轨道起重机曲轨运行机构的变基距法设计

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Abstract：Through research on two-wheel cart passing through the curve track，the basal spur variable method is a-dopted for realization of crane bend running，in order to deduce the formula for whee1.width and basal spur.In addition，the paper introduces a solution method using plotting，which can provide design basis and scheme for cranes running onboth straight and curve tracks。

Keywords：track crane；bend track；basal spur variable；design通常情况下，轨道起重机运行在直轨道上，然而有时由于安装场地的限制或实际作业的需要，要求起重机同时能够在弯曲轨道上运行。

轨道起重机大多采用双轮缘圆柱形车轮、四支点的结构形式，当-侧的2个支点沿同1根曲线轨道运行时，另-侧的 2个支点会偏离轨道。为了解决起重机在曲线轨道上运行时可能出现的车轮卡轨、脱轨现象，可考虑采用摇臂台车、游动车轮、加宽车轮踏面、修正轨道等方式进行补偿和修正。本文将研究另外-种方案 即通过改变 2条轨道上的运行机构基距 (简称变基距)来实现起重机曲线运行。下面以最典型的32轮起重机、8轮运行机构作为对象，介绍用公式计算和作图 2种方法设计曲轨运行起重机的变基距运行机构。

起重机的每 2个车轮构成-组双轮台车，每 2组台车之间通过小平衡梁连接，2组小平衡梁通过大平衡梁连接在-起构成-组运行机构，作为起重机的 1个支点。同-组台车的2个车轮固定在-起，之间没有相对运动，故台车是弯曲轨道上的最小运行单元。

1 最小车轮踏面宽度的确定如图 1所示，在曲线轨道上运动时，2轮台车的纵向中心线不随轨道弯曲，始终保持为直线，可能存在卡轨问题。为了使 2轮台车在弯曲轨道上运行而不卡轨，车轮踏面必须满足-定的宽度条件，其最小理论宽度可由式 (1)求得6 i /2D，4(RD21-- D)K21- B- (1) 6min / 4R。 式中：b为车轮踏面宽度，D为车轮踏面直径，D 为车轮轮缘直径， 为 2轮台车的轮距 ，为轨道顶面宽度，R为轨道弯曲半径。

由式 (1)可以看出，轨道弯曲半径越小，需要车轮宽度就越大。由于外侧轨道的弯曲半径比[5]孙凯 .胀套式无键连接装置的计算与选用[J].煤矿机械，2003(3)：14-16。

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[8]何西泠 .弹性胀套结构的受力分析 [J].起重运输机《起重运输机械》 2013(9)械，2009(3)：25-27作 者 ：胡喜磊地 址 太原市万柏林区窳流路 66号太原科技大学研究生学院47号信箱邮 编 ：030024收稿 Et期 ：2013-12-23- 2- 图 1 2轮台车卡轨示意图内侧轨道弯曲半径大，所以，外侧轨道上的车轮可比内侧轨道上的车轮窄，但为了制造方便及车轮的互换性好，同-起重机上的车轮宜采用相同的宽度，应以内侧轨道半径确定轮宽。在车轮宽度相同的情况下，外轨上的车轮不会出现两侧轮缘同时靠上轨道侧面的情况，即车轮与外轨间存有间隙。

也可通过作图确定车轮踏面的最许度 (见图2)，图解法步骤如下：1)在主视图上，根据车轮的踏面直径、轮缘直径，作出-个车轮轮缘与轨面的交点 A和 B，2交点间的长度为 ；2)在俯视图上，以轨道半径、轨道宽度作出轨道图，曲线中心位于台车的横向中心线；过点A- - .- Br- - 直线1/ 直 ZD l- %--/ l-、： r- - 、 夕- 22 - 图 2 车轮最许度作平行于台车中心线的直线 1，与俯视图上的轨道内缘交于点 C；过点B作平行于台车中心线的直线2，与俯视图上的轨道外缘交于点D；C、D点之问的垂直距离 b即为最小轮宽。

2 基距的求解由前述分析可知，在满足车轮最许度要求的前提下，-组 2轮台车是可沿曲轨运行的。在基距满足2个支点通过曲线轨道的条件下 (即基距 s与弯曲半径 R满足 S≤2尺)，假设台车与下平衡梁、下平衡梁与上平衡梁及上平衡梁与门架之间均可相对 自由转动，而 2条轨道上的运行机构之间没有相互约束，则每条轨道上的所有车轮均不会卡轨。由于内轨弯曲半径小，车轮通过的难度较大，所以，可先将 内基距根据总体结构布局的需要及2个支点通过曲线轨道的条件确定下来。

另外，起重机还要在直线轨道上运行，其轨距也已确定。在此条件下，通过调整外基距以修正起重机支点对轨道的偏移量，即可改变车轮中心线与轨道纵向中心线间的位置关系，从而保证外轨上的车轮也不卡轨。在直轨上运行时，起重机 2轨道上的基距是否相同对其运行没有任何影响。

由于外轨与车轮轮缘之间存在间隙，分别以其外侧轮缘和内侧轮缘定位，可得到最大和最小外基距，如图3和图4所示。图中4、B、C、D及 A 、、 C 、D，分别为内外运行机构的台车、小平衡梁、大平衡梁及门架的中点。

2.1 公式计算法根据图3、图4中的几何关系，可推导出在给定内基距和轮宽 (大于最小轮宽)的条件下，外基距的计算式为S外2 x#toc1-( 0DK) (2)L㈣ ：霸 -㈡-鼯 - - (3)： 酉 ㈩《起重运输机械》 2013(9) 式中：5外为外基距 ，5内为内基距 ，K为轨距，Js 为小平衡梁长度 ，S 为大平衡梁长度， 。

LOA和 。 的长度与车轮在轨道上的位置有关，下面按外侧轮缘和内侧轮缘定位情况分别求解。

1)最小外基距在最小外基距的条件下，内轨车轮的内侧及外轨车轮的外侧将分别靠在相应的轨道侧面 (见图3)。从图中的几何关系可推导出。 。 √(R外导)。-(号) -由于b/2和 d/2都远小于 ，故有丽 孺 由于 b12和 d/2都远小于 L。 ，故有- (5)(6)将式 (5)和式 (6)分别代人式 (3)和式(4)，再将式 (3)和式 (4)代入式 (2)即可得到最小外基距计算式为s √s m2-n28 - - - - -( K ㈩式中：R外为外轨 曲率半径，R外R内K； 2)：最大外基距R内为内轨曲率半径；d为轨道宽度；m为 2轮台 在最大外轨基距的条件下，内轨车轮的外侧车卡轨点间的最大距离，mK ；n为 2轮台 及外轨车轮的内侧将分别靠在相应 的轨道侧面车卡轨点间的最朽离， K。-T。 (见图4)，此时图3 最小外基距示意图： 砖丽 (8) 丽 -号丽 因此，最大外基距计算式为S#t，max√s m2n28[ 内图4 最大外基距示意图《起重运输机械》 2013(9)- 研 研 (10)2.2 图解法1)：求最小外基距① 根据车轮的踏面直径、轮缘直径、踏面宽度，按照 2轮台车卡轨图的方法作出 1组台车图；② 按照轨道的弯曲半径 、轨宽b尺寸画出轨道；③ 将台车图的内卡轨点置于内轨的内侧，得到台车在内轨上的位置；④ 以轨道圆弧的圆心 0为圆心、台车中点A到圆心 O的距离为半径作圆，再以台车的中点 A- 23 - 为圆 心、2台车之间的距离为半径作圆，2个圆的交点即为相邻台车的中点，其与 A点的连线即为小平衡梁纵向中 心线，连线的中点 JB即为小平衡梁的中点，也即为大平衡梁的-个端点。以 OB为对称轴将台车镜像 ，即可得到相邻的台车；⑤ 以0为圆心、OB的长度为半径作圆，再以B点为圆心、大平衡梁的长度为半径作圆，2圆的交点即为相邻小平衡梁的中点，也即大平衡梁的另-个端点；B点与交点的连线即为大平衡梁的纵向中心线，连线的中点 C即为起重机的-个门腿支点；将前面得到的2组台车以 OC为对称轴镜像，即得到了该门腿上的另外 2组 台车。至此，内侧轨道上的-组运行机构已经作出；⑥ 以0为圆心、OC的长度为半径作圆，再以 C点为圆心、内基距的长度为半径作圆，2圆的交点 C 即为起重机在内轨侧的另-个 门腿支点；连接 C点与 C 点，其中点D与 0点的连线即为起重机门架的横向中心线；将前面得到的-组运行机构以该中心线为对称轴镜像，即可得到内轨侧的另-组运行机构；至此，内轨侧的运行机构的位置已全部确定；⑦ 将台车图的外卡轨点置于外轨的外侧，得到台车在外轨上的位置；⑧ 按照步骤④和⑤的方法，即可得到外轨侧的-组运行机构，其大平衡梁的中点为 C.；⑨ 在外轨侧作与 CC 相距为 K (轨距)的平行线；以 0点为圆心、OC 的长度为半径作圆，与平行线的2个交点问的距离即为最小外基距。

⑩ 将步骤⑧中得到的-组外轨侧运行机构绕圆心 0旋转，使点 C 与外基距的其中-个端点重合；再将该组运行机构以OD为对称轴镜像，即得到了外轨侧的另-组运行机构。至此，起重机的4组运行机构通过作图全部确定。

2)求最大外基距求最大外基距的作图方法，仅在上述第③步中将台车图的外卡轨点置于内轨的外侧，第⑦步中将台车图的内卡轨点置于外轨的内侧。

3 轮宽与基距的优化前面理论求解了最小轮宽和极限基距，由于- 24 - 实际的轨道宽度、轨距、弯曲半径、轮宽等均存在偏差，按照理论计算的极限值制造出的起重机在曲轨运行过程中仍可能出现卡轨现象。设计时，应对内基距、轮宽和外基距根据弯曲条件、总体布局、整机稳定性等因素进行优化组合。外基距宜绕算出的Sl，min和s外m 的中间值。

4 铰点的设计对于变基距式曲轨运行起重机，除了车轮轮宽和基距等几何参数满足要求之外，还需要运行机构各单元之间能够相对转动。为了实现转动功能，可将相邻的上下 2单元通过竖直轴铰接，同时支承面采用摩擦因数较小的滑板。起重机曲轨运行时，车轮在受到轨道侧 向力的作用下，各单元便可绕竖直轴 自由转动。

5 结束语在不能修正曲线轨道的情况下，只能通过对运行机构的特殊设计来实现起重机曲轨运行。设计过程中应针对不同的条件，采认理 、经济的方案。对于弯曲半径较大的轨道，通过加宽车轮踏面就可能达到目的。对于弯曲半径不大的轨道，如果仅加宽车轮宽度，起重机在直线轨道上易因车轮太宽而导致偏斜运行，且停机防风时锚定很难操作，此时变基距与加宽车轮相结合就不失为很好的方案。本文给出了 8轮运行机构的求解方法，其他形式的运行机构可按照上述原理通过计算或作图方便地求解出来。只要参数合理，变基距起重机很容易实现曲轨运行。