橋式起重機(jī)車輪啃軌精準(zhǔn)調(diào)整維修實(shí)踐

張志江

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北張家口 075100）

0 引言

橋式起重機(jī)啃軌的原因比較繁雜，有軌道、橋架、傳動(dòng)系統(tǒng)等多種，其中最常見原因是天車輪踏面中心線切線與軌道中心線不平行。這就需要調(diào)整車輪水平角度，精準(zhǔn)程度較難掌握，調(diào)整起來(lái)較為困難。現(xiàn)場(chǎng)工人通常采用經(jīng)驗(yàn)校正法，雖然可以解決問(wèn)題，但調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，需要反復(fù)試驗(yàn)，多次對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆裝，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，調(diào)整質(zhì)量差。橋式起重機(jī)車輪系統(tǒng)安裝又比較精密，有嚴(yán)格的尺寸及公差范圍，可以通過(guò)測(cè)量掌握一手?jǐn)?shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)多年研究實(shí)踐，在解決橋式起重機(jī)車輪啃輪方面積累了較多經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工作中通過(guò)多次測(cè)量車輪走行距離與偏移量、取平均值，按公式計(jì)算車輪的偏斜角度，對(duì)角軸承箱部位按計(jì)算尺寸厚度加墊片進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整精準(zhǔn)、速度快、效率高，效果較為理想。這種方法對(duì)橋式起重機(jī)啃軌調(diào)整以及維修，有著非常重要的指導(dǎo)作用。

1 橋式起重機(jī)啃軌概要

橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)的理想運(yùn)行情況是：所有車輪在軌道上作無(wú)滑移的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，車輪緣的作用是約束車輪避免脫軌，正常運(yùn)行時(shí)輪緣與軌道保持一定的間隙。但實(shí)際上，由于制造、安裝、磨損、變形等原因，橋式起重機(jī)在運(yùn)行當(dāng)中，車輪的輪緣與軌道長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)行接觸，造成啃軌。所謂啃軌，是指車輪輪緣與軌道頂、側(cè)面接觸，產(chǎn)生沿車輪走向反向或者垂直軌道方向的阻力增加1.5～3 倍[1]，發(fā)生嚴(yán)重摩擦，致使輪緣很快磨損并變形，同時(shí)使軌道的側(cè)面也產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，嚴(yán)重時(shí)燒損電機(jī)，損壞設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)。啃軌主要表現(xiàn)為：軌道側(cè)面有明亮的摩擦痕跡，嚴(yán)重時(shí)痕跡上會(huì)有鐵屑脫落；車輪輪緣及踏面有亮斑，有鐵屑脫落；軌道頂面有亮斑；橋式起重機(jī)行駛時(shí)在短距離內(nèi)車輪輪緣與軌道之間的間隙有明顯的變化；橋式起重機(jī)在運(yùn)行中，特別是在啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)，車體走偏、扭擺，特別嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)出“吭吭”較響的聲音并伴隨整個(gè)車體嚴(yán)重的顫動(dòng)。

某鐵廠水渣打撈和裝車作業(yè)的10 t/跨度31.5 m/A6 橋式起重機(jī)，運(yùn)行中曾出現(xiàn)較為嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象，而且經(jīng)常發(fā)生斷軌現(xiàn)象，存在很大生產(chǎn)隱患。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)行車軌道、桁架、橋架等進(jìn)行調(diào)整，問(wèn)題緩解，但一直沒有達(dá)到理想效果。后又經(jīng)過(guò)反復(fù)觀察，發(fā)現(xiàn)車輪輪系是造成啃軌的關(guān)鍵原因，經(jīng)過(guò)測(cè)量、加工、校正、調(diào)整，使啃軌問(wèn)題得到徹底解決，并總結(jié)出精確的計(jì)算調(diào)整方法。

2 橋式起重機(jī)啃軌初步調(diào)整

經(jīng)過(guò)對(duì)全程20 個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)得，橋式起重機(jī)軌道的擺動(dòng)量超過(guò)了±18 mm；在靜止?fàn)顟B(tài)，軌道跨度公差超過(guò)了±20 mm，兩根軌道相對(duì)標(biāo)高誤差達(dá)到了27～56 mm，軌道的局部坡度達(dá)1/10。經(jīng)對(duì)上述橋式起重機(jī)立柱、桁架和軌道梁進(jìn)行加固和調(diào)整，增加剛性，降低擺幅；對(duì)軌道進(jìn)行調(diào)整校直、加固[2]，再以20 個(gè)關(guān)鍵部位的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，橋式起重機(jī)運(yùn)行時(shí)軌道及大車輪的跨度偏差≤5 mm，靜態(tài)時(shí)兩根軌道相對(duì)標(biāo)高誤差均≤10 mm，軌道坡度≤1/120[3]。通過(guò)本次軌道系統(tǒng)處理后，橋式起重機(jī)的啃軌問(wèn)題得到了極大改善，橋式起重機(jī)的車輪使用周期明顯延長(zhǎng)，斷軌現(xiàn)象得到遏制，但啃軌現(xiàn)象仍沒有得到徹底解決。經(jīng)過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)橋架和軌道進(jìn)行測(cè)量，橋架2 主梁的上拱度分別是45.2 和38.7，在L/1000±L/500（L 為橋式起重機(jī)跨度）規(guī)范范圍內(nèi)。大車軌道系統(tǒng)及橋架系統(tǒng)均符合行車規(guī)范，啃軌主要原因就應(yīng)該在輪系上。

3 橋式起重機(jī)輪系校正計(jì)算調(diào)整

理想橋式起重機(jī)輪系的4 個(gè)車輪踏面中心線切線所圍成的平面同一軌道一側(cè)在同一平面內(nèi)且與軌道踏面中心線平行[4]，且與另一側(cè)軌道上車輪踏面中心線切線圍成的平面互相平行、與地平面垂直。但在實(shí)際當(dāng)中，車輪安裝后與理想情況存在一定偏差，如果偏差在正常范圍內(nèi)，設(shè)備可以正常運(yùn)行。但偏差值超過(guò)一定程度，就會(huì)影響橋式起重機(jī)正常運(yùn)行，造成啃軌。

3.1 車輪直徑偏差較大導(dǎo)致車輪傾斜運(yùn)行啃軌的測(cè)量計(jì)算調(diào)整

實(shí)例：一次檢修更換自編號(hào)1#大車主動(dòng)車輪后，出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象。正向行進(jìn)時(shí)，啃內(nèi)側(cè)輪緣，反向行進(jìn)時(shí)，啃外側(cè)輪緣。從車輪安裝的平行度、垂直度測(cè)量來(lái)看，不應(yīng)該發(fā)生這種情況，未發(fā)現(xiàn)原因所在。于是將問(wèn)題歸結(jié)到新?lián)Q的車輪上。成對(duì)更換了大車主動(dòng)輪后，啃軌現(xiàn)象消失。但到底是什么原因，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

經(jīng)測(cè)量，原換的新車輪的車輪踏面外徑711.3 mm，而未更換的舊車輪踏面磨損非常嚴(yán)重，外徑684.2 mm，計(jì)算兩輪旋轉(zhuǎn)一周的踏面中心線線速度差（711.3-681.8）×3.14=92.6 mm。也就是說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)主動(dòng)輪同樣旋轉(zhuǎn)一周，新?lián)Q輪比舊輪多行進(jìn)92.6 mm。橋式起重機(jī)大車運(yùn)行時(shí)，兩主動(dòng)輪分別在軌道踏面上以線速度v1、v2同向運(yùn)行，其理想狀態(tài)是v1=v2（圖1）。因橋式起重機(jī)兩主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角速度相同，如果兩車輪踏面直徑不相同，則v1≠v2，車輪直徑較大的一側(cè)行進(jìn)速度大于直徑較小一側(cè)，導(dǎo)致橋架整體與軌道相對(duì)位置傾斜，產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)行時(shí)車輪踏中心線與軌道踏面中心線的夾角，是造成啃軌的直接原因。

圖1 兩個(gè)主動(dòng)輪分別在軌道踏面上同向運(yùn)行

經(jīng)確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)車輪備件標(biāo)準(zhǔn)直徑705±2.5 mm。但實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)車輪踏面外徑，分別為710.2 mm、709.9 mm、710.6 mm、708.2 mm、709.8 mm、711.3 mm。這些備件采購(gòu)時(shí)只提供型號(hào)，沒有提供圖紙和尺寸要求，加工廠對(duì)車輪踏面外徑標(biāo)準(zhǔn)與圖紙不一致，造成尺寸偏差較大。需要對(duì)710.2 mm、709.9 mm、710.2 mm、711.3 mm 尺寸的車輪按705±2.5 mm 標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行重新加工，加工量的計(jì)算公式為：

式中 δZ——車輪直徑尺寸超過(guò)設(shè)計(jì)尺寸需要的加工量，mm

Q′——車輪實(shí)際直徑尺寸，mm

Q——車輪設(shè)計(jì)直徑尺寸，mm

λ——車輪設(shè)計(jì)直徑尺寸公差值，mm

表1 車輪直徑尺寸超過(guò)設(shè)計(jì)尺寸需要的加工量計(jì)算 mm

加工后尺寸分別為704.96 mm、705.12 mm、705.07 mm 和705.03 mm，達(dá)到了正常設(shè)計(jì)要求。備件使用后，再?zèng)]發(fā)生因車輪直徑差值超出范圍而導(dǎo)致車輪啃軌現(xiàn)象。

橋式起重機(jī)更換主動(dòng)車輪時(shí)，必須對(duì)配合的兩主動(dòng)輪外徑尺寸進(jìn)行校對(duì)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所有主動(dòng)輪外徑測(cè)后進(jìn)行選配，只有外徑尺寸相差±0.25 mm 的兩個(gè)車輪可以配合使用，成對(duì)更換。特別對(duì)于舊車輪，如果使用周期較長(zhǎng)，一般磨損比較厲害，如果能夠繼續(xù)使用，一般也要換下作簡(jiǎn)單保養(yǎng)后作備件，與能夠繼續(xù)使用而且外徑與其相關(guān)在±0.25 mm 范圍內(nèi)的舊車輪成套配對(duì)使用。既保證了舊備件不至于提前報(bào)廢，又能夠保證車輪正常使用不引起啃軌現(xiàn)象。被動(dòng)車輪的旋轉(zhuǎn)是由主動(dòng)推動(dòng)的，其外徑尺寸變化，一般不會(huì)引起啃軌現(xiàn)象。

3.2 車輪踏面中心線切線與軌道中心線不平行的計(jì)算調(diào)整

車輪系在實(shí)際安裝和使用過(guò)程中與理想狀態(tài)存在一定偏差（圖2），當(dāng)車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差δa角度，車輪是沿著自身的踏面中心線軌跡來(lái)運(yùn)行的，當(dāng)車輪沿圖2 箭頭方向行進(jìn)時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪輪緣逐步靠近軌道并限位車輪脫軌，必然引起內(nèi)側(cè)輪緣啃軌。而且偏斜的車輪還要引導(dǎo)大車整體與軌道相對(duì)位置偏斜，造成其它車輪啃軌。反向運(yùn)行時(shí)會(huì)造成車輪反向啃軌。處理車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差δa 角度的辦法是通過(guò)在車輪組角軸承箱加調(diào)整墊的辦法校正，使車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心平行。解決好的重點(diǎn)是調(diào)整墊的位置和厚度，根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算法，調(diào)整墊厚度計(jì)算公式為：

圖2 車輪系在實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)存在一定偏差

δa=b·tanδa/2，tanδa=Z/L。其中，b 為車輪組兩套角形軸承座中心距，Z 為傾斜車輪行進(jìn)距離L 后車輪踏面中心線切線向軌道內(nèi)或外側(cè)的偏移量。

利用公式計(jì)算的難點(diǎn)是Z/L 即tanδa 值的確定，主要是橋式起重機(jī)整體是一個(gè)系統(tǒng)，軌道、輪系等情況比較復(fù)雜，測(cè)量的偏差很難控制，有時(shí)偏差值非常大。所以，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，要進(jìn)行多次測(cè)量，去掉偏差值明顯的測(cè)量值，然后取加權(quán)平均數(shù)。

車輪向外側(cè)傾斜時(shí)，將調(diào)整墊加到內(nèi)側(cè)角軸承箱的立面螺栓孔處。車輪向內(nèi)側(cè)傾斜時(shí)，將調(diào)整墊加到內(nèi)側(cè)角軸承箱的立面螺栓孔處。

實(shí)例：上述自編號(hào)1#橋式起重機(jī)（10 t/31.5 m）判定因北側(cè)被動(dòng)輪西向外傾斜造成啃軌，進(jìn)行測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)（表2）。

表2 橋式起重機(jī)車輪行進(jìn)距離與偏移量對(duì)照計(jì)算

表中第3 組和第6 組數(shù)據(jù)存在明顯的測(cè)量偏差，不參與計(jì)算。最終計(jì)算tanδa 的平均值為0.012，車輪組兩套角形軸承座中心距b=315 mm。則需加墊厚度δa=b·tanδα/2=315×0.012/2=1.89 mm。

通過(guò)計(jì)算，在行進(jìn)方向前端外側(cè)軸承座垂直面加2 mm 調(diào)整墊后，啃軌問(wèn)題得到有效解決。

一般情況下，車輪踏面中心線切線與軌道踏面中心線偏差是普遍存在的，如果偏差較小，不會(huì)引起啃軌。同一對(duì)主動(dòng)車輪或者同一對(duì)被動(dòng)車輪或者同一側(cè)的主被動(dòng)車輪的偏差是反向的，車輪在運(yùn)行當(dāng)中可以互相校正，也不會(huì)引起啃軌。但如果單一個(gè)車輪存在偏差，或者幾個(gè)車輪的偏差為同向，容易引起啃軌現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，Z/L 測(cè)量加權(quán)平均數(shù)計(jì)算法，對(duì)于一個(gè)車輪存在偏差或者幾個(gè)車輪的偏差為同向引起的啃軌解決起來(lái)非常有效，特別對(duì)解決使用年限長(zhǎng)、檢修時(shí)各零部件配合基準(zhǔn)尺寸難以確定的老舊橋式起重機(jī)的維修工作有著非常好的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)講，橋式起重機(jī)啃軌問(wèn)題既涉及軌道系統(tǒng)，又可能由車輪輪系自身引起，而且往往是多方面綜合原因并存[5]。解決橋式起重機(jī)啃軌的關(guān)鍵是從各種可能原因中找出主要原因，找準(zhǔn)真正原因，有針對(duì)性地逐一進(jìn)行排查。解決橋式起重機(jī)啃軌問(wèn)題，通常是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的過(guò)程，需要反復(fù)觀察、測(cè)量、分析、計(jì)算、調(diào)整，要多向現(xiàn)場(chǎng)操作工人了解情況，掌握橋式起重機(jī)的整體性能，絕不能偏廢任何一方面。車輪輪系安裝偏差問(wèn)題非常常見，而且普遍存在，區(qū)別在于偏差程度是否達(dá)到引起車輪啃軌。如果輪系安裝偏差沒有造成啃軌問(wèn)題，可以暫時(shí)不考慮調(diào)整。如果輪系偏差原因已經(jīng)造成啃軌，就必須通過(guò)多次有效測(cè)量計(jì)算，取平均值代入公式進(jìn)行計(jì)算，按計(jì)算結(jié)果對(duì)輪系偏差進(jìn)行調(diào)整，會(huì)取得非常理想的效果。