轮胎式起重机小车运行齿条施工关键技术

黄叶锋 王培娟

上海振华重工（集团）股份有限公司南通分公司 南通 226017

0 引言

轮胎式起重机（以下简称轮胎吊）载重小车驱动方式通常采用自行式或齿条驱动，其中齿条传动稳定性好，传动效率高，且车轮不会打滑，安全可靠性强。但如若齿条排装精度差，易导致齿条过早磨损、增加机构负载，甚至对日常吊箱作业造成停机影响，同时增加维护保养的费用，故如何控制齿条排装精度是轮胎吊制造中的重点和难点。在某轮胎吊项目中，运用新技术，通过控制影响齿条排装的关键工序，优化施工工艺流程，保证了整体排装精度。此技术能有效指导类似项目齿条的制作安装，降低齿条磨损对码头带来的不利影响，充分发挥轮胎吊在港口生产中的作用。

1 工程概况

示例项目额定载荷41 t，跨距24 m，小车行程18 m，小车额定速度70 m/min，其齿条驱动系统由车轮、轴承座、驱动齿轮和齿条等构件组成。小车轨道安装于主梁构件上，齿条对称平行布置在小车轨道的内侧，其余部件安装至小车钢结构。小车通过驱动齿轮产生与齿条相互啮合的作用力直接推动小车运行，小车齿条驱动示意见图1。

图1 小车齿条驱动示意图

2 齿条加工制造

小车驱动齿条材质为45号钢，齿形为直齿，齿形角为20°，模数为8，单根长度为1.55 m，齿条整体弯曲不大于0.5 mm，齿面精度等级为1.6，齿条零件示意见图2。为满足以上精度要求，多次对齿条进行加工实验，不断进行工艺路线优化，最终制定了一套完善的加工工艺流程：锻造→锻后正火HB169～HB217→划线→粗刨→粗铣→调质+性能实验→变形矫正→半精刨→半精铣齿→人工时效→变形矫正→精刨→精铣齿→钳工修磨→齿表面淬火HRC40～HRC45。

图2 齿条零件示意图

其中锻件毛坯划线后粗刨四周平面时，需利用样板保证齿厚、齿深有足够的精加工余量（厚度两侧面单面保留8 mm余量，齿部两侧及齿底保留6 mm余量），从而满足Ra1.6的粗糙度要求。

为保证齿条组件装配精度要求，底板和垫板需机加工保证高度要求，见图3、图4，由于后续还需进行调整，粗糙度要求Ra12.5即可。

图3 齿条装配示意图

图4 齿条底板加工

3 齿条安装制造关键技术

3.1 齿条底板的划线定位安装

齿条底板的划线及定位焊接工作，传统做法为待龙门架总装完成后进行，这样可以很好的保证齿条的直线度，但高空作业施工难度大，且焊后主梁拱度不可控，会出现齿条底板烧焊后主梁拱度偏低，无法满足成品拱度要求的情况，从而进行高空校火，如图5所示，投入了大量人力物力，严重影响工期，且校火后钢板性能降低，影响产品寿命及质量。

图5 利用吊梁高空校正主梁拱度

传统方法在油漆后进行焊接，修补工作量大，且焊接打磨污染严重，如遇到主梁箱体为密封箱体，上翼板焊接后反面油漆无法修补。为克服上述难题，对齿条底板安装工序进行优化，在车间提前进行齿条底板的焊接，减少高空作业。

主梁钢结构制作时增加5～10 mm拱度值，在车间制作完成后调整至水平状态，划出主梁中心线，再以主梁中心线为基准划出齿条定位中心线，保证公差在±0.5 mm内。将每根齿条组件（齿条、垫板和底板的组合件见图6）排装在主梁上表面，保证齿条底板对准主梁箱体内横隔板，齿条直线度公差在全长范围内为±3 mm，2 000 mm范围内小于1 mm。排装两根齿条过渡位置时用齿条安装块检验，见图7(保证2齿面间隙在0.05～0.2 mm之间)，满足要求后，最终定位焊接齿条底板。

图6 利用工艺螺栓连接齿条组件

图7 过渡段利用齿条安装块检验

优化后的底板安装工序施工过程中还需注意：

1）齿条底板定位焊接需待主梁上所有预焊件焊接完成后进行，避免再次焊接导致主梁变形；

2）齿条底板的焊缝必须连续满焊并在转角处做好包角，不得有夹渣、气孔等缺陷，焊角保证在6 mm，不得低于5 mm，在保证焊接强度的情况下焊接量需被控制在最少的范围内，以尽可能减少主梁的变形；

3）齿条底板施焊时必须由主梁中间向两端4人同时对称施焊，此方法可大幅度减小焊接对主梁拱度的影响；

4）齿条底板焊接完成后需复测主梁拱度和旁弯，如拱度和旁弯超差需进行火工校正；

5）齿条底板焊接完成12 h后需重新划出主梁中心线；

6）为减少拆装工作，齿条组件可随主梁一起冲砂油漆，冲砂油漆前需对齿面做好保护。

3.2 齿条排装精度控制

3.2.1 齿条粗排

在龙门架总装，小车轨道排装完成后，进行齿条组件的粗排装工作，主要分为以下两个步骤：

1）根据轨道中心线划出齿条中心线，将每根齿条及垫板按齿条中心线依次排装好，齿条过渡位置选择两个直径相同的验棒，如表1所示，用卡尺或千分尺测量两验棒外侧，确保距离达到2πn+d，见图8。

表1 不同模数所用验棒直径一览表

图8 卡尺或千分尺测量两验棒外侧

2）如图9所示，采用楔形件使齿条中间段垫板侧面与齿条沟槽侧面紧贴(间隙不得大于0.05 mm)，确保齿条无移动，并拧紧固定螺栓，全部齿条调整完成后将垫板和底板焊接，焊接时做好预热及保温工作，焊接后间隙不大于0.4 mm。

图9 中间段垫板焊接要求

3.2.2 齿轮纠偏

粗排完成后吊装小车总成至主梁，首先纠正跳齿问题，使两侧齿轮在对应的齿位，否则小车跑偏将非常严重，且前后反方向露齿。其次纠正两侧齿轮不同位，即两边齿条面错位，会导致两侧齿轮受力不同或仅一侧受力，需在一侧两个轴承座下同时（单个将导致齿轮垂直度改变）增加垫片，即以齿轮错位来适应齿条错位，且两侧齿轮仍跟车轮均平行，最后以侧隙、啮合情况来确定齿轮轴承座的垫片数量。

3.2.3 齿条精排

在小车车轮纠偏完成，无跳齿、不明显跑偏和不露齿的情况下进行精排，其次调整好齿轮垂直度后（齿轮垂直度可通过调整单个轴承座），小车额定载荷反复运行，测量齿条的横向水平状态，记录偏差并调整高度（齿条的高度调整可定制不锈钢垫片，见图10），用塞尺检查侧隙，记录数据，分析整体数据情况决定调整齿条或是调整齿轮，齿轮降低1 mm，侧隙减少1/3 mm，即a×20°齿形角的正弦值，最后用红丹粉涂满齿轮，见图11，检查齿轮与齿条啮合面情况。齿侧间隙太大将导致小车架停车后晃动厉害，进而影响齿轮齿条寿命，合适的值应为0.3～0.8 mm，且接触斑点在齿高方向不少于30%，齿宽方向不少小40%，若啮合不达标，继续重复上述步骤。满足要求后，用产品紧固件一一替换工艺紧固件，并完成终拧。

图10 侧齿条调整垫片

图11 啮合情况检验

4 齿条排装常见问题及控制方法

4.1 小车跑动过程中露齿情况

齿轮跑出齿条的主要原因为轨距偏差及车轮与齿轮的横向距离存在问题，需按以下要求进行控制：

1）小车架装配车间齿轮安装好后，需测量齿轮到车轮的距离，在调整齿轮垂直度的前提之下，保证齿轮到车轮的距离，若由于钢结构制作误差导致距离无法调整，可通过适当调整齿轮保证；

2）粗排工作前需先利用撑杆偏心轴调整龙门架主梁两端轨距。由于水平轮的存在，2根齿条均以拖链侧轨道为基准进行排装，而非单独的2根轨道为基准，此方法可有效克服轨距产生的影响，从根本解决尺寸跑出齿条的情况。即使在使用过程中由于日照导致主梁旁弯，也能有效地使小车架在左、中、右一定的范围内移动。

4.2 小车运行过程出现跳动的情况

小车跳动如发生在齿条接头部位，则首先测量齿条接头间隙是否偏小，若满足要求，则排查轨道直线度；若发生在齿条中间部位，则检查轨道接头位置是否有下凹或上拱的突变。除以上原因外检查螺栓是否松动，齿轮、齿条齿面是否清洁等。

5 结语

齿条驱动作为一种优秀的小车运行方式，以安全可靠、稳定性好和施工效率高的优势在轮胎吊市场中占据重要地位。使用示例项目的齿条制造和排装控制技术，使齿条排装精度得到有效的提升，可为相似案例提供借鉴。