一种双抓斗桥式起重机小车设计

王 辉 王文娟 吴雪涛 杨君玉

1北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007 2北京卓远智联科技有限公司 北京 100083

0 引言

在垃圾焚烧发电领域，焚烧处理工艺主要处理的物料为生活垃圾，单一形式的抓斗即可满足生活垃圾的抓取要求，故传统的垃圾抓斗桥式起重机小车通常只配备一台抓斗。随着垃圾处理企业处置工艺的调整，可以进行焚烧处理的物料种类越来越多，如文献[1]中所述干化污泥与生活垃圾协同焚烧处理，因此携带单一垃圾抓斗的传统垃圾吊已经满足不了不同特性物料的抓取要求，为了解决这一问题，通常采取的做法是按照抓取要求来更换抓斗形式，但这种方法不仅施工难度较大，而且施工时间较长，严重影响生产率。

为了解决同一料位抓取不同特性物料的要求，可在同一台起重机小车上配置2套起升机构，以使用2种不同抓斗分别实现不同的起升要求，满足抓取2种不同特性物料的要求。本文以某垃圾焚烧发电厂1台配备双抓斗(分别抓取生活垃圾和干化污泥)的桥式起重机为例，介绍了该起重机小车中双起升机构的整体布置方法，为同类产品的设计打下基础。

1 基本情况

实例中的双抓斗起重机要求对垃圾和污泥2种物料按比例交替进行抓取，垃圾抓斗额定起重量18 t，污泥抓斗额定起重量5 t，垃圾抓斗要求使用四绳六瓣抓斗，污泥抓斗要求使用双绳双瓣抓斗，2抓斗根据实际工作要求可实现交替工作。垃圾抓斗的运行路径位于2主梁之间，污泥抓斗的运行轨迹布置在一侧主梁的外侧，2种抓斗的起升机构布置在同一台小车上，实现双抓斗单独运行的功能。该起重机的整体布置形式如图1所示。

图1 起重机整体布置图

起重机小车的主要部件如图2所示，垃圾抓斗3和污泥抓斗4通过钢丝绳分别与垃圾起升机构1和污泥起升机构2连接。其中，垃圾抓斗3的运行轨迹在2主梁的内部，污泥抓斗4的运行轨迹在单侧主梁的外部，垃圾起升机构1用于垃圾抓斗3的起升，污泥起升机构2用于污泥抓斗4的起升工作，2个起升机构的卷扬系统互相垂直布置。在垂直于运行轨道的方向上，垃圾抓斗3工作时，将污泥抓斗4完全张开提升收纳至抓斗收纳框5中，污泥抓斗4工作时，将垃圾抓斗3完全闭合提升至安全高度位置，可实现交替抓取不同物料的功能。

图2 双抓斗起重机小车主要部件

2 方案设计

在已有的18 t垃圾抓斗起重机小车布置的基础上，采用小车架悬臂布置污泥起升机构的方案，当不需要使用污泥抓斗时，将其起升收纳至抓斗收纳框内，避免由于大小车运行导致其与其他毗邻结构的碰撞。在实现2抓斗不发生碰撞的同时，又要保证配重的位置不影响起重机桥架走台的工作净宽，故小车轨距的设计尤为重要。为此，在水平方向上，设计伊始首先需确定小车轨距和污泥抓斗的中心偏离尺寸。

在垂直于小车轨道方向上，将上述小车各主要部件简化为以2轨道为支点的单悬臂外伸梁模型。用于布置垃圾起升机构的小车部分(含垃圾起升机构)质量为17 t，垃圾抓斗自重7.2 t，用于布置污泥起升机构的小车架部分(不包含污泥起升机构)质量为1 t，污泥起升机构为3 t，污泥抓斗自重2.7 t，抓斗框质量为1 t。

2.1 工况受力分析

由上述可知，小车各主要部件可简化为以2轨道为支点的单悬臂外伸梁模型，非外伸侧支点相较于外伸侧支点，其支撑反力会大大减小。而小车运行机构的2个驱动轮之一位于非外伸侧支点，若此侧轮压较小，不满足驱动条件，则会出现打滑现象，影响小车的正常运行。因此，需进行打滑验算，保证起重机在各工况下均能正常工作。

在保证垃圾抓斗与污泥抓斗不干涉的情况下，取小车轨距3.5 m，取污泥抓斗距离相近小车轨道的偏离尺寸为1.5 m，分别计算未使用配重时的以下4种工况。工况1为污泥抓斗满载，主抓斗空载，工况2为污泥抓斗空载，主抓斗满载，工况3为污泥抓斗空载，主抓斗卸下，工况4污泥抓斗满载，主抓斗卸下，分别如图3～图6所示。得出2小车轨道的支撑反力如表1所示。

表1 2小车轨道的支撑反力 t

图3 工况1受力简图

图4 工况2受力简图

图6 工况4受力简图

经过打滑运行校核，工况4不满足运行条件，故在满足驱动轮不打滑的条件下需要增加配重。

考虑配重侧走台净宽满足规范相关要求的情况下，拟定配重质量2 t，其重心距离相近小车轨道中心的偏离尺寸为0.5 m，此时上述4种工况下的各支承反力如表2，工况4满足运行不打滑条件。

表2 加配重后2小车轨道的支撑反力 t

2.2 方案布置

经过方案设计初步得出各主要参数后，再根据小车上主要机构和结构的详细参数进行详细小车轮压的计算。如图7所示，取小车轮距与轨距交汇处为原点，主起升机构1的布置原则按照常规布置，污泥起升机构2则按照将常规起升卷筒方向旋转90°的原则进行布置。考虑各主要部件及起升载荷的质量以及各质心在所设原点坐标系下的对应位置，计算得出小车A、B、C、D 4个车轮的轮压，如表3所示。

图7 小车平面布置及计算坐标示意图

表3 小车轮压 t

由表3可看出，4种工况的D车轮轮压均为最小，而D轮为驱动轮，应对D车轮进行打滑运行校核，满足不打滑条件。

表3中A轮和B轮的轮压较大，需注意轮轨匹配合理化设计。实际运行过程中，考虑到A、B侧相较C、D侧轮压增加较多，小车存在不稳定运行风险，可以通过增设水平轮加以改善。

3 结语

本文结合实际工程对一种带有侧挂污泥抓斗的起重机小车进行设计，采用主起升结构布置在简支梁部分，副起升机构布置在悬臂梁部分的结构形式。在保证结构刚度的前提下可有效压缩车体自重。开发了一种适用于同厂房多种物料处理工艺需求的起重机设备，并具体分析了本结构形式中垃圾和污泥2种物料的起升小车布置方案，用数据做支撑，详细介绍了小车各主要参数的设计思路及方法，为同系列产品的开发奠定了设计基础。