三梁式铝电解多功能起重机桥架结构分析计算

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

铝 电解多功能起重机是铝厂预焙阳极铝电解生产专用的机械化操作设备，它能完成预焙阳极铝电解槽的打壳、换极、补充覆盖料、清渣、出铝、提升阳极母线、吊运电解槽上下部结构和及其它零星作业。

随着电解铝工业 的快速发展，国内新建 的铝厂大多选用 电流强度 400 500 kA之间的电解槽型 ，而槽型结构随着电流强度不断增大而增大 ，相应的 出铝量也要求在 32 t以上，现有最大出铝量为 25 t的双主梁铝电解多功能起重机 ，已经难 以满足生产 的需要 ，主要原因：(1)出铝小车采用偏挂式结构运行在偏轨箱型主梁上。由于小车整体结构受出铝起重量影响，随着 出铝起重量增大，偏挂式小车倾翻力矩势必增大 ，增加了整体结构不稳定性。

(2)主梁截面因受垂直弯曲和移动扭矩等因素影响.必须增高变宽；同时由于偏挂结构 ，出铝小车轨道承受侧向倾翻力加大 ，使轨道的材质 、截面形状选择与制作、热处理方式以及轨道与主梁的连接方式等等，成为设计中必须重点关注的十分棘手的问题 。

综合考虑，铝电解多功能起重机采用三梁式桥架结构，工具小车和出铝小车采用四轮支撑且分别在两根偏轨主梁上运行 ，尤其是 出铝小车采用 四轮结构后 ，克服 了偏挂式结构 的不足 ，结构稳定，受力均匀，运行安全，使用方便；对起重机桥架结构和车轮的整体布局更为有利 ，满足了大吨位 出铝的要求 ，提高了劳动生产率，具有广泛的社会效益和经济效益 。

2 三梁式桥架机械布局的设计计算2.1 起重机桥架布局和车轮垂直轮压的简化计算起重机桥架布局设计，必须使三梁铝电解多功图 1 八轮支撑三主梁桥架 收稿 日期 ：2Ol2-12-18作者简介：李家森(1956 )，男，辽宁沈阳人，本科，高级工程师，主要从事技术管理工作。

第 l期 李家森等：三梁式铝电解多功能起重机桥架结构分析计算 47能起重机在满足机组各作业工具有足够的操作作业空间和维护空间，同时满足厂房的设计轮压，我们采用八轮支撑结构形式的桥架，主梁与端梁用高强度螺栓联接 ，联接梁的两铰接轴连接两个端梁 ，这样不但方便起重机桥架 的生产制作 、安装调试 ，而且计算轮压时可 以按两个 四轮支撑 的桥架结构处理 。其结构示意图如图 1所示。

- 般情况下，设计厂房时为了降低工程成本，通常规定起重机的最大轮压值≤400 kN，而且受厂房空间限制，车轮直径不允许太大，这也限制了车轮的许用轮压 。实际工程 中，车轮轮压 的受力分析有几种情况，其 中主要有：(1)全部空载。

(2)电葫芦满载 ，工具小车、出铝小车无载在供电侧或在烟道侧。

(3)出铝小车满载 ，电葫芦无载 ，工具小车在供电侧或在跨中或在烟道侧。

显然，可以排除第-种情况对车轮最大轮压影响；即使是第二种情况，由于工具小车、出铝小车和固定电葫芦不能同时工作 ，且两 电葫芦作用 点在主梁接近中间位置，计算 车轮 的最大轮压值也是在允许范围内。

以下主要探讨第三种情况下起重机车轮轮压的分析和计算方法 。

起重机组的轮压计算，采用静力学方法分析，根据主梁上各载荷点所处截面 ，计算 出作用在各端 梁相应位置上的各载荷数值，再求出叠加在各车轮上的轮压值。

图 1所示八轮支撑时的车轮 I～车轮 8的轮压可以用 以下的简化公式计算 。即：RI-譬(1- )粤· d Gz4-· (1- )粤· · c十 G6 (1)R2- · 粤(1-dL )0z4.· L4 -b十i 1-e 4 Ozs- ·等(1- )譬 (2)Ra- · 孚·LA5· c3R4-譬(1- L3)譬· (1～芒) (4R - (1- ) · L1粤(1- -亡)鲁(1- L5， c十. G6 (5)R。-鲁· 粤c - 导c - c 1- )譬(1- L5)(1～ )孚 (6)R7-譬· f Gzs(1- L，. g T， G7 (7)R8- 62(1- f .十， 65(1- 鲁)(1-芒)(8)由公 式(1)～(8)可 以看 出，车轮 1～车轮 8的轮压除了与作用其上面的各种载荷有关外，主要与大车轮距 L 、两小车靠边距离 L 、L 及车轮到各载荷中心的距离有关。因为出铝小车的轨距受整体结构的限制，调整的余地不大，而工具小车的整体布局与各项工具 的布置有关 ，也不会有太 大的变 动，出铝、工具小车轨距确定后，相当于各作用载荷的中心- 定。另外 ，机组主梁 3、主梁 2到车轮 的距离 a和f不允许太序太 大，出铝及工具小 车的靠边距离L 、I 是相对确定的，只能靠调整大车轮距 L 及 c、d、e值而改变车轮的轮压值 。由图 I可知主梁 1受力状况最不好，在供电侧车轮 6的轮压值最大，减小车轮 6的轮压值可通过增大 C、d、e值，I 也随着增大的方法来解决 ，但从端梁的受力分析 ，载荷的作用点离支撑点越近越好 ，这就不允许大车轮距 L 值太大 。同时 L。增大 ，势必造成起重机宽度加大，增大占用厂房的有效空间。综合分析后，我们确定图 1中各几何尺寸、参数为：a- 9 2 0 mm ，b 1 2 2 5 mm ，c- 8 2 5 mm ，dI 400 l"nm ，e- 1 975 mm，f- 1 400 mm，g- 1 975m m L- 28 500 mm ，L1- 5 200 mm ，L2- 3 550mm ，L3- 2 800 mm ，L4- 2 640 mmG ：主梁 1重量 G -217 kN；G2：主梁 2重量 G2-229 kN；G3：主梁 3重量 G。-180 kN；G ：出铝小车重量 (含出铝起重量 320 kN)，G- 480 kN；G ：工具小 车重量 (含料箱 中氧化铝和 电解质重量)，G5：273 kN；G ：端梁 1重量 ，G -20 kN；G ：端梁 2重量 ，G -15 kN～以上各数据代入式(1)～式(8)中，得出当出铝小车在供电侧工作 (满载)，工具小车在供 电侧或在跨中或在烟道侧时，起重机大车车轮 的垂直轮压计算数值见表 l。

48 有 色 矿 冶 第 29卷表 起重机大车车轮的垂直轮压计算数值(kN)2.2 起重机车轮轮压分析及驱动装置位置的确定由表 1中 R ～R 的计算数据得知 ，八轮 支撑的三梁起重机组的桥架结构，其车轮 6的最大轮压已接近最大值，车轮 3、车轮 7和车轮4、车轮 8的值却较小 ，而从简化公式中不难看出，影响轮压的主要参数是工具小车和出铝小车的靠边距离 I 、L ，其数值越小，车轮轮压值相差越大。-般来说，每系列电解厂房要求多功能起重机的靠边距离 L 、I s是- 定的，为减少最大和最小轮压的差值，我们可以限定 电解车间在多功能起 重机组进行 出铝作业时，工具小车尽量远离 出铝小车。由表 1数据得知 ：(1)当出铝小车工作 时，工具 小车如果在主梁跨中时，车轮 6的轮压值 就会减少 47 N，车轮 3和车轮 4的轮压值就会增加 39 kN和 17 kN，车轮 7和车轮 8的轮压值就会减少 39 kN和 17 kN；(2)当出铝小车工作时，工具小车如果靠近烟道侧时，车轮 6的轮压值就会减少 92 kN，车轮 3和车轮 4的轮压值就会增加 77 kN 和 32 kN，车轮 7和车轮 8的轮压值相应减少 77 kN和 32 kN。

因此，无论从减小最大轮压还是从防止车轮打滑的角度考虑 ，出铝小车工作时，工具小车旧能远离 出铝小车 ，使厂房基础构件受力状态更加均衡 。

由式(1)～(8)的计算结果中可以看 出，八轮结构桥架 中车轮的最 大轮压是车轮 6，其次是车轮 5。

从起重机车轮的驱动效果看 ，驱动车轮应该是轮压值最大的车轮，但由于受工具小车的靠边距离及驱动装置维修平台等因素制约，我们设计时采用的是双边驱动(即 2/8驱动)，将驱动装置放在车轮 5和车轮 1上 ，经现场实际运行证明，设计是成功的。

3 结 语优化机械结构和几何参数设计后的三梁式铝电解多功能起重机，现 已经在霍林河 、河南伊川等铝厂投入使用，运行状况良好，它满足了大电流、大吨位出铝生产作业的需要，具有运行平稳、使用安全、结构简单、维护方便及很大的市场需求；截止到 20l2年末，这 种三梁 铝 电解 多功能 机组 的订 货量 达到200余台，产值近 12亿元人民币。

该三梁结构铝电解多功能起重机获得 2009年度辽宁省企业技术中心专项资金、获辽宁省名牌产品称号 、申报国家实用新型专利并获得 2009年度沈阳市专利奖项 目优秀奖。