任師道， 李鵬舉， 劉 彬

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司， 山東 濟(jì)南 250200）

0 引言

盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機(jī)， 是隧道掘進(jìn)的核心設(shè)備，被譽(yù)為工程機(jī)械之母，也是高端裝備制造業(yè)的標(biāo)志性產(chǎn)品。 盾構(gòu)機(jī)一般由刀盤(pán)、主驅(qū)動(dòng)、前盾、中盾、盾尾、拼裝機(jī)、輸送機(jī)等部件組成，超大直徑盾構(gòu)機(jī)單體構(gòu)件重量在一百?lài)嵉蕉賴(lài)嵵g，大型部件（如刀盤(pán)）重量約為四百?lài)崱?/p>

盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)和組裝車(chē)間， 大型部件的拼裝一般在車(chē)間跨中附近作業(yè)， 所使用的橋式起重機(jī)需要滿(mǎn)足一百?lài)嵰韵聵?gòu)件的頻繁搬運(yùn)作業(yè)， 滿(mǎn)足二百?lài)嵵黧w構(gòu)件的大范圍正常吊裝作業(yè)， 又要能夠滿(mǎn)足四百?lài)嵈笮筒考目缰械皖l次拼裝作業(yè)。 一般情況下橋式起重機(jī)僅具有一種額定起重量，當(dāng)按照大型部件的重量選配起重機(jī)時(shí)，由于經(jīng)常吊運(yùn)小起重量的構(gòu)件，就出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，作業(yè)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差。

1 起升變倍率

通過(guò)起升滑輪組的變倍率設(shè)計(jì)，使起重機(jī)具有多種額定起重量，進(jìn)而滿(mǎn)足低速重載、高速輕載的吊裝需求。增大倍率可以提高額定起重量，同時(shí)降低了起升速度；減小倍率可以降低額定起重量，同時(shí)提高了起升速度。 圖1 給出一種起升滑輪組4/8 倍率變換的鋼絲繩纏繞方法，通過(guò)安拆拉板上的銷(xiāo)軸，實(shí)現(xiàn)變倍率滑輪組和動(dòng)滑輪的連接和分離。 當(dāng)變倍率滑輪組與動(dòng)滑輪組連接時(shí)為雙聯(lián)8 倍率，當(dāng)變倍率滑輪組與小車(chē)架頂緊連接時(shí)為雙聯(lián)4 倍率。

圖1 起升4/8 倍率變換繞繩示意

鋼絲繩從起升卷筒上繞出后， 首先繞入動(dòng)滑輪組的第一片動(dòng)滑輪，然后繞入定滑輪組的第一片定滑輪，其次繞入變倍率滑輪組的第一片變倍率滑輪， 依次在定滑輪組和變倍率滑輪組上纏繞兩次，最后再次繞入動(dòng)滑輪組，最后固定在平衡裝置上。

變倍率滑輪組由4 片變倍率滑輪、2 件變倍率滑輪拉板、變倍率滑輪軸、防護(hù)罩、連接桿、定位管、拉板和銷(xiāo)軸組成，如圖2 所示。變倍率滑輪軸連接變倍率滑輪和變倍率滑輪拉板， 并通過(guò)連接桿、 定位管和防護(hù)罩剛性固定。變倍率滑輪組下部四角分別連接1 件拉板，每件拉板通過(guò)銷(xiāo)軸固定在變倍率滑輪組上。

圖2 變倍率滑輪組

動(dòng)滑輪組由4 片動(dòng)滑輪、2 件動(dòng)滑輪拉板和動(dòng)滑輪軸等組成， 動(dòng)滑輪軸將動(dòng)滑輪和動(dòng)滑輪拉板連接， 吊鉤組固定在動(dòng)滑輪拉板上，如圖3 所示。 每件動(dòng)滑輪拉板左右兩側(cè)各設(shè)置有1 個(gè)連接孔， 當(dāng)變倍率滑輪組與動(dòng)滑輪組需要連接時(shí)，將4 件銷(xiāo)軸固定在4 個(gè)連接孔上，實(shí)現(xiàn)變倍率滑輪組和動(dòng)滑輪組剛性連接。 將4 件銷(xiāo)軸從4 個(gè)連接孔上拆除，實(shí)現(xiàn)變倍率滑輪組和動(dòng)滑輪組的脫離。

圖3 變倍率滑輪組與吊鉤組的連接

2 變倍率小車(chē)

變倍率小車(chē)由變倍率滑輪組、動(dòng)滑輪組、吊鉤組、起升卷?yè)P(yáng)機(jī)、 鋼絲繩、小車(chē)架、定滑輪組和平衡裝置等組成， 如圖4 所示。 通過(guò)起升滑輪組降倍率設(shè)計(jì)，將額定起重機(jī)減半，同時(shí)起升速度和小車(chē)運(yùn)行速度可加倍，大大提高了小起重量下的作業(yè)效率。

圖4 倍率小車(chē)

小車(chē)架的翼板上焊接有承壓塊和導(dǎo)向板， 如圖5 所示。變倍率滑輪組與小車(chē)架頂緊前，依靠導(dǎo)向板的導(dǎo)向作用，使變倍率滑輪組正對(duì)小車(chē)架。變倍率滑輪拉板的上面為承壓面，該承壓面與小車(chē)架的承壓塊對(duì)接，保證與小車(chē)架的頂緊連接。

圖5 倍率滑輪組與小車(chē)的連接

滑輪組倍率的變換方法和過(guò)程： 變倍率滑輪組與動(dòng)滑輪組脫離后， 動(dòng)滑輪組和吊鉤組的重量大于變倍率滑輪組的重量，變倍率滑輪和動(dòng)滑輪數(shù)量相同， 因此動(dòng)滑輪組鋼絲繩拉力始終大于變倍率滑輪組鋼絲繩的拉力。 鋼絲繩收繩作業(yè)，依靠變倍率滑輪組鋼絲繩的拉力作用，變倍率滑輪組將上升，最終與小車(chē)架頂緊連接，鋼絲繩繼續(xù)收繩，動(dòng)滑輪組鋼絲繩帶動(dòng)動(dòng)滑輪組和吊鉤組上升；鋼絲繩放繩，動(dòng)滑輪組鋼絲繩帶動(dòng)動(dòng)滑輪組和吊鉤組下降， 吊鉤組落地之前， 動(dòng)滑輪組鋼絲繩拉力始終大于變倍率滑輪組鋼絲繩的拉力，變倍率滑輪組將與小車(chē)架始終頂緊連接。

吊鉤組落地后， 動(dòng)滑輪組鋼絲繩拉力將小于變倍率滑輪組鋼絲繩的拉力，變倍率滑輪組與小車(chē)架脫離，變倍率滑輪組下降。 因此變倍率滑輪組與動(dòng)滑輪組的連接和拆分作業(yè)完全在地面進(jìn)行，即倍率變換在地面進(jìn)行操作，無(wú)需高空作業(yè)。

3 主梁的等效使用

充分利用受彎梁的特點(diǎn)， 針對(duì)跨內(nèi)單個(gè)移動(dòng)的豎向載荷和兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的豎向載荷， 進(jìn)行受彎梁的等強(qiáng)度和等剛度設(shè)計(jì)。 以額定起重量為200t 的橋式起重機(jī)為例進(jìn)行闡述，在該橋式起重機(jī)上增設(shè)一臺(tái)額定起重量為200t 的變倍率小車(chē)（自重30t）和400t 抬梁組件（自重20t），對(duì)主梁采用等強(qiáng)度和等剛度設(shè)計(jì)，雙變倍率小車(chē)配合吊裝下，主梁的彎矩 （即強(qiáng)度） 不超過(guò)單變倍率小車(chē)作用下的彎矩；主梁的撓度（即剛度）不超過(guò)單變倍率小車(chē)作用下的撓度。在不改變主梁、端梁等主結(jié)構(gòu)和大車(chē)行走機(jī)構(gòu)的前提條件下，雙變倍率小車(chē)保持一定的間距抬吊作業(yè)，將該橋式起重機(jī)的額定起重量轉(zhuǎn)化為400t。 主梁的等效使用如圖6 所示。

圖6 主梁的等效使用

主梁、端梁等主結(jié)構(gòu)和大車(chē)行走機(jī)構(gòu)無(wú)需改動(dòng)，僅需增加一臺(tái)單變倍率小車(chē)和抬梁組件， 即可實(shí)現(xiàn)額定起重量翻倍，既滿(mǎn)足了200t 以下構(gòu)件的正常吊裝需求，又滿(mǎn)足了400t 以下大型部件的跨中低頻次吊裝要求，進(jìn)而在較小投入的情況下，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 應(yīng)用實(shí)例

對(duì)于單變倍率小車(chē)，通過(guò)降倍率設(shè)計(jì)，使起重機(jī)的額定起重機(jī)變?yōu)?00t，起升速度加倍，提高了作業(yè)效率。 使雙變倍率小車(chē)保持一定距離抬吊作業(yè)，起重量可為400t，起升速度減半，滿(mǎn)足了大起重量的吊裝需求。 雙變倍率小車(chē)的倍率變換如圖7 所示，雙變倍率小車(chē)抬吊使用如圖8 所示。

圖7 雙小車(chē)的倍率變換

圖8 雙小車(chē)抬吊使用

5 擴(kuò)展設(shè)計(jì)

更多的起升滑輪組倍率變換方法如圖9 所示。 對(duì)于單變倍率小車(chē)，以雙聯(lián)和單繩拉力12.5t 為例。 起升8/12倍率變換， 單變倍率小車(chē)可實(shí)現(xiàn)200t 和300t 之間的切換； 起升8/14 倍率變換， 單變倍率小車(chē)可實(shí)現(xiàn)200t 和350t 之間的切換。

圖9 起升變倍率繞繩方式

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)橋式起重機(jī)小車(chē)的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行變倍率設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足低速重載和高速輕載的吊裝需求。

（2）充分利用受彎梁的特點(diǎn)，針對(duì)跨內(nèi)單個(gè)移動(dòng)的豎向載荷和兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的豎向載荷， 進(jìn)行受彎梁的等強(qiáng)度和等剛度設(shè)計(jì)。

（3）對(duì)單一額定起重量的橋式起重機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)額定起重量由200t 轉(zhuǎn)化為100t，起升速度和小車(chē)運(yùn)行速度加倍。在該橋式起重機(jī)基礎(chǔ)上，增加一臺(tái)小車(chē)和抬梁組件，實(shí)現(xiàn)在特定范圍內(nèi)吊裝400t 的重物。

（4）該橋式起重機(jī)應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)和組裝車(chē)間，同樣適用于有多種額定起重量需求的吊裝場(chǎng)合。 起升滑輪組的變倍率方法及其變倍率小車(chē)也適用于其他橋架類(lèi)型的起重機(jī)。