张 雍

0 引言

桥式起重机（以下简称桥机）是在铁路交通建设、钢铁行业、港口码头、矿业开采等领域具有广泛应用的起重机械，在现代化工业中占有重要的位置，成为大型生产中必不可少的辅助工具。在桥式起重机的生产、安装和使用过程中，不可避免的会产生相关结构变形问题、制造安装误差及设备故障磨损问题，桥机大车会出现不同程度的三条腿现象，从而导致起重机发生故障，生产停滞，产生安全隐患。本文通过对桥机大车三条腿现象进行分析，设计了一种新型主端梁连接结构，组合销轴装置，实现主端梁之间柔性铰接，有效地避免了小车三条腿现象而引发的安全事故，确保生产安全。

1 三条腿现象及原因

桥机的小车因跨距小而刚性很大，故三条腿的现象对小吨位单梁起重机或小跨度起重机尤为普遍。由文献[1] 和文献[2] 可知，造成大车三条腿现象主要因素是大车自身和行走轨道，或是两者结合互相影响而造成的。常见情况有：1）大车自身因制造、安装或故障产生变形导致4 个车轮不能着陆于同一平面上；2）起重机行走轨道铺设的平整度存在差异, 或轨道局部出现凹凸不平，导致桥机行走车轮轮压不一致[3]；3）起重机主梁经常超载运行，引起主梁下挠和旁弯变形，导致大车整体变形不能4 个车轮同时着轨。

2 主端梁连接形式

桥机主梁和端梁承受着起重机的所有载荷，该载荷直接作用于主梁与端梁的连接件，故主梁与端梁连接件的研究对桥架甚至整机技术的发展有重要影响。目前，国内起重机主梁和端梁的连接主要有焊接和螺栓连接。焊接连接形式主要是沿用前苏联桥机主梁与端梁的连接思路，是20 世纪90 年代研发的QD 系列产品所采用的主要形式[4]。其优点是连接安全可靠性较强；缺点是受限于焊接特点，完成连接后主梁与端梁不可拆卸，由此导致桥架结构不便于运输、存放及安装等问题。

螺栓连接根据连接部位主梁与端梁的相对位置，主端梁螺栓连接的形式主要有搭接、半搭接和平接3 种形式。具体如图1 所示。

搭接形式的基本原理是主梁与端梁的连接部分全部叠放在端梁上部，通过高强度螺栓连接；半搭接形式基本原理是主梁部分搭在端梁上，部分与主梁水平连接；平接形式基本原理主梁与端梁水平通过高强度螺栓连接。螺栓连接能够有效的解决焊接中存在主、端梁不可拆卸等问题。其缺点是：主梁与端梁用高强度螺栓紧密连接后，形成刚性连接，当起重机在使用过程中出现轨道不均匀下沉后（特别是沿海地区），起重机无法实现自我调整（特别是小跨度起重机），导致车轮无法同时着轨，出现三条腿现象，最终导致起重机出轨。

图1 主端梁螺栓连接

鉴于此，本文设计一种新型的主梁与端梁连接件组合销轴装置，在保证连接安全可靠的基础上，来有效规避行走车轮不同时着轨的情况。新型主端梁连接件简化三维模型如图2 所示。一种新型桥式起重机主梁与端梁连接结构的具体实施，包括主梁、左、右行走端梁，在主梁两侧面上设置有用于配合电动葫芦进行滑动的凹形滑道，所述左行走端梁固定安装在主梁一端；在主梁另一端上设置有呈向下开口状的连接口，右行走端梁嵌置在该连接口内，组合销轴依次贯穿通过凹型连接口上的销轴通孔、并向内延伸，且组合销轴顶端设有的固定销轴孔与贯穿通过主梁的插销通孔内插销相互嵌插配合连接，这样以实现右行走端梁与主梁另一端活动连接，且这样能够保证右行走端梁与主梁之间连接的稳固性；

（a） 爆炸结构示意图 （b） 装配结构示意图

1. 主梁 2. 组合销轴 3. 凹型连接口 4. 销轴通孔 5. 端梁车轮

6. 缓冲器 7. 右行走端梁 8. 插销 9 滑道 10. 左行走端梁

图2 一端固定一端销轴连接

在主梁上负载或满载状况下，主梁势必会产生一定受挤压产生形变，从而导致主梁两端产生一定程度地翘起情况，由于右行走端梁与主梁另一端之间通过组合销轴柔性铰接，通过销轴与通孔之间的配合间隙，使得左行走端梁和右行走端梁上的多个车轮与导轨之间保持平稳接触，即保证了桥式起重机端梁车轮轮压的一致性。

3 主梁与端梁连接设计及其原理

根据对三条腿现象及其原因和现有连接形式的分析，在简化三维模型和原有LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机基础上，重新设计了主端梁连接形式，如图3 ～图5 所示。

图3 LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机一端活动端梁

1. 螺栓 2. 螺母 3. 垫圈 4. 垫圈 5. 缓冲器 6. 隔板 7.10×450×7652 8. 缓冲器支架 9. 侧板 10. 连接板 11. 连接板 12. 钢管13. 主梁工字钢 14. 加强筋 15. 活动端外连接板 16. 活动端上连接板 17. 活动端内连接板

图4 LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机主梁

（a） LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机主视图

（b） LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机俯视图

1. 固定端梁 2. 活动端梁 3. 主梁 4. 电动葫芦及机电连接装置

图5 LD10 t/7.76 m 电动单梁起重机活动总图

该机主端梁连接方式采用一端固定，一端活动铰接，固定顶端采用高强度螺栓连接，满足强度和刚度要求，另一端活动铰接，相当于把主梁放置与端梁上，不用组合销轴穿过两侧板实现连接，故主要需对活动端的销轴进行强度和刚度校核。销轴强度和刚度校核如下：

1）销轴抗弯强度验算

式中：M 为销轴承受的最大弯矩； W 为销轴抗弯截面模数，

W = d ；[σ W] 为许用弯曲应力，对于45钢[σ W] ＝ 360 MPa。

2）销轴抗剪强度验算

式中：Q 为把销轴当作简支梁分析求得的最大剪力；[τ ] 为销轴许用剪应力，45 钢[τ ] ＝ 125 MPa。经过计算，结果满足强度和刚度要求。主梁在活动铰接端设置两侧边，并设有铰孔，便于组合销轴连接，对铰孔进行承压能力计算

式中：P 为构件的轴向拉力，即铰孔拉板通过承压传给销轴的力；d 为铰孔拉板的承压厚度；d 为铰孔的直径；[σ c] 为铰孔拉板的承压许用应力， [σ c] ＝ 1.4[σ ]。经过计算满足抗压能力，不易发生啃轨。基本原理：在保证销轴轴向固定的基础上，通过销轴上下活动实现主梁与端梁之间的角度变化，形成主梁与端梁的柔性连接，从而实现多车轮同时着轨。根据GB/T 10183 － 2005《桥式和门式起重机制造及轨道安装公差》和GB/ T10183.1 － 2010 的《起重机车轮及大车和小车轨道公差第1 部分：总则》中车轮和轨道的相关指标进行检查，结果符合国标要求。

4 结语

新设计的桥机主梁与行走端梁之间的组合销轴连接结构可以提供一种生产工艺简单、结构简单、使用方便的主端梁连接形式，将单梁起重机主、端梁的刚性连接改为一端用组合销轴柔性铰接的活动连接方式，解决了在制造和轨道安装时因误差而造成的大车运行三条腿现象，或是由于经常超载运行引起的主梁结构变形及行走轨道铺设的平整度问题而导致桥机行走车轮轮压不一致，大大提高了桥机的运行性能。