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重型桥式起重机介绍及主梁设计

李辉^①，王继宗，韩飞跃

(天津赛瑞机器设备有限公司 天津 300301)

摘 要：介绍了大吨位桥式起重机设计特点，并详细阐述了大跨度起重机采用主梁分段时的受力情况，以及分段处连接螺栓的计算与受力分析。

关 键 词：重型；桥式起重机；主梁；分段；设计

1 引言

以天津赛瑞机器设备有限公司设计的600/250t×33．5m桥式起重机为例，简单介绍了大吨位(重型)桥式起重机的主要技术特点，详细阐述了大跨度起重机采用主梁分段时的受力情况，以及分段处连接螺栓的计算与受力分析。

2 主要技术

参数起重量：主钩600t、副钩250t

起重机跨度：33．5m

轨面高度：32m

起升高度(m)：主钩30，副钩31

工作级别：A3(主钩M3，副钩M5，小车M5，大车M5)

起升速度(m/min)：主钩0．2－2，副钩0．3－3

运行速度(m/min)：小车1．5－15，大车3－30

3 设备主要特点介绍

3．1 主起升机构主起升机构

采用双电机驱动四卷筒的驱动方案，如图1所示。机构采用变频调速三相异步电动机、联轴器、传动轴、卧式硬齿面减速器、卷筒、钢丝绳缠绕系统(如图2所示)。高速轴上设置制动器，确保不出现“溜钩”现象。调速范围为0．2～2m/min。当起升速度采用0．2m/min时，其微动距离约为3mm，满足了较高的安装精度要求，此外四卷筒的设计可以满足较大起升高度的同时，使小车结构尽可能做得紧凑。

3．2 小车运行机构

小车运行机构均采用双电机驱动八车轮(2/8)的驱动方案。该机构由两套驱动装置组成。每套装置机构采用一台变频调速电动机、联轴器、立式硬齿面减速器、液压推杆制动器、传动轴经齿轮联轴器驱动一主动车轮并带动三被动车轮运行及支撑整个小车，如图3所示。

3．3 大车运行机构

大车运行机构采用四电机驱动六车轮(4/24)的驱动方案。该机构由四套独立的驱动装置组成，每套装置由变频电动机、卧式硬齿面减速器、液压推杆制动器、传动轴、联轴器等部件，与主、被动台车组构成传动链，如图4所示。每个台车组由三组车轮构成，台车与桥架之间通过平衡车轮组上的“铰支座”由铰制螺栓联接为一体。

4 主梁分段设计

大吨位、大跨度桥式起重机在设计、制造过程中，往往因运输条件限制，对主梁设有可拆接头，这样便于分段运输。为安装方便，箱型主梁采用内外贴板+高强度螺栓的连接形式。主梁分段处同时承受弯矩和剪力，因此应在受力较小且每一分段长度又不过长的位置，应尽量避免在跨中和同一截面内布置接头，一般距大车轨道1/3～1/4处进行分段。

4．1 主梁分段处弯矩的计算

假设主梁分段处位于距大车轨道距离处位置，见图5所示。

4．1．1 静载荷产生的弯矩在距大车轨道的位置上的弯矩M_gx：

式中W_g—垂直静载荷，为主梁自重与走台自重的1/2与大车运行机构(除掉车轮部分)重量的1/2与其他设置于主副梁之间机器的自重之和，kN；

L—跨度，m。

4．1．2 移动载荷产生的弯矩(四轮式)

式中P—小车轮压，kN；M—作业系数；

ψ—载荷系数；

W₀—额定载荷，kN；

W_T—小车自重(吊具除外)，kN；

W_H—吊具自重，kN。

主梁分段处由移动载荷引起的垂直弯矩Mpx为

式中B—小车轮距，m。

主梁分段处由移动载荷引起的垂直合成弯矩M_x为：

M_x=M_gx+M_px(kN·m)

4．2 主梁分段处剪力的计算

4．2．1 静载荷产生的剪力

在距大车轨道的位置上的剪力F_gx：

4．2．2 移动载荷产生的剪力

主梁分段处由移动载荷引起的垂直剪力F_px：

主梁分段处合成剪力F_x：F_x=F_gx+F_px(kN)

5 主梁接头处设计

1)在进行主梁接头处螺栓分析时，假设：(1)所有翼缘板、腹板均是面接触；(2)所有相同规格的高强度螺栓直径和强度均相等；(3)所有相同规格的高强度螺栓预紧力均相同。

2)上下翼缘板螺栓分析上下翼缘板只受弯矩M_x的影响，具体是以拉力或者压力的形式作用在翼缘板上，上下翼缘板受力如图6所示。

式中y₁—中性轴与上翼缘板距离，m；y₂—中性轴与下翼缘板距离，m。

假设：F₁＜F₂，翼缘板处螺栓数量，满足下列公式：

Z_m·n_f·μ·F_v≥T_s·F₂

式中Z_m—传递力的摩擦面数；

μ—摩擦系数；n_f—翼缘板每侧螺栓数量；

F_v—连接螺栓的预紧力(kN)，参见表1；

T_s—安全系数，1．22～1．48。

3)腹板螺栓分析腹板受力情况：

弯矩M_w，剪力F_x。受力情况见图7所示。

M_w=M_x·I_w/I(kN·m)

式中I_w—腹板对中性轴的惯性矩，m⁴；

I—梁的截面惯性矩，m⁴。

剪力F_x作用下，满足以下公式：

Z_m·n_w·μ·F_v1≥T_s·F_x

式中n_w—腹板每侧螺栓数量；F_v1—剪力F_x作用下，螺栓需要预紧力，kN。

弯矩M_w作用下，满足以下公式：

2·Z_m·n_w·μ·F_v2·∑r_i≥T_s·M_w

式中∑r_i—腹板每个螺栓距离中性轴x的距离之和，m；

F_v2—弯矩M_ω作用下，螺栓需要预紧力，kN。

腹板处螺栓的预紧力F_v，满足以下公式：

6 主梁高强度螺栓接头处理

1)主梁接头处和连接板的结合面要做预处理，即抛丸或喷砂除锈处理，使摩擦系数达到设计要求。此处不喷防锈漆，在主梁制造过程中注意不要锈蚀。

2)主梁制造后应具有理想的拱度曲线或设计图规定的曲线。曲线沿全场应圆滑，不得有突变。因此主梁应整体制造。主梁制造完后与连接板配钻孔，在进行桥架组装。待桥架拆卸时，再卸掉连接板，用火焰气割切断主梁，并打掉毛刺。

3)主梁分段组装后，应进行合拢研配。各段分别正立垫起，注意垫架位置。用螺栓拉紧器使梁对合一起，然后用水平仪检查拱度值。

7 结语

600/250t×33．5m桥式起重机，结构简单，起升精度高；在使用一年情况表明，该起重机各项技术参数，完全均符合设计要求，使用情况良好。

参 考 文 献：

[1]   王斌华，吕彭民，吴纪生．造桥机主梁高强度螺栓群的有限元计算[J]．长安大学学报(自然科学版)，2006(1)：97－100．

[2]   邓斌，王金诺．门式起重机主梁最佳分段位置的确定[J]．起重运输机械，1999(6)：3－5．

[3]   张质文．起重设计手册[M]．北京：中国铁道出版社，1998．

[4]   坂本种芳，长谷川政弘．桥式起重机设计计算[M]．池成渊译．北京：中国铁道出版社，1987：174－176．

[5]   成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2007．