高立程
太原重工技術(shù)中心 太原 030024
摘 要:上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承,文中簡(jiǎn)要介紹了采用此回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的起重機(jī)小車及吊具,提出了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算方法,并探討了這種方法在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題及解決措施。
關(guān)鍵詞:上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī);回轉(zhuǎn)支承式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);電動(dòng)機(jī)計(jì)算
中圖分類號(hào):TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-0785(2020)17-0062-03
0 引言
電磁掛梁起重機(jī)是一種通過吊具掛梁下電磁鐵吸取并搬運(yùn)物品的橋式起重機(jī),主要用于鋼板、鋼坯、棒材捆等尺寸較長(zhǎng)物品的吊運(yùn);旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)通過吊具或小車的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)所吊物品在吊運(yùn)過程中水平方向上旋轉(zhuǎn)一定角度。吊具可旋轉(zhuǎn)的被稱為下旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī),小車可旋轉(zhuǎn)的則被稱為上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)。上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)小車一般為上下兩層結(jié)構(gòu),兩層小車之間通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連接,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用車輪和環(huán)軌或滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承。車輪環(huán)軌式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多,計(jì)算方法較成熟,而回轉(zhuǎn)支承式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多應(yīng)用于工程機(jī)械,在橋式起重機(jī)上應(yīng)用較少,各類標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)及教材關(guān)于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算方法也更適用于工程機(jī)械,在用于橋式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算時(shí)多有不便,故主要討論上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算。
1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)的小車及吊具如圖1 所示。下部小車上布置有小車運(yùn)行機(jī)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)小車在橋架軌道上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),上部小車通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與下部小車相連接,可以相對(duì)于下部小車在水平面上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),起升機(jī)構(gòu)布置在上部小車上,電磁掛梁跟隨上部小車一起回轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)所吊物品的旋轉(zhuǎn)。
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上部小車 2. 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3. 下部小車 4. 電磁掛梁5. 電磁盤 6. 所吊物品
圖1 小車及吊具圖
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由三合一減速電機(jī)、回轉(zhuǎn)支承、小齒輪等組成,如圖2 所示?;剞D(zhuǎn)支承的外圈為外齒圈結(jié)構(gòu),用螺栓固定到上部小車架下方,內(nèi)圈則用螺栓固定到下部小車架上。三合一減速電機(jī)通過小齒輪將動(dòng)力傳輸?shù)交剞D(zhuǎn)支承的外齒圈上,內(nèi)圈固定不動(dòng),外齒圈便相對(duì)于內(nèi)圈做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)整個(gè)上部小車旋轉(zhuǎn)。如果空間允許,三合一減速電機(jī)也可由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器及聯(lián)軸器組成的常規(guī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)代替,但無論采用哪種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法是基本一致的。
1. 三合一減速電機(jī) 2. 下部小車架 3. 小齒輪4. 回轉(zhuǎn)支承 5. 上部小車架
圖2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
根據(jù)GB/T 3811 - 2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算主要考慮回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩、風(fēng)阻力矩和坡道阻力矩,但這種算法主要針對(duì)室外運(yùn)行的工程機(jī)械,對(duì)于一般在室內(nèi)運(yùn)行的電磁掛梁起重機(jī),可以不考慮風(fēng)阻力矩和坡道阻力矩。同時(shí),由于上部小車自身、電磁掛梁、電磁鐵以及所吊物品對(duì)回轉(zhuǎn)中心均有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,其繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生較大的慣性阻力矩,這應(yīng)該是電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素,故電動(dòng)機(jī)的等效功率
式中:Pe 為電動(dòng)機(jī)等效功率;Mm 為摩擦阻力矩;Mg 為慣性阻力矩;N 為小車回轉(zhuǎn)速度;η 為機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率,對(duì)于電磁掛梁起重機(jī),一般采用減速器和開式齒輪傳動(dòng),可取η=0.8 ~ 0.85;λas 為電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值,即平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩之比,對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)可取λas=1.5~1.6 ;1.1~1.3為系數(shù),考慮回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分(包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和制動(dòng)輪等)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響,將慣性阻力矩加大的系數(shù)。N 為回轉(zhuǎn)速度,一般為用戶提出,故計(jì)算電動(dòng)機(jī)等效功率的主要未知量為摩擦阻力矩Mm 和慣性阻力矩Mg。
采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),摩擦阻力矩可以由回轉(zhuǎn)支承制造商提供,也可按式(2)計(jì)算
式中:ω 為回轉(zhuǎn)阻力系數(shù),ω = 0.01(滾球式),ω = 0.012(滾柱式);D 為回轉(zhuǎn)支承滾道中心直徑;ΣF 為全部滾球或滾柱所受總壓力。
式中:Fa 為回轉(zhuǎn)支承所受的總垂直力(軸向力),F(xiàn)r 為回轉(zhuǎn)支承所受的總水平力(徑向力),γ 為滾動(dòng)體的壓力角,可按45°計(jì)算。
式中:mq 為起重機(jī)的額定起升質(zhì)量;mc 為上部小車的質(zhì)量,也就是回轉(zhuǎn)支承以上部分的小車質(zhì)量;ml 為電磁掛梁的質(zhì)量;md 為全部電磁盤的總質(zhì)量;g 為重力加速度,取g = 9.81 m/s2。
式中:v 為起重機(jī)運(yùn)行速度;tq 為起重機(jī)的運(yùn)行起動(dòng)時(shí)間,一般取5 ~ 10 s,也可按GB/T 3811 - 2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》中表13 選取,此處不再贅述。慣性阻力矩為
式中 :Jq 為所吊物品對(duì)小車回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jc 為上部小車對(duì)小車回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jl 為電磁掛梁對(duì)小車回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jd 為全部電磁盤對(duì)小車回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和;t 為回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)間,取t = 3 ~ 5 s。
所吊物品一般可近似看做長(zhǎng)方體或圓柱體,上部小車一般可近似看做圓盤,電磁掛梁一般可近似看做長(zhǎng)方體,然后用相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式分別計(jì)算出Jq、Jc、Jl,這里不再贅述。
電磁盤一般為長(zhǎng)方體或圓柱體,可以用相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式計(jì)算每個(gè)電磁盤對(duì)其自身中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd1、Jd2、……、Jdi,這個(gè)中心線要與小車回轉(zhuǎn)中心線平行。同時(shí),電磁盤是掛在電磁掛梁下,一般以一定距離對(duì)稱布置,如圖1 所示,則全部電磁盤對(duì)小車回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為
式中:Jdi 為第i 個(gè)電磁盤對(duì)其自身中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, mdi 為第i 個(gè)電磁盤的質(zhì)量,li 為第i 個(gè)電磁盤中心線與小車回轉(zhuǎn)中心線的距離,N 為電磁盤的數(shù)量。根據(jù)GB/T3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》,所選電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)滿足
式中:Pn 為所選電動(dòng)機(jī)在CZ 值和實(shí)際接電持續(xù)率JC 值下的功率;K 為考慮環(huán)境溫度和海拔因素的功率修正系數(shù),可按GB/T 3811 - 2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》圖15 選??;G 為穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù),可按GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄P 中表P.1 選取。
3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)過載校驗(yàn)公式為
式中:H 為系數(shù),繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)取H = 1.55,籠型異步電動(dòng)機(jī)取H = 1.6,直流電動(dòng)機(jī)取H = 1;nm為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速;m 為電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù);i 為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比;λm 為相對(duì)于Pn 時(shí)的電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù),由電動(dòng)機(jī)制造商提供,對(duì)于直接全壓起動(dòng)的籠型電動(dòng)機(jī),堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λm ≥ 2.2。
對(duì)工作頻繁的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),為避免電動(dòng)機(jī)過熱損壞,應(yīng)進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。
4 應(yīng)用
在一些實(shí)際應(yīng)用中,采用此方法計(jì)算出的電機(jī)功率偏小,這是由于滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承對(duì)底座的剛度要求非常高,而對(duì)于采用箱形梁框架結(jié)構(gòu)的小車架來說,按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)很難滿足回轉(zhuǎn)支承的剛度要求。在剛度不足的情況下,小車架的變形會(huì)引起回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈的變形,進(jìn)而擠壓滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的間隙,增大了回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩,剛度嚴(yán)重不足時(shí)還會(huì)使回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng)異響或不靈活甚至無法轉(zhuǎn)動(dòng),給人以電動(dòng)機(jī)功率不足的感覺。為了使上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)滿足使用要求,可采取提高小車架剛度;提高回轉(zhuǎn)支承的剛度,增大滾動(dòng)體及其與內(nèi)外圈之間的間隙;在所計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)功率基礎(chǔ)上增大一檔來選擇電動(dòng)機(jī)等措施。
實(shí)踐證明,采取這些措施之后,上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)可以較好地滿足使用要求。
5 結(jié)語
各類標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)及教材關(guān)于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算方法通用性較強(qiáng),且更適用于工程機(jī)械,在用于上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)時(shí)多有不便,故根據(jù)實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),對(duì)上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算方法進(jìn)行了探討,并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,提出了上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)設(shè)計(jì)中的一些改進(jìn)措施。由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)受多方面因素影響,要獲取更精確的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)功率值,還需做更進(jìn)一步的深入研究。
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