多种额定起重量的双小车桥式起重机

任师道， 李鹏举， 刘 彬

（山东丰汇设备技术有限公司， 山东 济南 250200）

0 引言

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机， 是隧道掘进的核心设备，被誉为工程机械之母，也是高端装备制造业的标志性产品。 盾构机一般由刀盘、主驱动、前盾、中盾、盾尾、拼装机、输送机等部件组成，超大直径盾构机单体构件重量在一百吨到二百吨之间，大型部件（如刀盘）重量约为四百吨。

盾构机生产和组装车间， 大型部件的拼装一般在车间跨中附近作业， 所使用的桥式起重机需要满足一百吨以下构件的频繁搬运作业， 满足二百吨主体构件的大范围正常吊装作业， 又要能够满足四百吨大型部件的跨中低频次拼装作业。 一般情况下桥式起重机仅具有一种额定起重量，当按照大型部件的重量选配起重机时，由于经常吊运小起重量的构件，就出现“大马拉小车”的现象，作业效率低，经济效益差。

1 起升变倍率

通过起升滑轮组的变倍率设计，使起重机具有多种额定起重量，进而满足低速重载、高速轻载的吊装需求。增大倍率可以提高额定起重量，同时降低了起升速度；减小倍率可以降低额定起重量，同时提高了起升速度。 图1 给出一种起升滑轮组4/8 倍率变换的钢丝绳缠绕方法，通过安拆拉板上的销轴，实现变倍率滑轮组和动滑轮的连接和分离。 当变倍率滑轮组与动滑轮组连接时为双联8 倍率，当变倍率滑轮组与小车架顶紧连接时为双联4 倍率。

图1 起升4/8 倍率变换绕绳示意

钢丝绳从起升卷筒上绕出后， 首先绕入动滑轮组的第一片动滑轮，然后绕入定滑轮组的第一片定滑轮，其次绕入变倍率滑轮组的第一片变倍率滑轮， 依次在定滑轮组和变倍率滑轮组上缠绕两次，最后再次绕入动滑轮组，最后固定在平衡装置上。

变倍率滑轮组由4 片变倍率滑轮、2 件变倍率滑轮拉板、变倍率滑轮轴、防护罩、连接杆、定位管、拉板和销轴组成，如图2 所示。变倍率滑轮轴连接变倍率滑轮和变倍率滑轮拉板， 并通过连接杆、 定位管和防护罩刚性固定。变倍率滑轮组下部四角分别连接1 件拉板，每件拉板通过销轴固定在变倍率滑轮组上。

图2 变倍率滑轮组

动滑轮组由4 片动滑轮、2 件动滑轮拉板和动滑轮轴等组成， 动滑轮轴将动滑轮和动滑轮拉板连接， 吊钩组固定在动滑轮拉板上，如图3 所示。 每件动滑轮拉板左右两侧各设置有1 个连接孔， 当变倍率滑轮组与动滑轮组需要连接时，将4 件销轴固定在4 个连接孔上，实现变倍率滑轮组和动滑轮组刚性连接。 将4 件销轴从4 个连接孔上拆除，实现变倍率滑轮组和动滑轮组的脱离。

图3 变倍率滑轮组与吊钩组的连接

2 变倍率小车

变倍率小车由变倍率滑轮组、动滑轮组、吊钩组、起升卷扬机、 钢丝绳、小车架、定滑轮组和平衡装置等组成， 如图4 所示。 通过起升滑轮组降倍率设计，将额定起重机减半，同时起升速度和小车运行速度可加倍，大大提高了小起重量下的作业效率。

图4 倍率小车

小车架的翼板上焊接有承压块和导向板， 如图5 所示。变倍率滑轮组与小车架顶紧前，依靠导向板的导向作用，使变倍率滑轮组正对小车架。变倍率滑轮拉板的上面为承压面，该承压面与小车架的承压块对接，保证与小车架的顶紧连接。

图5 倍率滑轮组与小车的连接

滑轮组倍率的变换方法和过程： 变倍率滑轮组与动滑轮组脱离后， 动滑轮组和吊钩组的重量大于变倍率滑轮组的重量，变倍率滑轮和动滑轮数量相同， 因此动滑轮组钢丝绳拉力始终大于变倍率滑轮组钢丝绳的拉力。 钢丝绳收绳作业，依靠变倍率滑轮组钢丝绳的拉力作用，变倍率滑轮组将上升，最终与小车架顶紧连接，钢丝绳继续收绳，动滑轮组钢丝绳带动动滑轮组和吊钩组上升；钢丝绳放绳，动滑轮组钢丝绳带动动滑轮组和吊钩组下降， 吊钩组落地之前， 动滑轮组钢丝绳拉力始终大于变倍率滑轮组钢丝绳的拉力，变倍率滑轮组将与小车架始终顶紧连接。

吊钩组落地后， 动滑轮组钢丝绳拉力将小于变倍率滑轮组钢丝绳的拉力，变倍率滑轮组与小车架脱离，变倍率滑轮组下降。 因此变倍率滑轮组与动滑轮组的连接和拆分作业完全在地面进行，即倍率变换在地面进行操作，无需高空作业。

3 主梁的等效使用

充分利用受弯梁的特点， 针对跨内单个移动的竖向载荷和两个对称的竖向载荷， 进行受弯梁的等强度和等刚度设计。 以额定起重量为200t 的桥式起重机为例进行阐述，在该桥式起重机上增设一台额定起重量为200t 的变倍率小车（自重30t）和400t 抬梁组件（自重20t），对主梁采用等强度和等刚度设计，双变倍率小车配合吊装下，主梁的弯矩 （即强度） 不超过单变倍率小车作用下的弯矩；主梁的挠度（即刚度）不超过单变倍率小车作用下的挠度。在不改变主梁、端梁等主结构和大车行走机构的前提条件下，双变倍率小车保持一定的间距抬吊作业，将该桥式起重机的额定起重量转化为400t。 主梁的等效使用如图6 所示。

图6 主梁的等效使用

主梁、端梁等主结构和大车行走机构无需改动，仅需增加一台单变倍率小车和抬梁组件， 即可实现额定起重量翻倍，既满足了200t 以下构件的正常吊装需求，又满足了400t 以下大型部件的跨中低频次吊装要求，进而在较小投入的情况下，取得较大的经济效益。

4 应用实例

对于单变倍率小车，通过降倍率设计，使起重机的额定起重机变为100t，起升速度加倍，提高了作业效率。 使双变倍率小车保持一定距离抬吊作业，起重量可为400t，起升速度减半，满足了大起重量的吊装需求。 双变倍率小车的倍率变换如图7 所示，双变倍率小车抬吊使用如图8 所示。

图7 双小车的倍率变换

图8 双小车抬吊使用

5 扩展设计

更多的起升滑轮组倍率变换方法如图9 所示。 对于单变倍率小车，以双联和单绳拉力12.5t 为例。 起升8/12倍率变换， 单变倍率小车可实现200t 和300t 之间的切换； 起升8/14 倍率变换， 单变倍率小车可实现200t 和350t 之间的切换。

图9 起升变倍率绕绳方式

6 结束语

（1）对桥式起重机小车的起升机构进行变倍率设计，满足低速重载和高速轻载的吊装需求。

（2）充分利用受弯梁的特点，针对跨内单个移动的竖向载荷和两个对称的竖向载荷， 进行受弯梁的等强度和等刚度设计。

（3）对单一额定起重量的桥式起重机进行创新设计，实现额定起重量由200t 转化为100t，起升速度和小车运行速度加倍。在该桥式起重机基础上，增加一台小车和抬梁组件，实现在特定范围内吊装400t 的重物。

（4）该桥式起重机应用于盾构机的生产和组装车间，同样适用于有多种额定起重量需求的吊装场合。 起升滑轮组的变倍率方法及其变倍率小车也适用于其他桥架类型的起重机。