摘要：通過對傳統產品技術水平進行分析，從中找出差距，并借鑒國內外先進技術對超低空大噸位橋式起重機的主機整體設計方案、新型小車的布置方式、新型滑輪組和鋼絲繩纏繞以及新型小車的起升機構等方面進行了多項有價值的改進和創新。 關鍵詞：大噸位；起重機；超低凈空；柔性 國家“十一五”規劃將電力建設作為重點項目來抓，其中包括八大水電工程項目、防洪工程和“三農”水源建設等項目。這些大型水利項目給大噸位橋式起重機帶來了新的發展機遇，市場需求量很大，前景可觀。 由于水電站的水輪發電機組通常設置在地下廠房中，起重機的整體高度受到限制，因此，起重機的低凈空、低自重、低輪壓和高性能就成為衡量該類產品水平的重要技術指標。我公司研發的新型超低凈空大噸位橋式起重機，將對起重機的技術進步起到良好的推動作用。 新型超低凈空大噸位橋式起重機，適應于水電站工作，對提高產品的技術水平、增強市場競爭實力、促進經濟建設的發展具有十分重要的現實意義。 l 傳統橋式起重機整體布置分析 雙梁橋式起重機由小車、橋架、天車運行機構和電氣設備4部分組成。常見的典型電動雙梁橋式起重機如圖l所示。 橋架是橋式起重機的主承載結構，對于大噸位橋式起重機，橋架的承載金屬結構通常采用雙主梁型式，且多采用箱型梁結構，并與端梁一起構成一剛性平面。當起重機的額定起重量和工作級別確定后，主梁的截面尺寸和結構重量取決于小車輪壓和小車輪壓的分布均勻性。因此，如果要降低大車橋架的結構空間尺寸及設計重量，行之有效的方法就是降低小車輪壓，提高小車輪壓分布的均勻性。 起重機小車由承載結構小車架、小車運行機構和主起升機構及副起升機構組成，如圖2所示。 大噸位橋式起重機的小車架通常采用四梁形式，滑輪梁與2車輪梁共同形成1個承載平面，以此平面為界，上平面布置(主、副)起升機構、卷筒及滑輪組，下部布置小車運行機構(典型布置見圖2)。由于小車各機構部件分散、間距大，同時還要滿足傳動精度、檢修空間的要求，因此要求其承載結構剛度大，可利用空間充分。正是這些特點，使該布置形式的起重小車結構不緊湊，空間利用不充分。究其原因，是由于承載金屬結構與各機構部件是相對獨立設計的，且采用平面模式布置，為避免各機構部件間的相互干涉，不得不增大小車架平面尺寸，使得小車體積增大。另外，由于承載結構剛度大，易造成車輪三支點現象，給小車運行平穩性、車輪零件壽命帶來負面影響。 2 新型起重機整體設計思路 水電站用超低凈空大噸位橋式起重機的設計。打破傳統的設計思維模式，采取有針對性的措施。整體設計方案上運用系統工程思想，確定了技術方案實施路線和順序，以柔性化、集成化和簡捷化為實施手段，重點解決金屬結構與機構設計的有機配合、柔性化設計方法改善小車結構設計均載以及傳動部件的傳動精度等方面問題。 2.1小車的技術方案實施要點 在研制過程中，首先從小車人手進行分析研究。 小車的技術方案實施要點是： (1)新鋼絲繩纏繞系統與壽命分析； (2)新鋼絲繩纏繞系統與新小車架結構的適應解決方案； (3)起升機構各部件與小車架空間結構有機搭配方案； (4)小車運行機構集成化設計； (5)小車架結構剛性、柔性對內應力、外部輪壓的影響對比分析。 2.2橋架技術方案實施要點及分析 (1)采用偏軌箱型梁結構。主梁內設置大車傳動機構和電器控制系統，可有效隔絕廠房高潮濕環境對設備的影響，特別是對提高電控可靠性十分有益。 (2)采用軋制T型鋼。針對小車輪壓對主梁軌下上蓋板與主腹板焊縫及以下局部區域的擠壓應力過大的問題，在該處采用軋制T型鋼，這樣，可避免角焊縫直接承受壓力，焊縫遠離高擠壓應力區。T型鋼的腹板厚度可按計算應力的需要選擇。從而提高了主梁的局部承載能力。由于采用T型鋼，可使主腹板板厚度的確定不再受小車輪壓的影響，降低了主梁自重。 (3)采用4角驅動方案。為保證大車運行平穩可靠，橋架與臺車聯接采用壓軸式結構，方便安裝和維護。 通過解決上述關鍵問題，可達到降低起重機整體凈空及自重的目的。新型超低凈空大噸位橋式起重機整體設計方案如圖3所示。 3 新型式起重小車研究方案 3.1小車的設計構思 新型起重小車的研制是本課題研究的核心，主要有以下幾方面的改進和創新： (1)小車架設計形式的改變。變革“井”字形四梁平面結構方式為“工”字形三梁立體結構，使小車架承力更明晰，結構簡捷，重量輕。 (2)小車架結構柔性化【5】。 (3)改變傳統的鋼絲繩纏繞系統布置方式。充分利用柔性小車架的設計特點，將定滑輪組置于小車架滑輪梁內，既節省了布置空間，又簡化了結構，外形簡潔美觀。 (4)起升減速器采用外懸掛套裝方式。采用此方式可有效地降低小車的總高度，省去了傳統的底座結構。 (5)改變吊鉤滑輪組結構形式。與定滑輪組新的布置方式相適應，避免鋼絲繩反向彎曲。 (6)小車運行機構采用集成化的三合一傳動系統，運行平穩可靠。 3.2小車的結構與布局 確定新型起重小車的結構與布局時，應充分考慮各機構的設計與小車架有機結合，使之形成緊湊的、相互協調的整體布局。 小車整體布局是圍繞小車架滑輪梁這一承載件為核心展開的，將定滑輪組一分為二，平行安置于小車架滑輪梁內腔，滑輪軸端直接固定在梁腹板上，巧妙利用空間，簡化滑輪組構成，分散集中載荷，降低重量。 利用小車滑輪梁高度與卷筒直徑相近的特點，將卷筒布置在小車滑輪梁一側，卷筒2端設置于小車架的兩車輪梁上。電機布置在小車滑輪梁另一側。起升減速器采用套裝形式，懸掛在車輪梁外側。新式小車結構布置如圖4所示。 3.3起升機構設計 起升機構由鋼絲繩纏繞系統、卷繞裝置及驅動裝置等組成。 3.3.1繩系設計及其特點 起升繩系統主要包括定滑輪組、吊鉤滑輪組。兩者與卷筒的相互關系、布局直接影響鋼絲繩的工作特性。 為延長鋼絲繩的使用壽命，在設計鋼絲繩系統時，要選擇合理的鋼絲繩直徑和適當的滑輪倍率，以減少鋼絲繩的彎折次數。在設計新型繩系時，選取繩系滑輪倍率為偶數。為避免鋼絲繩反向彎折，改變以往滑輪組軸線與卷筒軸線平行布置的型式，將滑輪軸線布置成與卷筒軸線垂直，并分解成2組定滑輪、動滑輪組。 鋼絲繩纏繞倍率為8。該布局方式，不僅有效避免了鋼絲繩反向彎折，提高鋼絲繩使用壽命，而且定滑輪組在小車架滑輪梁開口內腔固定十分簡捷方便。同時，由于小車架滑輪梁所受的載荷集中力一分為二，可大大降低承載梁的最大彎矩值，降低承載梁的重量。同理，由于滑輪軸縮短使所受彎矩降低，不僅減小了軸徑和軸承的尺寸及規格，降低成本，而且整體布置美觀。該鋼絲繩纏繞系統的布置為小車整體布局的小型化、輕量化和柔性化提供了保證。 3.3.2起升驅動裝置布置形式 起升驅動裝置包括起升電機、制動器、減速器和卷筒聯軸器、卷筒等。布置起升驅動裝置時，應根據三梁小車架的結構特點，將卷筒布置在小車滑輪承載梁一側，其2端軸承座置于小車架的2車輪梁上。電機布置在小車滑輪梁另一側。起升減速器中心軸距的確定則應考慮卷筒、電機及滑輪組的尺寸匹配。 為降低高度，卷筒2端軸承座以較低尺寸直接固定在車輪梁上，使卷筒體下沉到2車輪梁之間，大大降低了小車的最高點。卷筒輸入端軸承座為固定式雙軸伸形式，內側與卷筒、外側與減速器套裝相連。為適應柔性化小車的彎曲、扭轉變形，輸入軸與卷筒間采用鼓形齒聯軸器，卷筒軸線應與滑輪承載梁位置協調。 起升減速器低速輸出軸與卷簡軸采用漸開線花鍵套裝聯接，力矩支撐點設置在減速器箱體高速級側法蘭下，實現了減速器的固定與力矩平衡。減速器、傳動軸及軸承座和車輪梁的位置關系穩定，不受滑輪承載梁變形的影響。卷筒、軸承座和減速器的布置與小車架的相互關系如圖6所示。 3.4小車運行機構布置方案 小車運行機構由減速器、電動機、制動器、聯軸器、傳動軸和車輪組等部件構成。本方案采用結構緊湊的三合一傳動部件，將傳統的平面分解布置改為立體集成布置，充分利用空間，使小車整體結構更簡單緊湊，外形尺寸更小。小車驅動裝置如圖7所示。 三合一傳動部件的安裝與小車本體聯系少，重量輕。輸出軸采用花鍵空心軸，運行平穩、安裝方便，傳遞扭矩大。這種緊湊的三合一小車運行機構給小車的整體布局帶來了極大方便。 結合柔性化的小車金屬結構，最大限度地避免了車輪三支點現象，使小車輪壓計算載荷更精確，車輪組的設計更小型化。同時，由于小車設計成小型化、集成化和柔性化，改善了橋架主梁的受力狀況，為橋架主梁的小型化、輕量化設計奠定了基礎。新式小車總布置如圖8所示。 4 水電站用橋式起重機設計特點 4.1水電站用起重機與通用橋式起重機對比 水電站橋式起重機與通用橋式起重機使用工況有所不同，水電站橋式起重機屬專用設備<