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桥式起重机行走现象分析及改进
桥式起重机在各行业被广泛使用.桥式起重机在正常运行
时, 大车车轮踏面宽度比轨道头宽度大30～40mm, 车轮在踏面
中间运行, 车轮轮缘与轨道之间保持一定的间隙。但是由于某
些原因使车轮不在踏面中间运行, 造成轮缘与轨道一侧强行
接触, 造成车轮啃道。厂目前就有桥式起重
机在线使用。桥式起重机使用一段时间后, 都会不同程度出现
大车行走啃轨现象, 尤其是使用多年的行车。焙
烧车间和电解车间的行车大车行走啃轨严重, 造成设备故障
经常发生, 增加了设备备件消耗和维修工作量, 影响了该车间
的正常生产。针对这一现象, 我们从理论上进行了分析, 提出
改进措施。改进后设备运行正常, 设备事故、故障停机率大大
降低, 保证了车间的正常生产。
1 啃道的概念、形成条件及判断
啃道现象是多种多样的, 有时只有一个车轮啃道, 有时出
现几个车轮同时啃轨, 有的往返运行同侧啃轨, 也有的往返运
行分别啃磨两侧。啃轨的原因很复杂, 可能是轨道、车轮、桥架
的因素, 也可能是其他因素的影响。因此必须具体问题具体分
析。
桥式起重机系有轨运行, 是车轮在专用的轨道上运行。.起
重机轨道是用来支承起重机的全部重量, 保证设备正常、定向
运行的。所以选用桥式起重机轨道应满足以下技术条件:
( 1) 轨顶表面能承受车轮的挤压力;
( 2) 轨底有一定的宽度以减轻对基础的承压;
( 3) 应有良好的抗磨弯度。
起重机在运行中, 由于多种原因常出现轴向移动或轴向
歪斜, 运行机构的大车或小车的车轮轮缘与轨道头侧面接触,
产生水平侧向力, 发生严重摩擦, 致使轮缘很快磨损和变形。
同时使轨道的侧面也产生严重的磨损。起重机在运行中受到
轮缘与轨道构成的约束,在约束运行时,轮缘车轮的轮轨接触
状态( 如图1) , 这时车轮与钢轨有两个接触点, A 点在踏面上
称为承载点, B 点在轮缘上或过度圆弧处称为导向点。这种接
触摩擦方式造成了车轮缘摩损及轨道的侧面摩耗, 这种现象
习惯上称啃轨。轻微啃轨造成轮缘及轨道的侧面有明显的磨
损痕迹; 严重啃道造成轮缘和轨道的侧面金属剥落或向外变
形。
图1 轮缘车轮的轮轨接触状态
在以下现象出现时, 就可判断有啃道现象:
( 1) 在轨道的侧面有明显的摩擦痕迹, 磨下的铁沫掉落
在轨道上。
( 2) 车轮的轮缘有磨损、轮缘上有很大的磨损圆弧, 经过
测量车轮轮缘磨损达5 % 。
( 3) 起重机在起动、制动时出现走偏、扭摆, 并有啃轨时
发生的异常声响。
( 4) 起重机行驶到某一区域时有扭动, 不正常的摩擦声,
此时车轮轮缘与轨道边缘的间隙发生明显的变化, 运行阻力
增大。
( 5) 起重机在行驶过程中有脱轨现象。
( 6) 起重机运行阻力增大, 电机发热甚至烧坏。
2 啃道的程度分类
( 1) 控制运行机构的凸轮控制器置一挡不起动, 置二挡
起动; 停车后( 不制动) 惯性运行距离短; 轮缘有磨损, 但无掉
屑、卷边现象; 车轮使用寿命约为2～3 年。这种为轻度啃道, 应
着手检修。
( 2) 凸轮控制器置一挡不起动, 置二挡缓慢起动; 停车
时, 几乎无惯性运动; 轮缘磨损快, 有掉屑和卷边现象; 车轮使
用寿命为0.5～1 年。这种为重度啃道, 进行及时调整和检修。
( 3) 凸轮控制器置二挡不起动; 运行时轮缘与轨道摩擦
强烈, 严重时车轮爬上轨顶; 车轮使用寿命少于半年。这种为
严重啃道, 立即停机修理。
3 啃道的影响
3.1 降低车轮的使用寿命
起重机正常情况下, 车轮的材料一般采用ZG310～710 铸
钢, 经过淬火处理的车轮踏面表面硬度为HB300～380, 淬火深
度不少于15～20mm, 可以使用十年或更长时间。但啃道严重的
起重机, 车轮只能用一两年, 甚至有的车轮仅用几个月, 就必
须更换, 这就影响了企业的正常生产经营。
3.2 磨损轨道
车轮啃道加大了轨道的磨损, 严重者会将轨道磨出台阶,
直至更换轨道。
3.3 增加了运行负载
据测定, 严重啃道的起重机运行比正常运行阻力增加
1.5～3.5 倍。由于运行阻力的增加, 使运行电动机和传动机构超
载运转, 严重时可能烧坏电动机或扭断传动轴。
3.4 对轨道压板的影响
由于起重机车轮啃道, 必然产生水平侧向力, 这种侧向力
导致轨道横向位移, 致使固定轨道的螺栓松动, 压板脱落, 致
使轨道向内或向外弯曲加大, 使啃道更加严重, 造成整台车在
运行时产生巨大震动。
3.5 造成脱轨危险
__当轨道接头间隙大( 正常接头缝隙为1～2mm, 单根轨长
达10m 左右时, 缝隙可为4～6mm) 时, 啃道严重的情况下, 车
轮可能爬到轨顶, 造成脱轨事故。
4 啃轨原因分析
在正常运行情况下, 起重机车轮轮缘和轨道之间有一定
的间隙, 一般设计最大间隙为30～40mm, 但由于某些原因如吊
装、运行中的一些因素造成车轮歪斜, 使运行中的车轮与轨道
的接触面不在踏面中间, 造成车体偏斜。当车体偏斜时, 起重
机的一侧轮缘和轨道侧面相挤压, 轮缘和轨道就产生了侧面
摩擦, 从而造成轮缘和轨道的侧面摩损, 这是起重机偏斜啃轨
的主要原因, 也就是说尽管轮距和轨道跨度是正确的, 但是车
轮踏面的中心线与轨道的中心线不重合, 当车体偏斜时, 整个
起重机靠着轨道一侧接触而行走, 因此造成了车轮轮缘与轨
道间的一侧强行接触, 并使车轮和轨道严重磨损, 因此就产生
了啃轨。
啃轨的原因还有许多, 如行车的桥架及基础变形, 必将引
起车轮的歪斜和跨度大小的变化, 从而导致大车运行啃轨。因
桥架变形,促成端梁产生水平弯曲, 造成车轮水平偏斜超差, 这
也是啃轨的主要原因。
当大车运行制动时, 则产生纵向或横向力。如大、小车同
时制动, 便产生一个合成制动力, 使轨道承受一个斜向推力。
这时如果轨道安装成一侧高于另一侧时, 起重机重心就会整
个移向低的一侧, 从而增加了轨道所承受的横向力, 使轨道的
一侧车轮紧夹在轨道外侧, 造成啃轨, 我们对以下几方面做个
重点分析:
4.1 轨道问题
由于轨道安装不正确、不符合安装技术要求, 而造成轨道
跨度公差及两根轨道相同跨度标高误差超标等, 都能造成大
车运行啃轨。如大车轨道安装质量不好, 轨道的水平弯曲过
大, 当超出跨度公差时, 必然引起车轮轮缘与轨道侧面摩擦,
即引起运行啃轨。
( 1) 轨道安装质量不合格, 轨道水平弯曲过大( 图2) , 大
车轨道同跨度高低误差大( 图3) ,( 要求误差不大于2mm) ,
超过跨度公差时, 就会产生, 这种啃道在固定线段。
图2 大车轨道水平弯曲
轨道同跨度高低误差过大, 最大误差达45mm, 严重超标
如图3
( 2) 轨道轨距过大( 允许跨度±5mm) 时, 外侧轮缘啃道;
轨距过小时, 内侧轮缘啃道。
( 3) 两根轨道同一截面上的轨面高度差过大( 柱子处不
大于10mm, 其它处不大于15mm) , 造成大车侧移, 超高侧外
侧啃道, 另一侧内侧啃道。
( 4) 轨距一端大, 一端小, 轨道安装" 八字形", 两根轨道
平行度超差, 在这样的轨道上运行时, 轮缘与轨道间隙愈走愈
小, 直至内侧轮缘啃道; 向相反方向运行, 才慢慢好转, 继续运
行, 外侧轮缘又开始啃道。
( 5) 使用过程中因压板螺栓松动或压板无止退垫而导致
轨道位置移动, 使得轨距、平行度、直线度等超差时, 将发生啃
轨现象。
轨道安装垫板未压实, 不承载时轨道保持水平, 承载时轨
道下陷, 造成啃道。
4.2 车轮问题
首先检查车轮外观有无裂纹、踏面剥落、压陷等。早期的
磨损使车轮出现踏面压溃或磨成平面.轮缘的厚度磨损≤5%,
踏面磨损≤1.5%, 踏面无麻点, 则车轮合乎使用标准。
两主动轮直径不相等, 起重机运行时, 左右两侧的运行线
速度不一, 产生车体走斜啃道。
车轮的安装位置不正确, 主要有以下几种:
( 1) 四个车轮的安装位置不在矩形的四角。同侧中心不
在一条直线上, 车轮偏斜, 这时不管是主、被动轮都会造成啃
轨。
( 2) 如图4 所示, 车轮位置呈平行四边形, 对角线
D1>D2, 啃轨车轮在对角线位置。
图4 啃轨现象之一
( 3) 如图5 所示, 车轮位置呈梯形, 啃轨位置在同一条轴
线上, L1<L2、D1=D2, 若轮距过大, 同时啃轨道内侧, 若过小,
则啃轨道外侧。
图5 啃轨现象之二
( 4) 车轮安装不规范, 水平偏斜过大都会引起啃道也容
易造成啃轨, 造成二种啃轨现象。
( 5) 如图6 所示, 一个车轮有偏斜时, 当向一个方向运行
时, 车轮啃轨道的一侧, 当反向运行时, 又啃轨道另一侧, 此现
象较轻。
图6 啃轨现象之一
( 6) 如图7 所示, 两个车轮有偏斜时, 当向一个方向运
行时, 车轮啃轨道的一侧, 而反向运行时, 同一车轮又啃轨道
另一侧, 此现象较为严重。
图7 啃轨现象之二
( 7) 车轮垂直偏斜(图8)过大都会引起啃道。
图8 车轮垂直偏斜
( 8) 两个锥形主动车轮方向安装错误( 图9 应该是锥顶
向外) 。
图9 锥形踏面的车轮
4.3 桥架变形
由于桥架的变形必然引起车轮的歪斜和跨度的变化, 在
此一起分析。
( 1) 桥架变形造成端梁水平弯曲, 或对角线长度超差
( 允许相差不大于5mm) , 跨度超差( 允许±5mm) ,会引起啃
道。
造成车轮水平偏斜超差( 允许不大于测量长度的
1/1000) , 车轮宽度中心线与轨道中心线形成一夹角, 两主动
轮同向偏斜, 造成啃道。
( 2) 桥架产生垂直变形, 造成车轮垂直偏斜超差( 允许偏
差不大于测量长度的1/400) , 或安装时超差, 车轮的踏面中心
线与铅垂线产生夹角( 图8) ,改变了车轮的滚动半径( 图10) 。
当一对主动车轮向同一方向垂直偏斜, 且偏斜量相等时
(图11), 则在空载时A、B 两车轮的运行半径增大值相等, 不会
产生啃道。但是承载后, A 轮的垂直偏斜进一步增大, B 轮垂直
偏斜减少, 形成两主动轮的滚动半径不相等, 车轮发生啃道。
图10 车轮垂直偏斜改变了滚动半径
图11 车轮同向垂直偏斜
4.4 其它原因
( 1) 分别驱动的大车运行机构中两台电动机转速不一
样, 导致左右车轮线速度不一样, 造成车体跑偏啃道。
( 2) 两端联轴器传动间隙差过大, 引起车轮不能同时驱
动, 造成啃道。
( 3) 分别驱动的大车运行机构中两台制动器, 调整间隙
不同, 造成制动力矩不等, 步调不一致。
( 4) 轨道顶面有油污、冰霜、杂物等, 引起两侧车轮的行
进速度不一样。
5 啃道修理
( 1) 大车车轮的啃道, 亦有因运输或安装吊运等原因造
成桥架变形, 使大车的水平偏斜、垂直偏斜、对角线超差过大。
因此, 首先应矫正桥架, 使其符合技术要求, 否则不能从根本
上解决问题。
( 2) 在桥架和传动机构基本上符合技术要求, 或桥架虽
有变形但不大时, 调整车轮可以解决啃道。有时调整一个车
轮, 可以同时解决车轮的水平偏斜、垂直偏斜、跨度和对角线
超差等几个方面问题, 所以应检查分析, 确定调整那一个车轮
能使工作量最小。
特别要注意的是, 因为主动车轮与传动机构相联接, 所以
调整主动轮的工作量较大, 容易造成传动机构不同心, 所以除
必须外, 以调整被动轮为好。
( 3) 关于水平偏斜的调整, 从图12 和图13 可以看出, 若
A、C、D 三个车轮的偏斜量符合规定, 只将B 轮的偏斜方向调
整一下即可, 无需四个车轮全部调整。
图12 调整前图13 调整后
( 4) 关于车轮的垂直偏斜的调整, 在空载应使两车轮的
边向外偏斜(图14), 当起升载荷逐渐增大时, 车轮正好趋向于
垂直受力。
图14 车轮向外垂直偏斜
( 5) 调整车轮前, 首先用千斤顶将端梁顶起, 使车轮悬
空, 然后松开紧固螺栓, 再调整。
( 6) 轻微的调整, 可松开紧固螺栓后, 在角型轴承箱的槽
内加垫即可。
( 7) 需要调整的量较大在将定位键板铲开, 在键板与端
梁弯板之间加垫调整, 见图15。调整水平偏斜, 应在垂直键板
处加垫。调整调整垂直偏斜, 应在水平键板处加垫。
1- 车轮; 2- 端梁弯板; 3- 水平键板; 4- 角形轴承架;
5- 垂直健板; 6- 紧固螺栓
图15 车轮组
( 8) 调整跨度和对角线差时, 应将一个车轮的四块键板
全部铲平, 调整好后再把定位键板焊接在端梁弯板上。
( 9) 两侧电机转速不致, 换为同型号同厂家的电机。
( 10) 两侧制动器动作不协调的调整制动器。
( 11) 传动机构间隙大的检修或更换联轴器和变速箱。
( 12) 两侧车轮直径不一的车削或更换; 有锥度的车轮安
装方向有错的调整为锥顶向外侧。
( 13) 轨道有问题的依据轨道安装要求检修调整; 轨道上
有杂物、灰尘的进行清理。
( 14) 桥式起重机轨道采用的是P38 型钢轨, 采用压板,
骑卡固定。在轨道上方面, 我们决定对其进行整改, 以调整高
低误差为主, 同时附带调整轨距偏差。采用加垫板法来调整,
选用普通钢板, 其厚度按轨道实测高低误差选定, 垫板要求表
面平整、无凹凸, 外形尺寸宽度不得超过轨道压板20mm, 轨道
下面要填实, 不得有悬空现象, 用带螺栓的压板固定在下面梁
上, 这种方法结构经济、可靠、效果好, 简单易行。
6 结束语
总之, 起重机大车车轮啃道情况多种多样, 原因千差万
别, 在实际工作中, 要解决啃道问题时, 必须认真分析, 找出产
生的原因, 才能对症下药, 方可达到事半功倍的效果。我们采
用加垫板固定方式修复大车运行轨道, 经过复检, 修复后的大
车轨道水平弯曲, 同截面两根轨道高低误差合乎使用标准, 验
收合格, 现正用于生产。经过一年的时间证明, 经过修复的起
重机大车轨道消除了啃轨现象, 设备运行状况良好, 减少了维
修次数, 节约备件资金, 减少了设备事故, 为企业提高经济效
益提供了有力的保证。
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