文摘：上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可采用滾動(dòng)軸承回轉(zhuǎn)支承。簡(jiǎn)要介紹了具有該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的起重機(jī)小車和吊具，提出了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算方法，并討論了該方法在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法。

關(guān)鍵詞：上旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)；帶有回轉(zhuǎn)支撐的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；電機(jī)計(jì)算

中國(guó)圖書(shū)館分類號(hào)：TH215文獻(xiàn)識(shí)別碼：A文號(hào)：1001-0785(2020)17-0062-03

0 引言

電磁吊梁起重機(jī)是一種通過(guò)吊架吊梁下的電磁鐵吸取并運(yùn)載物品的橋式起重機(jī)，主要用于起吊鋼板、鋼坯、棒束等長(zhǎng)尺寸物品。旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)通過(guò)吊具或小車的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)起吊過(guò)程中被吊物在水平方向旋轉(zhuǎn)一定角度。旋轉(zhuǎn)吊具稱為下旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)，旋轉(zhuǎn)小車稱為上旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)。一般上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)的小車有上下兩種結(jié)構(gòu)，兩個(gè)小車由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用輪環(huán)軌或滾動(dòng)軸承回轉(zhuǎn)支承。輪環(huán)軌回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，計(jì)算方法成熟，而回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多用于工程機(jī)械，在橋式起重機(jī)上應(yīng)用較少。各種標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)、教材中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算方法也多適用于工程機(jī)械，用于橋式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算時(shí)不方便。因此，主要討論上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算。

1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介

上旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)的小車和吊具如圖1所示。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在下小車上，可實(shí)現(xiàn)小車在橋梁軌道上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；上小車通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與下小車連接，并可相對(duì)于下小車在水平面上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；起重機(jī)構(gòu)安裝在上小車上，電磁吊梁隨上小車轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被吊物品的轉(zhuǎn)動(dòng)。

上部臺(tái)車2。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3。降低臺(tái)車4。電磁吊梁5。電磁磁盤(pán)6。暫停物品

圖1臺(tái)車和吊具示意圖

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由三合一減速電機(jī)、回轉(zhuǎn)支承和小齒輪組成，如圖2所示。回轉(zhuǎn)支承的外圈是外齒圈結(jié)構(gòu)，用螺栓固定在上部小車架的下部，內(nèi)圈用螺栓固定在下部小車架上。三合一減速電機(jī)通過(guò)小齒輪將動(dòng)力傳遞給回轉(zhuǎn)支承的外齒圈，內(nèi)圈固定，使外齒圈相對(duì)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)上小車轉(zhuǎn)動(dòng)。如果空間允許，三合一減速電機(jī)也可以由電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器組成的常規(guī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)代替，但無(wú)論采用哪種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)功率的計(jì)算方法基本相同。

1.三合一減速電機(jī)2。下部支架3。小齒輪4。回轉(zhuǎn)軸承5。上部托架

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)電機(jī)功率的計(jì)算主要考慮回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩、風(fēng)阻矩和坡道阻力矩。但這種算法主要針對(duì)室外工程機(jī)械，對(duì)于室內(nèi)運(yùn)行的電磁吊梁式起重機(jī)，風(fēng)阻力矩和坡道阻力力矩可以忽略。同時(shí)，由于上小車本身、電磁吊梁、電磁鐵和被吊物體對(duì)旋轉(zhuǎn)中心都有較大的慣性矩，在繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的慣性矩阻力，這應(yīng)該是計(jì)算電機(jī)功率的關(guān)鍵因素，所以電機(jī)的等效功率。

其中：Pe為電機(jī)的等效功率；Mm是摩擦阻力矩；Mg是慣性阻力矩；n是小車的轉(zhuǎn)彎速度；是機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率。對(duì)于電磁吊梁起重機(jī)，一般采用減速器和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，=0.8 ~ 0.85為宜；as為電機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的單位值，即平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與基準(zhǔn)通電持續(xù)時(shí)間的額定轉(zhuǎn)矩之比，交流電機(jī)as=1.5 ~ 1.6；1.1 ~ 1.3為系數(shù)，考慮了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分(包括電機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和制動(dòng)輪等)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。)，并增加慣性阻力矩。n是轉(zhuǎn)速，一般由用戶提出，所以計(jì)算電機(jī)等效功率的主要未知數(shù)是摩擦阻力矩Mm和慣性阻力矩Mg。

對(duì)于帶有滾動(dòng)軸承回轉(zhuǎn)支承的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，摩擦阻力矩可由回轉(zhuǎn)支承制造廠提供或按公式(2)計(jì)算。

其中：為旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)，=0.01(滾珠式)，=0.012(滾輪式)；d是回轉(zhuǎn)支承滾道的中心直徑； f是所有滾球或滾子上的總壓力。

其中：Fa為回轉(zhuǎn)支承上的總垂直力(軸向力)，F(xiàn)r為回轉(zhuǎn)支承上的總水平力(徑向力)，為滾子的壓力角，可計(jì)算為45。

式中：mq為起重機(jī)的額定起重量；Mc是上部小車的質(zhì)量，即回轉(zhuǎn)支承上方小車的質(zhì)量；Ml是電磁吊梁的質(zhì)量；Md是所有電盤(pán)的總質(zhì)量；g是重力加速度，取g=9.81m米/S2。

其中：v為起重機(jī)的運(yùn)行速度；Tq是起重機(jī)作業(yè)的開(kāi)始時(shí)間，一般為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。阻力慣性矩為

式中：Jq為被吊物對(duì)小車中心線的慣性矩；Jc為上部小車對(duì)小車旋轉(zhuǎn)中心線的慣性矩；Jl為電磁吊梁對(duì)小車旋轉(zhuǎn)中心線的慣性矩；Jd是所有電磁盤(pán)對(duì)小車旋轉(zhuǎn)中心線的慣性矩之和；t為回轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)間，t=3 ~ 5 s

一般來(lái)說(shuō)，被吊物可近似視為長(zhǎng)方體或圓柱體，上小車可近似視為圓盤(pán)，電磁吊梁可近似視為長(zhǎng)方體。那么Jq，Jc，Jl可以分別通過(guò)相應(yīng)的慣性矩公式計(jì)算出來(lái)，這里就不贅述了。

電磁盤(pán)通常是長(zhǎng)方體或圓柱體，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd1，Jd2，每個(gè)電磁盤(pán)繞自身中心線的Jdi可以通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式計(jì)算出來(lái)，而這個(gè)中心線應(yīng)該與汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線平行。同時(shí)，電磁盤(pán)懸掛在電磁吊梁下，一般以一定距離對(duì)稱排列。如圖1所示，所有電磁盤(pán)對(duì)小車旋轉(zhuǎn)中心線的慣性矩之和為

其中：Jdi為第I個(gè)電盤(pán)繞自身中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，mdi為第I個(gè)電盤(pán)的質(zhì)量，li為第I個(gè)電盤(pán)中心線到小車中心線的距離，n為電盤(pán)個(gè)數(shù)。根據(jù)GB/T3811—2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，所選電機(jī)的功率應(yīng)滿足以下要求。

其中：Pn為所選電機(jī)在CZ值和實(shí)際通電時(shí)長(zhǎng)JC值下的功率；k為考慮環(huán)境溫度和海拔高度的功率修正系數(shù)，可按GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》圖15選取；g為穩(wěn)態(tài)荷載的平均系數(shù)，可根據(jù)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)

檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)過(guò)載的公式為

其中：h為系數(shù)，繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)h=1.55，籠型異步電機(jī)h=1.6，DC電機(jī)h=1；Nm是電機(jī)的額定速度；m是電機(jī)的數(shù)量；I為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比；m是電機(jī)相對(duì)于Pn的最大扭矩倍數(shù)，由電機(jī)制造商提供。對(duì)于直接全壓起動(dòng)的籠型電機(jī)，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩m

在一些實(shí)際應(yīng)用中，這種方法計(jì)算的電機(jī)功率較小，因?yàn)闈L動(dòng)軸承回轉(zhuǎn)支承對(duì)底座的剛度要求非常高，對(duì)于箱形梁框架結(jié)構(gòu)的小框架，按照常規(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)而擠壓滾子與內(nèi)外圈的間隙，使回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩增大。當(dāng)剛性嚴(yán)重不足時(shí)，回轉(zhuǎn)支承會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)異常或不靈活甚至不能轉(zhuǎn)動(dòng)，給人電機(jī)動(dòng)力不足的感覺(jué)。為了使上旋轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)滿足使用要求，可以提高小車架的剛度；提高回轉(zhuǎn)支承的剛度，增加滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的間隙；根據(jù)計(jì)算出的電機(jī)功率，增加一檔來(lái)選擇電機(jī)。

實(shí)踐證明，采取這些措施后，上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)能夠很好地滿足使用要求。

4 應(yīng)用

各種標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和教材中關(guān)于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算方法都有很強(qiáng)的通用性，比較適用于工程機(jī)械，用于上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)時(shí)往往不方便。為此，根據(jù)實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，探討了上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算方法，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用提出了上回轉(zhuǎn)電磁吊梁起重機(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)受多種因素的影響，需要進(jìn)一步研究以獲得更準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)功率值。

參考

[1] GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].，王，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013。

[3]高立成。橋式起重機(jī)的兩種典型回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[J].山西冶金，2019，42 (3): 66，67，70。