1000200回轉(zhuǎn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1000200回轉(zhuǎn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

900噸固定傾斜臂是針對(duì)煙臺(tái)泰山造船有限公司設(shè)計(jì)的一艘大型起重機(jī)設(shè)備。該設(shè)備位于40米的比地面更先進(jìn)的平臺(tái)上，用于制造、維護(hù)和安裝海洋以外的大型設(shè)備（見圖1）。該機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)最大起重量為1900t,最大起升高度為95m,工作半徑為22.5~60m,作業(yè)面積達(dá)9700m2;副起升機(jī)構(gòu)起重量為200t,最大起升高度為135m,工作半徑為26.9~86.8m,作業(yè)面積達(dá)21400m2。由于該機(jī)起重量大、工作幅度大,它所產(chǎn)生的傾覆力矩巨大,所以其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式既不同于門座起重機(jī),也不同于環(huán)型起重機(jī)。本文對(duì)該機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)予以簡單介紹和分析。1后端回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支撐及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成(見圖2)。回轉(zhuǎn)支撐及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由環(huán)行回轉(zhuǎn)軌道、回轉(zhuǎn)平衡車輪組、水平車輪組及中心體組成?；剞D(zhuǎn)平衡車輪組和水平車輪組分別承受整機(jī)的垂直力和水平力,共同抵消傾覆力矩。回轉(zhuǎn)平衡車輪組由前后端4組臺(tái)車組組成,共計(jì)40個(gè)車輪,每組10個(gè)車輪由4道平衡梁通過塊式平衡鉸連接,沿回轉(zhuǎn)半徑按軸線向心布置在環(huán)行回轉(zhuǎn)軌道上,支撐整臺(tái)起重機(jī)的重量,最大設(shè)計(jì)輪壓為260t。在25m直徑的圓形軌道上,雙向無限回轉(zhuǎn)。水平支撐由水平車輪和固定在回轉(zhuǎn)中心立柱上的軌道組成。保證回轉(zhuǎn)中心的固定并承擔(dān)所有的側(cè)向力?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用中心驅(qū)動(dòng),由安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的10套驅(qū)動(dòng)裝置和固定在中心體上的柱銷傳動(dòng)齒組成。驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、立式行星減速器、極限力矩聯(lián)軸器、制動(dòng)器和開式齒輪組成。通過減速器的小齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)銷齒使起重機(jī)整個(gè)上部結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)與立式減速器的聯(lián)接是通過錐盤式極限力矩聯(lián)軸器的上下兩錐盤型摩擦盤接合的,回轉(zhuǎn)時(shí)起重機(jī)臂架若碰到障礙或起動(dòng)、制動(dòng)過猛,錐盤就打滑,從而防止電動(dòng)機(jī)和減速器過載,保證回轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1車輪踏面的設(shè)計(jì)40個(gè)回轉(zhuǎn)車輪分4組布置在回轉(zhuǎn)平臺(tái)下的四角,每組10個(gè)車輪,由4道平衡梁通過塊式平衡鉸連接,沿回轉(zhuǎn)半徑按軸線向心布置在環(huán)行回轉(zhuǎn)軌道上,保證各車輪受力均勻。車輪的踏面形式設(shè)計(jì)為錐面形,各車輪按軸線匯交于回轉(zhuǎn)中心,車輪與軌道結(jié)合面設(shè)計(jì)成水平面(見圖3)。錐形踏面的選擇是由車輪的回轉(zhuǎn)形式?jīng)Q定的,錐度為車輪半徑(r=400mm)與回轉(zhuǎn)半徑(R=12500mm)之比,即α=arcsin(40012500)α=arcsin(40012500)如果將車輪軸設(shè)計(jì)成水平的,車輪與軌道結(jié)合面為斜面(見圖4),則軌道對(duì)車輪的支反力N會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加側(cè)向力,對(duì)結(jié)構(gòu)不利。而現(xiàn)在將此側(cè)向力轉(zhuǎn)化為車輪組的內(nèi)力,由調(diào)心滾子軸承承擔(dān),車輪沿軌道回轉(zhuǎn)平順,無附加側(cè)向力。2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)功率理論及調(diào)整整機(jī)采用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)銷齒來帶動(dòng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)回轉(zhuǎn)及行走機(jī)構(gòu)的形式,而不是直接驅(qū)動(dòng)車輪組。這種結(jié)構(gòu)形式具有以下優(yōu)點(diǎn):1)降低驅(qū)動(dòng)功率,減少車輪打滑這臺(tái)設(shè)備由于輪壓大,而且在不同起重量及不同幅度下工作時(shí)前后輪壓差別大,所以采用銷齒集中驅(qū)動(dòng)的形式更能充分利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率,降低裝機(jī)容量。如果采用類似環(huán)型起重機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪組的形式,則在回轉(zhuǎn)過程中小輪壓車輪將出現(xiàn)打滑現(xiàn)象而浪費(fèi)功率,大輪壓車輪將要按最大輪壓計(jì)算驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)功率。通過計(jì)算,驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率理論上需要增加1.8倍以上。2)采用被動(dòng)車輪,降低安裝、加工的精度每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速均可以單獨(dú)調(diào)整,以保證各自的動(dòng)作,減少車輪的滑移(見圖5)。設(shè)R1為車輪實(shí)際回轉(zhuǎn)半徑(理論回轉(zhuǎn)半徑R=12500mm),ω為車輪相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心的角速度,r為車輪半徑(r=400mm),h為車輪踏面寬,ω1為車輪相對(duì)于車輪軸的角速度,則ω1=ωRr=ωR400ω1=ωRr=ωR400。圖5中的x處相對(duì)于車輪接觸面的線速度v1=(400?xtgα)ωR400=(R?xcosα×R12500)ωv1=(400-xtgα)ωR400=(R-xcosα×R12500)ω如果考慮制造及安裝誤差,取R=12500±15mm,則v1=(R?xcosα±xcosα×R12500)ω=(R?xcosα±xcosα×0.0012)ωv1=(R-xcosα±xcosα×R12500)ω=(R-xcosα±xcosα×0.0012)ω在此情況下,車輪上各點(diǎn)的平均線速度v平均=∫?h2+h2v1dxh=ωRv平均=∫+h2-h2v1dxh=ωR由此可以看出,車輪的實(shí)際運(yùn)行情況是,每個(gè)車輪的平均速度是以O(shè)點(diǎn)為圓心、以R為半徑作圓周運(yùn)動(dòng)的,所以每個(gè)車輪均可以根據(jù)實(shí)際回轉(zhuǎn)中心調(diào)整自己的動(dòng)作,保證整個(gè)車輪以實(shí)際回轉(zhuǎn)中心和實(shí)際回轉(zhuǎn)半徑作圓周運(yùn)動(dòng)。若直接驅(qū)動(dòng)車輪組就沒有這一優(yōu)點(diǎn)。2.3回轉(zhuǎn)中心和回轉(zhuǎn)銷齒要保證整機(jī)以一個(gè)固定的回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng),并且保證齒輪的嚙合要求,就必須固定回轉(zhuǎn)水平中心?；剞D(zhuǎn)水平中心的固定可以采用兩種方法,即中心立柱的方法和回轉(zhuǎn)水平輪的方法。我們采用了回轉(zhuǎn)水平輪的方法,因?yàn)殡m然中心立柱定位精確,但由于它和回轉(zhuǎn)銷齒孔的距離較遠(yuǎn),不易控制定位中心和回轉(zhuǎn)銷齒中心之間的誤差。而“大連重工”當(dāng)時(shí)具有16m大型立車,能夠?qū)λ捷嗆壍篮突剞D(zhuǎn)銷齒孔進(jìn)行整體加工,且兩者之間距離較近,可以較好地控制誤差。由于水平輪軌道和回轉(zhuǎn)銷齒孔是整體加工的,因此可以認(rèn)為兩者之間具有較好的精度,即水平輪軌道中心與銷齒中心是一致的。在安裝過程中,先調(diào)整水平輪與回轉(zhuǎn)軌道的接觸后,再調(diào)整回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)銷齒嚙合,所以可以認(rèn)為水平輪的回轉(zhuǎn)中心和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心是一致的。水平輪采用偏心套結(jié)構(gòu),在安裝過程中可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。3回轉(zhuǎn)軌道的調(diào)整在基本安裝結(jié)束后的試運(yùn)行階段,試重800t時(shí),曾損壞1臺(tái)回轉(zhuǎn)減速器。其原因是力矩限制聯(lián)軸器力矩值設(shè)置過大。制動(dòng)器制動(dòng)力矩過大和力矩限制聯(lián)軸器傳遞力矩設(shè)置太大而沒有起到保護(hù)作用,使減速器制動(dòng)時(shí)受到過大的沖擊載荷作用?；A(chǔ)下沉引起起重機(jī)回轉(zhuǎn)軌道相對(duì)下沉量達(dá)21mm,引起整機(jī)回轉(zhuǎn)過程中驅(qū)動(dòng)齒輪和回轉(zhuǎn)立柱某些部件的干涉。更換力矩限制聯(lián)軸器的彈簧,調(diào)整其傳遞的力矩為180Nm。這樣,既保證啟動(dòng)不打滑,又使其傳遞的力矩小于減速器的許用力矩,從而保護(hù)減速器。制動(dòng)器按40s左右進(jìn)行延時(shí)制動(dòng),利用調(diào)頻來調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩。制動(dòng)器在起重機(jī)未停穩(wěn)時(shí)所施加的制動(dòng)力矩小于減速器的許用力矩;待起重機(jī)回轉(zhuǎn)停止后,制動(dòng)器施加全部制動(dòng)力矩。這樣,減速器就不再受制動(dòng)沖擊,又能保證制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定。通過采取以下兩項(xiàng)措施:①利用電氣上的控制,做到起重機(jī)完全停穩(wěn)后才能開始進(jìn)行二次回轉(zhuǎn)啟動(dòng)。這樣可避免打反車帶來的沖擊。②調(diào)整水平車輪和回轉(zhuǎn)立柱的間隙,改善回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的嚙合狀況。調(diào)整減速器由于基礎(chǔ)下沉所引起的高度差,改善回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的嚙合狀況。目前回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行良好。4回轉(zhuǎn)水平軌道與回轉(zhuǎn)銷齒孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,發(fā)展現(xiàn)代技術(shù)由于以前尚無類似超大型設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),所以在設(shè)計(jì)過程中除充分考慮保證這種結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中安全可靠外,更重要的是必須考慮其制造、加工及安裝條件。回轉(zhuǎn)水平軌道和回轉(zhuǎn)銷齒孔的整