潘軍偉 浙江省火電建設(shè)公司，浙江 杭州，310016
程建棠浙江省火電建設(shè)公司，浙江 杭州，310016
黃志強 浙江省第一水電安裝有限公司，浙江 杭州，310016
摘要：龍門式起重機應(yīng)用廣泛，但該型機械啃軌現(xiàn)象普遍，從而導(dǎo)致的部件或整機的壽命縮短，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。本文對導(dǎo)致龍門式起重機啃軌的原因進行分析，并提出相應(yīng)對策。
關(guān)鍵詞：龍門式起重機；啃軌；分析；對策

0   引言
龍門式起重機具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、安拆維修容易等優(yōu)點，在電建行業(yè)得到了廣泛的使用。在使用過程中，該類起重機的突出問題是大車行走輪啃軌，較嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象會造成如下危害：a）增加運行阻力，使得行走電機和傳動機構(gòu)長期過載，造成電機燒壞或傳動軸扭斷b）加速各部件磨損，降低使用壽命，如輪子輪緣超常速磨損，甚至翻邊；減速箱、電機位移及其座架變形使電機中心偏移，聯(lián)軸器連接螺栓、彈性圈快速磨損，減速箱輸出齒輪與開式齒輪嚙合面減小。c）行駛時突然爬軌而導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。在日常修理中，需要經(jīng)常調(diào)整電機軸與減速箱輸入軸的同軸度、更換聯(lián)軸器螺栓、彈性圈，此類修理約占龍吊日常機械修理工作的一半以上。鑒于龍吊啃軌現(xiàn)象引起的諸多弊端，有必要對此現(xiàn)象進行深入的分析研究。
行走輪踏面寬度與軌道寬度具有一定的差值，此差值允許行走輪有一定的側(cè)向運動范圍，以使行走輪適應(yīng)軌道、龍吊本身所具有的各種偏差。當(dāng)行走輪側(cè)向運動范圍超出此差值時，輪緣便與軌道側(cè)面相摩擦，這就是啃軌。行走輪側(cè)向運動，則它必受到了側(cè)向力的驅(qū)動。從系統(tǒng)力的平衡關(guān)系來看，龍門吊是一個整體的運動系統(tǒng)，與系統(tǒng)交界的外系統(tǒng)是大車軌道。理想狀態(tài)下，大車行走時，在系統(tǒng)內(nèi)外界面上有兩對平衡的力偶作用：行走方向的驅(qū)動力和阻力，垂直方向的重力和支承力。龍吊靜止時，僅有后者。而在行走輪（系統(tǒng)內(nèi)外界面）的側(cè)向，沒有力的作用。假如系統(tǒng)偏離理想平衡狀態(tài)，則可能在行走輪（界面）的側(cè)向產(chǎn)生力的作用，以維持系統(tǒng)新的平衡；或者，系統(tǒng)直接受到外界力的作用（在界面），使系統(tǒng)偏離原有平衡狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)部力平衡的變化和系統(tǒng)內(nèi)外之間力平衡的變化，均會在界面上呈現(xiàn)力的變化，可能使行走輪受到側(cè)向力的作用，使行走輪側(cè)向運動。
1   原因分析及對策
以QM40t/42M龍門吊為例，使行走輪受到側(cè)向力的因素很多，系統(tǒng)內(nèi)部有電氣、機務(wù)、鋼結(jié)構(gòu)因素，系統(tǒng)外有軌道因素。
一、電氣
QM40t/42M龍門吊行走機構(gòu)用兩臺異步電機驅(qū)動兩條支腿，電機轉(zhuǎn)速的不同步會直接造成啃軌。行走電機轉(zhuǎn)子外接不平衡電阻，以提高起動扭矩，降低起動電流，切換轉(zhuǎn)子外接電阻，可獲得不同轉(zhuǎn)速。兩電機同步的條件是：負荷特性相同，負荷相同。下圖中，斜線為負荷特性曲線，不同的轉(zhuǎn)子外接電阻具有相應(yīng)的曲線，最上面一條為額定負荷曲線。對一定的負荷曲線，一定的負荷具有一定的轉(zhuǎn)速，由于負荷曲線的斜率為負，電機轉(zhuǎn)速的增減是與負荷的增減反向變化的。
   轉(zhuǎn)速 n
                   負荷 T

一般認為，相同型號規(guī)格的電機和電阻器配置，具有相同的負荷特性曲線。實際上，由于剛撓性腿的輪壓不同且隨小車位置的變化而變化，兩電機的瞬時負荷是不同的。但是由于電機負荷特性的固有特點（負荷越大，轉(zhuǎn)速越低），兩電機依靠橋架力的傳遞作用，獲得約等的平均負荷和平均轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，電機特性對負荷大小的適應(yīng)性是有限的。當(dāng)一條腿嚴(yán)重啃軌而引起行走阻力比另一條腿增加很多時，將使得兩電機明顯不同步，由此原因引起的不同步在大車起動和慢速檔時更見明顯。因此，電機不同步與啃軌是可以互為因果的。
當(dāng)兩電機不同步時，應(yīng)檢查：
1、剛撓性腿行走輪啃軌情況；
2、電阻器阻值差異；
3、電機：型號規(guī)格，部件情況，繞組修理歷史及直流電阻值；
4、控制器。
二、機務(wù)
龍吊大車機務(wù)部分為行走臺車，是龍吊行走運動的執(zhí)行機構(gòu)，引起啃軌的因素包括臺車的形狀誤差和裝配誤差。
1、主動輪踏面外徑；
當(dāng)兩腿主動臺車主動輪踏面外徑相差較大時，將使兩主動輪踏面線速度相差較大，使兩腿行走不同步。
2、行走輪與豎軸同位差；

道對行走輪的反作用力不在同一直線上，這樣大車行走時，行走輪將發(fā)生側(cè)移，同時還會受到側(cè)向力的作用，如圖（3）所示，直至輪壓與軌道的反作用力處于同一直線上或者行走輪輪緣與軌道相觸壓，行走輪才會停止側(cè)移。
3、行走輪垂直偏斜；
4、行走輪水平偏斜；
5、豎軸偏斜；
6、行走輪踏面錐度；
7、豎軸與橫梁軸孔的間隙。
 

圖（6）豎軸偏斜          圖（7）行走輪踏面錐度
對于行走臺車，應(yīng)檢查：兩輪軸的平行度、豎軸與輪軸的垂直度、
豎軸支承面與豎軸的垂直度、行走輪踏面與輪軸的平行度、主動輪踏面外徑、豎軸與橫梁軸孔的間隙。
三、鋼結(jié)構(gòu)
對于行走輪來說，龍吊鋼結(jié)構(gòu)的重量是它的載荷，應(yīng)垂直、均勻地作用在豎軸支承面上，任何其他形式的作用都會引起啃軌。
1、理想狀態(tài)下龍吊受力分析
假定靜態(tài)時龍吊剛撓性腿均保持垂直，行走臺車、軌道處于理想狀態(tài)，（暫不考慮小車）龍吊橋架、剛性腿、撓性腿在垂直平面內(nèi)的受力情況如下圖所示：

1、撓性腿：
若各作用力均作用于腿、橫梁、臺車垂直中心線上，則無水平方向作用力，F(xiàn)2=F1+G
2、剛性腿：
   來自橋架的壓力F4、來自軌道的支承力F6及臺車橫梁自重G2均作用于垂直支撐中心線上，由于剛性腿自重G1（重心在離垂直支撐中心線約1.3米處）產(chǎn)生的傾覆力矩作用，必有來自橋架的拉力F3的反作用，以保持剛性腿垂直平衡。則有：
1.3*G1=F3*4*cosα         α=15°，G1=7.5t
解得：F3≈2.52t          同時 F5≈0.65t
3、橋架
以A為支點，有：F7*4*cosα+F10*42=G*18.38    G3=54 t
          解得：F10=23.4t
以B為支點，有；F7*(42+4)*cosα+G3*(42-18.38)=F8*42
          解得：F8=33t
龍吊各作用力如下表：                單位：噸
 

由以上計算分析可知：
a、為保持剛性腿、撓性腿垂直，剛性腿斜撐必須受拉，其總拉力約為2.52t，平均每根斜撐拉力1.26t；
b、理想狀態(tài)下，剛、撓性腿均保持垂直，大車行走輪不受任何側(cè)向力的作用。
2、結(jié)構(gòu)實際情況
實際情況下，鋼結(jié)構(gòu)的一些裝配誤差和形狀誤差會使行走輪受到側(cè)向力的驅(qū)動，引起啃軌，主要有：
a、橋架跨度和對角線偏差
 

此類偏差直接引起剛撓性腿垂直度超差。
b、橋架和撓性腿四軸孔的同心度
 

同心度偏差引起橋架與撓性腿聯(lián)接困難，強行安裝后，將造成撓性腿垂直平面扭轉(zhuǎn)。

c、橋架三角支撐垂直度
                                   
A點與B點不在同一條垂線上
  
                                              
                                     
d、橋架對腿壓力點、腿垂直支撐中心線
和豎軸軸孔中心不在同一垂線
對于撓性腿，可檢查銷座、支撐、豎軸
軸孔中心的吻合程度及支撐的彎曲度。
對于剛性腿，可檢查垂直支撐的彎曲度
  及垂直支撐、豎軸軸孔中心的吻合程度。
                                    
e、橫梁下支承面的平整度及其與支撐中心線的垂直度
f、剛性腿斜撐受力不合適
龍吊空載時，每一斜撐應(yīng)受拉力1.26t，拉力值過多地偏離，將使剛性腿垂直度超差。剛性腿垂直支撐上支承面與橋架的吻合程度也將影響斜撐拉力和剛性腿的垂直度。
g、兩腿高差超標(biāo)
綜上，應(yīng)在龍吊安裝時檢測以上相關(guān)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格控制偏差。另外，負載和溫升時橋架會少量伸長，可不予考慮。
四、軌道
軌道對啃軌的影響主要為軌道的跨度偏差、兩軌高差、軌道彎曲程度、軌道側(cè)傾程度，應(yīng)按照軌道檢驗標(biāo)準(zhǔn)進行鋪設(shè)、修整。

啃軌時力的分析
龍門吊大車行走輪啃軌時，行走輪必然受到一定大小的側(cè)向力的作用。
1、單一臺車側(cè)向力分析
 

如圖（4）所示，假如輪A受到側(cè)向力F2的驅(qū)動，則必有來自龍吊腿部的反作用力F1、來自軌道的反作用摩擦力F3和F4的抵抗作用。換言之，側(cè)向驅(qū)動力F2將傳遞到豎軸、腿部、橋架和另外輪子。當(dāng)側(cè)向驅(qū)動力為F1、F3或幾個力共同驅(qū)動時的情況，可作類似的分析。實際的情況，多數(shù)是幾個力共同驅(qū)動。
2、整機側(cè)向力分析
 

圖（5）是龍吊橋架的簡化圖，假如存在側(cè)向驅(qū)動力F，其平行于對角線的分量Fx的驅(qū)動趨勢為使橋架沿對角線方向平移，則必有與Fx方向相反的阻力Fx1、Fx2、Fx3、Fx4抵抗這種平移；垂直于對角線的分量Fy的驅(qū)動趨勢為使橋架繞對角線交點逆時針轉(zhuǎn)動，則必有垂直于對角線的阻力Fy1、Fy2、Fy3、Fy4抵抗這種轉(zhuǎn)動。對于a點和d點，阻力Fx1 與Fy1、Fx4與Fy4在龍吊行走方向的分量相減為零；對于b點和c點，阻力Fx2 與Fy2、Fx3與Fy3在龍吊行走方向的分量相加；在垂直于龍吊行走方向，四對阻力或相加或相減，均存在一定大小的阻力。龍吊橋架受到圖中所示側(cè)向力F的驅(qū)動時，其運動趨勢為沿對角線方向的平移和以對角線交點為圓心的旋轉(zhuǎn)運動的疊加。剛性腿、撓性腿的運動如圖（6）所示，其上部將與橋架同步同向扭轉(zhuǎn)，并引起垂直度的變化，而撓性腿還會附加平移運動。這樣，龍吊受到側(cè)向力作用而運動后，達到一個新的平衡。當(dāng)龍吊同時受到幾個側(cè)向力的作用時，龍吊的運動會更復(fù)雜
 

3、行走輪側(cè)向運動分析
靜態(tài)時，行走輪受到的側(cè)向力一般遠小于輪子與軌道間的靜摩擦力，行走輪不會產(chǎn)生側(cè)向移動，而在側(cè)向力作用腿的對面腿則會發(fā)生行走方向的位移，兩腿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，橋架與側(cè)向力同向位移。行走輪的側(cè)向移動只有在龍吊大車運行時才有可能發(fā)生。當(dāng)龍吊如圖自上而下行走時，由于軌道的原因而使龍吊受到了側(cè)向力，則垂直于軌道的阻力由軌道對行走輪的壓力貢獻，行走方向的阻力轉(zhuǎn)化為行走電機的附加負載。另一種情況是，由龍吊本身引起的側(cè)向力總是使行走輪向一個側(cè)向運動，則龍吊大車行走時行走輪較容易產(chǎn)生側(cè)向移動，行走輪輪緣與軌道側(cè)面摩擦，由于輪緣與軌道的滑動摩擦，大車行走時在行走電機上附加了一個額外的負載。
總之，由于受到側(cè)向力的作用，在行走驅(qū)動機構(gòu)上附加了一個額外的阻力矩，此阻力矩與側(cè)向力成正比。在側(cè)向力足夠大，行走驅(qū)動機構(gòu)可能過載。
前述幾種不同的情況存在時最終都會引起剛、撓性腿垂直度的變化，使行走輪受到側(cè)向力的作用，進而使行走輪啃軌，行走驅(qū)動機構(gòu)過載。因此，龍吊啃軌和行走驅(qū)動機構(gòu)過載僅僅是上述幾種不正常因素的表面層癥狀，而剛撓性腿垂直度偏差屬于中間層現(xiàn)象，龍吊啃軌現(xiàn)象是一種綜合癥。屬于龍吊自身原因的因素所產(chǎn)生的啃軌是永久性的，一旦龍吊安裝完成，就會一直存在。而龍吊經(jīng)過從新安裝后，其啃軌程度會有所變化，這是因為安裝誤差變化的緣故。屬于軌道的因素是暫時性的，經(jīng)常可看到龍吊在不同的軌道位置其啃軌程度不同。也可看到同一軌道上不同的龍吊其啃軌程度不同，說明龍吊自身的因素對啃軌影響有多大。實際上，由于總是存在裝配誤差，設(shè)想消除龍吊啃軌現(xiàn)象是不可能的，但可以加以控制，盡量減弱啃軌程度到可容許的程度。

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