1000200回轉起重機回轉機構設計

1000200回轉起重機回轉機構設計

900噸固定傾斜臂是針對煙臺泰山造船有限公司設計的一艘大型起重機設備。該設備位于40米的比地面更先進的平臺上，用于制造、維護和安裝海洋以外的大型設備（見圖1）。該機的主起升機構最大起重量為1900t,最大起升高度為95m,工作半徑為22.5~60m,作業(yè)面積達9700m2;副起升機構起重量為200t,最大起升高度為135m,工作半徑為26.9~86.8m,作業(yè)面積達21400m2。由于該機起重量大、工作幅度大,它所產(chǎn)生的傾覆力矩巨大,所以其回轉機構的設計形式既不同于門座起重機,也不同于環(huán)型起重機。本文對該機回轉機構的設計思想及結構特點予以簡單介紹和分析。1后端回轉機構設計回轉機構由回轉支撐及運動機構、回轉驅動機構兩大部分組成(見圖2)?；剞D支撐及運動機構由環(huán)行回轉軌道、回轉平衡車輪組、水平車輪組及中心體組成。回轉平衡車輪組和水平車輪組分別承受整機的垂直力和水平力,共同抵消傾覆力矩?；剞D平衡車輪組由前后端4組臺車組組成,共計40個車輪,每組10個車輪由4道平衡梁通過塊式平衡鉸連接,沿回轉半徑按軸線向心布置在環(huán)行回轉軌道上,支撐整臺起重機的重量,最大設計輪壓為260t。在25m直徑的圓形軌道上,雙向無限回轉。水平支撐由水平車輪和固定在回轉中心立柱上的軌道組成。保證回轉中心的固定并承擔所有的側向力?；剞D驅動機構采用中心驅動,由安裝在回轉平臺上的10套驅動裝置和固定在中心體上的柱銷傳動齒組成。驅動裝置由電動機、立式行星減速器、極限力矩聯(lián)軸器、制動器和開式齒輪組成。通過減速器的小齒輪驅動回轉銷齒使起重機整個上部結構回轉。電動機與立式減速器的聯(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,回轉時起重機臂架若碰到障礙或起動、制動過猛,錐盤就打滑,從而防止電動機和減速器過載,保證回轉平穩(wěn)。2復合結構的設計特點2.1車輪踏面的設計40個回轉車輪分4組布置在回轉平臺下的四角,每組10個車輪,由4道平衡梁通過塊式平衡鉸連接,沿回轉半徑按軸線向心布置在環(huán)行回轉軌道上,保證各車輪受力均勻。車輪的踏面形式設計為錐面形,各車輪按軸線匯交于回轉中心,車輪與軌道結合面設計成水平面(見圖3)。錐形踏面的選擇是由車輪的回轉形式?jīng)Q定的,錐度為車輪半徑(r=400mm)與回轉半徑(R=12500mm)之比,即α=arcsin(40012500)α=arcsin(40012500)如果將車輪軸設計成水平的,車輪與軌道結合面為斜面(見圖4),則軌道對車輪的支反力N會產(chǎn)生一個附加側向力,對結構不利。而現(xiàn)在將此側向力轉化為車輪組的內(nèi)力,由調(diào)心滾子軸承承擔,車輪沿軌道回轉平順,無附加側向力。2.2驅動機構功率理論及調(diào)整整機采用驅動機構驅動銷齒來帶動回轉平臺回轉及行走機構的形式,而不是直接驅動車輪組。這種結構形式具有以下優(yōu)點:1)降低驅動功率,減少車輪打滑這臺設備由于輪壓大,而且在不同起重量及不同幅度下工作時前后輪壓差別大,所以采用銷齒集中驅動的形式更能充分利用驅動電機功率,降低裝機容量。如果采用類似環(huán)型起重機直接驅動車輪組的形式,則在回轉過程中小輪壓車輪將出現(xiàn)打滑現(xiàn)象而浪費功率,大輪壓車輪將要按最大輪壓計算驅動機構功率。通過計算,驅動電機功率理論上需要增加1.8倍以上。2)采用被動車輪,降低安裝、加工的精度每個車輪的轉速均可以單獨調(diào)整,以保證各自的動作,減少車輪的滑移(見圖5)。設R1為車輪實際回轉半徑(理論回轉半徑R=12500mm),ω為車輪相對于回轉中心的角速度,r為車輪半徑(r=400mm),h為車輪踏面寬,ω1為車輪相對于車輪軸的角速度,則ω1=ωRr=ωR400ω1=ωRr=ωR400。圖5中的x處相對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,車輪的實際運行情況是,每個車輪的平均速度是以O點為圓心、以R為半徑作圓周運動的,所以每個車輪均可以根據(jù)實際回轉中心調(diào)整自己的動作,保證整個車輪以實際回轉中心和實際回轉半徑作圓周運動。若直接驅動車輪組就沒有這一優(yōu)點。2.3回轉中心和回轉銷齒要保證整機以一個固定的回轉中心轉動,并且保證齒輪的嚙合要求,就必須固定回轉水平中心?；剞D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水平輪的方法。我們采用了回轉水平輪的方法,因為雖然中心立柱定位精確,但由于它和回轉銷齒孔的距離較遠,不易控制定位中心和回轉銷齒中心之間的誤差。而“大連重工”當時具有16m大型立車,能夠對水平輪軌道和回轉銷齒孔進行整體加工,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銷齒孔是整體加工的,因此可以認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)整水平輪與回轉軌道的接觸后,再調(diào)整回轉驅動裝置和回轉銷齒嚙合,所以可以認為水平輪的回轉中心和驅動機構的回轉中心是一致的。水平輪采用偏心套結構,在安裝過程中可以進行調(diào)節(jié)。3回轉軌道的調(diào)整在基本安裝結束后的試運行階段,試重800t時,曾損壞1臺回轉減速器。其原因是力矩限制聯(lián)軸器力矩值設置過大。制動器制動力矩過大和力矩限制聯(lián)軸器傳遞力矩設置太大而沒有起到保護作用,使減速器制動時受到過大的沖擊載荷作用?；A下沉引起起重機回轉軌道相對下沉量達21mm,引起整機回轉過程中驅動齒輪和回轉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,從而保護減速器。制動器按40s左右進行延時制動,利用調(diào)頻來調(diào)節(jié)制動力矩。制動器在起重機未停穩(wěn)時所施加的制動力矩小于減速器的許用力矩;待起重機回轉停止后,制動器施加全部制動力矩。這樣,減速器就不再受制動沖擊,又能保證制動時的穩(wěn)定。通過采取以下兩項措施:①利用電氣上的控制,做到起重機完全停穩(wěn)后才能開始進行二次回轉啟動。這樣可避免打反車帶來的沖擊。②調(diào)整水平車輪和回轉立柱的間隙,改善回轉機構的嚙合狀況。調(diào)整減速器由于基礎下沉所引起的高度差,改善回轉機構的嚙合狀況。目前回轉機構運行良好。4回轉水平軌道與回轉銷齒孔結構的設計方法,發(fā)展現(xiàn)代技術由于以前尚無類似超大型設備的設計經(jīng)驗,所以在設計過程中除充分考慮保證這種結構及機構在運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?；剞D水平軌道和回轉銷齒孔的整