葫芦自身重量，单位为kg。

3.2.3 主梁截面力学特征计算

主梁力学特征计算如下：

截面面积：A=44600 mm2

主梁截面总惯性矩：I=10.1×109mm4

形心：y=639.7mm

主梁截面抗弯截面系数：

W=I/y=10.1×109/639.7=15.82×106mm3

3.2.4 主梁强度计算

当起升电动葫芦在标准荷载下处于主梁的中间位置，主梁跨中截面承受最大弯曲载荷，主梁可简化为简支梁进行计算。

主梁两支点的支撑反力：

R=Q/2=218000/2=109000 N

主梁受最大弯矩：

M1max=QL/4=218000 ×21950/4=11.96×108N·mm

主梁自重产生的弯矩：

R自=qL/2=4.05×21950/2=44449 N

弯矩：

Mq=qL2/8=（4.05×21950×21950）/8=2.44×108N·mm

3.2.5 主梁抗弯强度验证

电动葫芦在标准载荷下位于主梁中央时，主梁跨中截面所受的最大弯矩为：

Mmax= M1max+ Mq=9.813×108+2.113×108=11.926×108N·mm

跨中截面的最大应力为：

σmax= Mmax/W=11.9×108/15.82×106=75.2 MPa

σmax=75.2 MPa ≤[σ]=156.47 MPa

因此主梁的跨中截面的金属强度满足设计要求。

3.3 样机的实际验证

样机制造严格按照GB/T3811、GB6067、JB/T1306 等标准进行，样机为电动单梁起重机，主梁为箱型结构，主梁下翼缘板悬挂20 t 电动葫芦，起升机构为电动葫芦。大车为四车轮双电机驱动，操控方式为遥控装置。在空载试验过程中，吊具的极限位置为左端708 mm，右端为1 980 mm，符合设计时左侧600 mm ～900 mm，右侧1 900 mm ～2 100 mm 的设计位置。在空载运行过程中，各机构动作平稳、正常，能够实现规定的功能和动作，无异常震动、冲击、过热、噪声和渗漏等现象的发生。

在性能测试中，按照额定载荷25 t 进行静载试验，其中主梁跨中垂直静挠度为25 mm，远小于43.9 mm 设计值，主梁实有上拱度为20 mm，设计值为15.36 mm，动态试验中起升速度为3.41 m/min，在设计偏差3.15 m/min ～3.85 m/min 内，小车运行速度偏差设计为17 m/min ～23 m/min，而在实际测试时为19.58 m/min，在制动测试中，设计制动下滑量应小于35 mm，在实际运行中测得数值为22 mm，远远小于设计值，充分说明了制动系统的可靠性。在动静载荷试验过程中，主要零部件如卷筒、滑轮、钢丝绳和吊钩等运转正常，起重机主要结构无永久变形和油漆剥落，焊缝未产生裂纹，连接处无松动。其他制动器制动、机械及电机运行合格。

欧式单梁起重机具有自重轻、结构小巧以及能耗较低的特点，设计上采用独特的设计理念，使得该产品具有尺寸小、重量轻和轮压小的特点。与传统起重机相比，吊钩至墙面的极限距离较小，净空高度较低，起升高度更高，实际增加了现有厂房的有效工作空间。由于起重机具有重量轻、轮压小的特点，新厂房空间可以设计得更小，功能更齐全。较小的厂房意味着初期建设投资，以及长期供热、空调及其他维护费中可以为客户节省一笔可观的资金。