带轮缘的起重机大车车轮运行工况的改进

桥式起重机(俗称行车、天车，以下简称为行车)是起重设备的主要机种，应用非常广泛，是工业生产过程中不可缺少的一种设备。在梅钢热轧板厂，行车担任着上料、收卷、吊卷、发货等重要工作，其运行状况的好坏直接关系到整厂的安全生产。而行车轮作为行车的重要部件，它的正常与否直接影响到整台行车的运行状况。起重机运行时，由于有偏斜和滑移，车轮运行70％～80％的过程中，轮缘和轨道在相摩擦，由于轮缘磨损而使车轮报废，车轮轮缘磨损也就是车轮报废的主要原因。统计数字表明：轮缘寿命0．5～1 a，踏面寿命2～3a，可见轮缘的磨损严重制约着车轮的整体寿命。增加轮缘的寿命，将显著增加车轮的整体使用寿命。

1.理论分析

   当车轮轴线与运行方向不垂直时，车轮踏面与轨道顶面之间就会因滑动而产生动偏斜摩擦阻力，其方向与滑动的相对速度相反。该摩擦力运行方向上的分量构成运行的附加阻力，与运行方向垂直的分量构成车轮的侧压力。这种车轮侧压力与其他原因产生的侧压力总和，或由水平导向轮承受，或由轮缘承受。此时，就会出现啃轨现象，导致轮缘磨损。

   车轮轴的速度就是起重机的运行速度，车轮接触点相对于起重机的速度为(圆周速度)，它在车轮的圆周方向，与之间的夹角为。车轮接触点的的绝对速度为车轮与轨道间的滑动速度，为前两者矢量和Phl，车轮与轨道之间的摩擦力与的方向相反。如果忽略轴承中的摩擦力，在车轮轴的方向，即必在车轮轴方向。h=vsin／3，上式说明，车轮的偏斜角越大，滑动速度越大磨损越严重。摩擦力在运行方向的分力P为车轮偏斜的附加阻力，在垂直方向的分力为侧压力P。

  理论上，只要有极微小的偏斜角，就会产生同样大小的侧压力。当车轮或轨道的支撑部分刚性不足时，车轮有周期性弹动，发出周期性的强烈响声。当偏斜的车轮运行时，最初并不发生滑动，由于车架与轨道支撑结构的弹性，车轮可向侧方向弹性位移，侧压力随位移大小成正比增加。当P增加到。P时(为车轮与轨道间的静摩擦系数，一般（大于动摩擦系数)开始滑动，使摩擦力骤然降为，小于弹性恢复力，于是车轮弹回，并发出强烈响声。

2.结构的改进

   在我国的起重机的大车车轮，在轮缘与踏面的过渡处倒成圆角R。在轨顶也有1个相应的圆角。根据使用经验，我国通常采用结构(R<R)。而近年来，欧洲产品中将过渡制成了图2b的形状，实际使用检验证明效果比较满意。在工程实际中，由于采用了这种新的结构形式，有效减缓了轮缘的磨损，增加了车轮的使用寿命。

3.有限元分析

  在SolidW orks中，构建1个实体模型。根据实例，轮径取为700mm，设置轮压为540MPa，侧压力为81MPa，通过Sim ulation进行应力分布、应变及疲劳破坏等的分析。在轮缘与踏面过渡处的网格划分保证有2层1阶的网格单元，以确保实例分析的准确性。加载范围借鉴了德国的《起重运输机械设计基础》中压应力的计算及分布情况，采用分割线，对其进行局部加载分析，从而获得相应的结果。在实际设计中，采用了较高的安全系数；在疲劳分析中，在材料完全相同的情况下，新旧2种结构的对比并无太大差异。在受力、材料完全相同的情况下，应力分布变化不大。采用新的结构形式，最大应力降低了7．5％。各个范围的应力分布相差不多，总体上比原有结构整体上有所降低。

4.轮缘的润滑

   在西欧，使用轮缘润滑已相当普遍，其润滑效果得到了一致认可。由于工作情况的相似性，本文引入了轮缘润滑。鉴于起重机工作环境的特殊性，液体润滑并不适用，故采用固体始末润滑。采用机械机构，可靠性高，成本低，效果明显，并不会引起起重机结构大的改动。引入轮缘润滑后，减缓了轮缘磨耗延长轮轨使用寿命，降低噪声，减少能量损耗，操作安全清洁，而且不会向轨面扩散，不影响起动和制动。

5.结束语

    随着中国制造业的发展，中国的制造技术已经发生了翻天覆地的变化，采用新的技术，新的结构，更新自己的产品，已经成为企业的一项重要竞争手段。采用新的结构形式，引入轮缘润滑，可有效延长起重机大车行车轮的寿命，节省资本。目前，虽然有的起重机已经采用水平导向轮而取代带轮缘的车轮，但是带轮缘的车轮形式，依然是使用最广泛的。对其进行改进，可收到可观的经济效益和社会效益。