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1、单轨吊技术改造方案1 问题描述单轨吊在实际使用过程中有时会出现起吊梁下方第一根轨道在 水平方向折弯或者该段轨道与其下方轨道连接处断开的现象，如图1 所示。经调查，此种情况多出现在轨道坡度超过 20，且单轨吊运 载较重物品时出现。图 1 轨道失效实拍图2 问题溯源2.1 失效原因分析单轨吊在水平轨道行车时，前端驱动部提供拉力，后端驱动部提 供推力。单轨吊上行时,驱动力方向与前进方向一致，前端在高处， 此处驱动部提供拉力，后端在低处，此处驱动部提供推力。单轨吊下 行时，驱动力方向与前进方向相反，前端在低处，此处驱动部提供推 力，后端在高处，此处驱动部提供拉力。由于驱动部采用串联布置，所以单轨吊在有
2、坡度轨道上运行时，起吊梁上方拉杆受拉应力，大小 向起吊梁方向累加，轨道与轨道之间受压应力，大小向远离单轨吊方 向累加。起吊梁下方拉杆受压应力，大小向起吊梁方向累加，轨道受压应力，大小向远离起吊梁方向累加，如图2 所示。竝杆应力轨道应力驱动部次序（单位：个） 图2应力累加示意图NX ”坦*也单轨吊在水平轨道行车时，驱动部仅仅需要克服单轨吊与轨道之 间的滚动摩擦，所以驱动力很小，完全在轨道安全范围之内。当单轨 吊在有坡度轨道上运行时，驱动部不仅需要克服行车过程中的滚动摩擦，还要克服单轨吊重力在轨道方向的分力，所需的驱动力就很大。图 3 轨道俯视图同时，轨道安装过程中会存在安装误差，使得轨道与轨道不
3、平行。俯视效果如图 3 所示，此时轨道在沿轨道方向存在一个小角度偏折误 差，使得拉杆与轨道之间也不再平行，因此拉杆就会通过驱动部对轨 道产生一个侧向力。该侧向力与下方轨道传递过来的推力就会对轨道 产生多个扭矩，使单轨吊运行时轨道左右摇摆，当驱动力很大时，甚 至会造成轨道失效。2.2 轨道受力分析按照起吊梁前后各布置5 台驱动部分析，限于单轨吊设备和轨道 长度，在同一时间，一根轨道上最多有2 台驱动部。按照一根轨道上 驱动部数量多少，将轨道在垂直于腹板方向所受到的力学模型分成如 图 4 和图 5 两种情况所示。2.2.1 仅 1 台驱动部图 4 轨道上有 1 台驱动部时受力图由图4 轨道在垂直于
4、腹板方向力学平衡，可得：为 M = kfl + (a + 2) fc + efs - nf (l 一 s )=0iV i =1为 F = kf + (a + 2) f + ef - nf - hf =0I i=1 i(1)式中l单根轨道长度，mm；s吊耳到轨道近端距离，mm；f单个驱动部所需驱动力在垂直于腹板方向的力，kN；nf、ef 吊耳对轨道在垂直于腹板方向的分力， kN； kf、hf 相邻轨道对该轨道在垂直于腹板方向的分力， kN (a+2 驱动部对轨道在垂直于腹板方向的分力，单kN。由式(1)可得此时轨道挠度：yn y = kfl 3 + (a + 2)fc3 + efs 3 一 nf
5、 (l - s)3yi = 一3E式中i=1E轨道弹性模量，kN/mm2；I轨道垂直于腹板方向截面惯性矩，mm4。2.2.2 有 2 台驱动部kf一 s(a+2)fb=1drsYnfIafkzShf9图 5 轨道上有 2 台驱动部时受力图由图 5 轨道在垂直于腹板方向力学平衡，可得：X M = kfl + (a + 2)f (b + d) + efs 一 nf (l 一 s) 一 afd =0iV i=1X F = kf + (a + 2) f + ef - nf - hf - af =0I i=1 i式中af-驱动部对轨道在垂直于腹板方向的分力，kN；d 驱动部距离轨道末端距离， mm；b
6、单根拉杆长度， mm。由式(3)可得此时轨道挠度：尹kfl 3 + (a + 2)f (b + d)3 + efs 3 一 nf (l 一 s)3 一 afd 3(4)L y = i3 EIi=12.3 动力分配比计算根据沙尔夫公司某款单轨吊设备数据，以第一轨道为例，计算各 个轨道在不同情况下的受力情况，找出最大挠度及位置，确定该型单 轨吊驱动部动力分配比。已知该型号单轨吊最大满载时G = 354270N，驱动部10个，单 根轨道长度I=3m，由于轨道角度误差导致的力传递系数九=095，轨 道之间最大偏角-=10，当起吊梁前后各布置五台驱动部，则单个驱动部在上坡倾角角=20 的轨道上运行需要克
7、服的力为：f = GSini sina 10九轨道安装时，各个轨道偏折方向不一定，多根连续轨道可能都向 同一边偏折，也可能左右交替偏折，同时第一轨道上驱动部数量也有 两种情况，据此，将第一轨道在垂直于腹板方向受力情况分成4 种情 况讨论。将连续两段轨道反向偏折，第一轨道上只有1 台驱动部定为 工况 1；将连续两段轨道反向偏折，第一轨道上有2 台驱动部定为工 况 2；将连续两段轨道同向偏折，第一轨道上只有1 台驱动部定为工 况 3；将连续两段轨道同向偏折，第一轨道上有2 台驱动部定为工况4。2.3.1 工况 1 工况1时连续两段轨道反向偏折，第一轨道上只有1 台驱动部， 轨道垂直于腹板方向力学模
8、型如图6 所示，此时起吊梁处轨道对第一 轨道在垂直于腹板方向的分力为0；第二轨道对第一轨道在垂直于腹 板方向的分力约等于f方向向下；驱动部对第一轨道在垂直于腹板 方向的分力为5f方向向上。图 6 工况 1 时轨道受力图y根据式(4)可知：J与c成正相关，cmax二2.04 m，s = 250 mm。区y u 7.7 mm将数据代入式、，求得：n = 3.68, e = -0.32,曰。因此，此种工况下第一轨道应力在安全许可范围内，最大挠度超 出安全许可范围。2.3.2 工况 2工况2时连续两段轨道反向偏折,第一轨道上有2台驱动部,轨 道在垂直于腹板方向力学模型如图7所示。此时起吊梁处轨道对第一
9、 轨道在垂直于腹板方向的分力为0；第二轨道对第一轨道在垂直于腹 板方向的分力约等于2f,方向向下；第一台驱动部对第一轨道在垂直 于腹板方向的分力为5f,方向向上；第二台驱动部对第一轨道在垂直 于腹板方向的分力为3f,方向向下。J M13fTf图 7 工况 2 时轨道受力图兰y根据式(4)可知 J与d成负相关，dmin二0、b = 204 m。区y u 10.5 mm将数据代入式、4),求得：n = 4-08，= 4.08，.=1，。因此，此种工况下第一轨道应力在安全许可范围内，最大挠度超出安全许可范围。2.3.3 工况 3工况 3 时连续两段轨道同向偏折,第一轨道上只有一台驱动部, 轨道在垂直
10、于腹板方向力学模型如图8所示。此时起吊梁处轨道对第 一轨道在垂直于腹板方向的分力为0；第二轨道对第一轨道在垂直于腹板方向的分力约等于f方向向上；驱动部对第一轨道在垂直于腹板方向的分力为5f,方向向上。efi ifSnc -1 d , nfl图 8 工况 3 时轨道受力图将数据代入式、（2）,求得：n = 3.48， e = -252 ,兰 y u 7.3608 mmii=1。因此,此种工况下第一轨道应力在安全许可范围内,最大挠度超 出安全许可范围。2.3.4 工况 4工况4时连续两段轨道同向偏折,第一轨道上有2台驱动部,轨道在垂直于腹板方向力学模型如图9所示。此时起吊梁处轨道对第一轨道在垂直于
11、腹板方向的分力为0；第二轨道对第一轨道在垂直于腹 板方向的分力约等于2f，方向向上；第一台驱动部对第一轨道在垂直于腹板方向的分力为5f,方向向上；第二台驱动部对第一轨道在垂直于腹板方向的分力为3f,方向向上。s 5frb3f idnflBS图 9 工况 4 时轨道受力图将数据代入式（3）、（4）,求得：n = 308, e = -6.92 , T 7.5 mm。 因此,此种工况下第一轨道应力在安全许可范围内,最大挠度超 出安全许可范围。由第一轨道四种工况分析可知，第一轨道最大应力多出现在靠近 起吊梁的驱动部所在位置，且都在安全许用范围内；最大挠度出现在 轨道最右端，且均超出安全许用范围，最危险
12、工况为连续两段轨道反 向偏折，第一轨道上有2 台驱动部时，此时第一轨道最大挠度超出安 全许用范围最大。根据第一轨道四种工况计算方式，分别求出第二、三、四轨道在 垂直于腹板方向力学模型数据如表2所示，此处b、c取最大值，d 取最小值。表 1 轨道在垂直于腹板方向受力数据表轨道次序偏折方向驱动部数量ab/mc/md/mehkns/m132.04-2.52-103.480.25同向第一232.040-6.92-203.080.25轨道反向132.04-0.32103.680.25232.0404.08204.080.25122.041.836-215.1640.25同向第二222.0404.56-3
13、15.440.25轨道反向122.041.164214.1640.25222.0404.464314.4640.25112.041.452-325.5480.25同向第三212.0404.152-425.8480.25轨道反向112.04-3.048325.0480.25212.0404.848424.8480.251-12.043.384-546.6160.25同向第四202.0403.768-536.2320.25轨道反向1-12.045.616545.6160.25202.0405.232535.2320.25将表2数据分别带入式(2)、，计算出每种工况下的最大挠度。比较计算结果可知：轨道挠度最大时的工况为连续两段轨道反向偏折第一轨道上有2台驱动部时。此时轨道最大应力出现在驱动部所在位置，最大值 max二力92 MPa ；最大挠度在第一轨道最右端，最大值 为 y = 10.491 mmmax将式(5)引入参数耳，表示起吊梁下方驱动部动力占驱动部总动力的比值，此时单个驱动部所需驱动力在垂直于腹板方向的分力为：f =nG sin y
