起重机单侧弧形踏面车轮技术

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1 单侧车轮参数化弧形踏面结构目前，解决起重机啃轨问题的技术主要集中在两个方面。-方面是应用激光等先进测量技术提高起重机的安装调整精度，该方面技术主要是发生啃轨后 的调整安装处理，具有滞后性且费时费力 ；另-方面，利用变频控制和传感器技术 ，实时调整控制车轮的速度 ，防止车轮啃轨。该方面技术可以较好地解决车轮啃轨问题，但其投人大，成本高，大大地限制了它的应用。

针对桥、门式起重机车轮啃轨问题及相关技术的局限性，在借鉴目前高速铁路轮轨参数化踏面研究技术的基础上，结合起重机轮轨之间跨距大、刚度低及低速重载工况的特点。提出-种单侧参数化弧形踏面车轮技术，从改变起重机轮轨接触条件的角度出发，达到防止啃轨和降低不良摩擦造成的影响。该技术已经获得 国家专利(ZL2007 2 0033595.6)，只是改变-侧车轮踏面的结构参数，不需要任何设备投入，几乎没有增加成本，易于广泛应用。

- 10 - 在轨道交通领域，尤其是高速列车中，轮轨参数化踏面技术的研究与应用已较为普遍。铁道车辆最初使用的车轮均采用锥形踏面，其会产生2点接触，磨损快。后通过轮廓外形参数与轨道轮廓外形相近的磨损形弧形车轮踏面逐步替代锥形踏面，如我国现行铁道车辆通用的LM、LMa参数化磨损形弧形踏面；机车通用的 JM1、JM2、JM3参数化磨损形弧形踏面等。这些参数化踏面实际应用中在降低接触应力、减少磨损、提高运行稳定性方面都取得了良好的效果与铁路车辆相 比，桥、门式起重机的轮轨之间的跨距非常大，且大多为低速重载的工况。因此，起重机轮轨跨距误差的绝对值也要远大于铁路车辆，必须考虑其跨距误差补偿的问题。在借鉴目前高速铁路轮轨参数化踏面研究技术的基础上，结合桥、门式起重机自身特点，提出-种与高速铁路双侧车轮对称弧形踏面结构不同的单侧车轮参数化弧形踏面结构 (如图1所示)，即-侧车轮采用优化 的参数化弧形踏面替代平面踏面，《起重运输机械》 2013(8)改变轮轨的接触条件；而另-侧仍采用平面踏面对轨道的跨距误差进行补偿 (如图2所示)。

图 1 铁路车辆对称轮轨踏面的结构形式，- - - 、 (a)普通踏面侧车轮结构 (b)参数化的弧形踏面侧车轮(直线形) 结构图2 单侧车轮参数化弧形踏面结构2 理论分析与仿真2.1 理论分析Hertz接触理论作为接触学经典分析理论，解决求解接触中的大多数问题。其3条基本假设为：1)接触体是线性弹性体，服从广义胡克定律；2)光滑表面，只有法向作用力，不存在切向摩擦力；3)接触面尺寸与接触体表面的曲率半径相比很小，即异曲接触。

对于普通踏面轮轨的接触，可将其理想化为 2个无摩擦接触的正交圆柱体接触。符合Hertz理论的3条假设条件，其接触应力及相关变形可以使用弹性半空间Boussinesq公式求解。

对于弧形踏面轮轨的接触，不符合第三条假设条件，其属于共曲接触。需对弹性半空间 Bouss-inesq公式进行修正或使用有限元方法求解接触应力及变形。

2.2 有限元计算与仿真利用 ABAQUS有限元软件对参数化弧形踏面和普通踏面的接触应力及变形进行仿真计算。

1)仿真参数：最大轮压为350 kN，轮轨材料为 45钢，轨道接触表面弧形半径为 R400 mm；普通踏面分别 以 00 mm、b600 mm、800 mm车轮直径仿真；参数化弧形踏面 (车轮直径均为8oo mm)分别以R250mm、R350 mm、R400 mm的踏面弧形半径仿真。

表 1 最大接触应力仿真结果踏面结构形式 普通踏面 参数化弧形踏面结构参数/mm 吐400 600 68oo 尼25O 冗350 0O最大接触应力/MPa 8l6.7 710.3 645.2 616.0 496.7 489.5从轮轨最大接触应力仿真结果分析，起重机轮轨的最大接触应力大小与车轮踏面形状、车轮直径相关。踏面弧形参数越接近轨道，最大接触应力越小，当踏面弧形半径与轨道相等 (均为 R400 mm)时，最大接触应力最小为489.5 MPa；车轮直径越大，最大接触应力越小，当普通踏面车轮直径为800 mil时，其最大接触应力最小为645.2 MPa。

3 试验分析对已应用单侧车轮弧形踏面结构 的 QD35-28.5双梁桥式起重机进行运行试验，验证起重机《起重运输机械》 2013(8)单侧车轮参数化弧形踏面结构对于防止啃轨的有效性。

3.1 试验方法及结果判定1)在正常安装条件下运行-定的时间后，分别观察两侧车轮的啃轨情况。

2)人为设置引起啃轨的条件和因素，运行-定的时间后分别观察两侧车轮的啃轨情况。

3)试验中车轮啃轨程度的判定方法：-是通过观测车轮踏面和边缘的摩擦痕迹；二是在三相电机的输入端接人电流表和电压表，观测起重机运行过程中的负载变化。