上旋轉(zhuǎn)電磁掛梁起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)計(jì)算*

　　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)。

1. 　　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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