隧道建設(shè)用自動(dòng)傾倒渣土小車的設(shè)計(jì)

邵秋波，邊英杰，于印穩(wěn)

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

隨著城市化的發(fā)展，城市地下軌道交通成為熱點(diǎn)，在地下隧道工程建設(shè)中，一種門式起重機(jī)必不可少，該門式起重機(jī)的主要功能是對隧道建設(shè)施工產(chǎn)生的渣土進(jìn)行吊運(yùn)和傾倒。根據(jù)市場需求，對該門機(jī)的主要設(shè)計(jì)要求是渣土吊運(yùn)和傾倒效率高，可操作性強(qiáng)，整機(jī)尺寸小等，從而降低作業(yè)時(shí)間、減少人工成本和制造運(yùn)輸成本。

為實(shí)現(xiàn)渣土的吊運(yùn)和自動(dòng)傾倒功能，該隧道建設(shè)施工用門式起重機(jī)區(qū)別于通用門式起重機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)主要在起重小車上，本文主要介紹該起重機(jī)的起重小車。

該起重小車主要包括主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)、小車架和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。主起升機(jī)構(gòu)為單減速機(jī)雙卷筒的卷揚(yáng)機(jī)型式，主要用于渣土車等大件的吊運(yùn)和配合渣土車自動(dòng)傾倒渣土；副起升機(jī)構(gòu)為常規(guī)單卷筒的卷揚(yáng)機(jī)型式，主要用于小散件吊裝；自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)由液壓系統(tǒng)配合驅(qū)動(dòng)，主要實(shí)現(xiàn)渣土車的自動(dòng)傾倒功能；小車架為起重小車的主要金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是支托和安裝主、副起升機(jī)構(gòu)、自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)包含兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)從動(dòng)輪，提供了起重小車的橫向移動(dòng)動(dòng)作。起重小車的具體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 起重小車的三視圖

1 主起升機(jī)構(gòu)和自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)

根據(jù)渣土車的結(jié)構(gòu)型式和吊點(diǎn)位置，主起升機(jī)構(gòu)與常規(guī)的起升機(jī)構(gòu)有所不同，主起升機(jī)構(gòu)（如圖2所示）采用雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)型式，由雙輸出的減速機(jī)帶動(dòng)卷筒一和卷筒二同時(shí)工作，兩卷筒均為雙聯(lián)卷繞，分別卷繞一根獨(dú)立的鋼絲繩，每根鋼絲繩纏繞一組位于吊鉤橫梁上的動(dòng)滑輪組，板鉤設(shè)置在吊鉤橫梁的兩端；減速機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒帶動(dòng)鋼絲繩進(jìn)而帶動(dòng)動(dòng)滑輪組及板鉤升降。

雙卷筒結(jié)構(gòu)既可以減小卷筒的卷繞直徑，節(jié)約成本，減小外形尺寸，又可以優(yōu)化鋼絲繩的繞繩方式，使結(jié)構(gòu)布置更合理。

圖2 主起升機(jī)構(gòu)

自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)（如圖3所示）包括液壓站、兩個(gè)油缸、擺動(dòng)裝置、吊具架和吊具鉤頭；擺動(dòng)裝置通過銷軸鉸接在小車架的下翼緣，油缸一端鉸接于小車架上，另一端與擺動(dòng)裝置鉸接，擺動(dòng)裝置另一端與吊具架鉸接，吊具架下端裝有兩組吊具鉤頭。液壓站通過同步控制油路控制兩油缸同步伸縮進(jìn)而帶動(dòng)擺動(dòng)裝置沿鉸接軸往復(fù)擺動(dòng)，吊具架和吊具鉤頭隨動(dòng)。

圖3 自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)

在自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)中吊具架包括一個(gè)基礎(chǔ)吊具架和多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)吊具架，標(biāo)準(zhǔn)吊具架裝于擺動(dòng)裝置和基礎(chǔ)吊具架之間，通過增減標(biāo)準(zhǔn)吊具架的數(shù)量滿足不同高度處的渣土傾倒，實(shí)現(xiàn)渣土傾倒工作高度的多規(guī)格可調(diào)。

擺動(dòng)裝置、標(biāo)準(zhǔn)吊具架和基礎(chǔ)吊具架均為框架結(jié)構(gòu)，既保證了兩吊具鉤頭在循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程中位置的同步性，又提高了渣土傾倒過程中的整體穩(wěn)定性，避免了渣土車在傾倒過程中由于偏斜引起的不安全性，可靠性大大提高?；A(chǔ)吊具架和吊具鉤頭通過雙銷軸聯(lián)結(jié)，防止吊具鉤頭在工作中發(fā)生翻轉(zhuǎn)，引起事故，且兩結(jié)構(gòu)件間的傳力由軸孔承受，安全可靠。

擺動(dòng)裝置由液壓站通過同步控制油路控制兩油缸同步伸縮來完成繞鉸接軸的往復(fù)擺動(dòng)，同步性高，且液壓推動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小。擺動(dòng)裝置與車架之間銷軸鉸接處安裝有滑動(dòng)軸承，減小擺動(dòng)裝置工作中的擺動(dòng)阻力，防止擺動(dòng)裝置在擺動(dòng)過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

主起升機(jī)構(gòu)和自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)配合渣土車作業(yè)。主起升機(jī)構(gòu)吊鉤組下端的兩板鉤的吊點(diǎn)為渣土車的重心吊點(diǎn)，自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)兩吊具鉤頭的吊點(diǎn)為渣土車的偏心吊點(diǎn)，兩吊點(diǎn)均為銷軸，板鉤和吊具鉤頭均可沿銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在主起升機(jī)構(gòu)的升降配合下，渣土車以偏心吊點(diǎn)為鉸點(diǎn)，向重心吊點(diǎn)側(cè)傾翻，實(shí)現(xiàn)渣土自動(dòng)傾倒作業(yè)。

2 副起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

副起升機(jī)構(gòu)（如圖4所示）為常規(guī)單卷筒的卷揚(yáng)機(jī)型式，減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒工作，卷筒雙聯(lián)卷繞一根鋼絲繩，鋼絲繩帶動(dòng)吊鉤升降。

小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)（如圖5所示）提供了小跑車的橫向移動(dòng)動(dòng)作。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、傳動(dòng)于一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)單元，結(jié)構(gòu)緊湊，互換性高。

3 自動(dòng)傾倒作業(yè)的工作原理

隧道建設(shè)用門式起重機(jī)的起重小車最主要的功能是可以完成渣斗車的自動(dòng)傾倒作業(yè)，所以本文重點(diǎn)介紹一下自動(dòng)傾倒作業(yè)的工作過程；結(jié)合圖1和圖3所示敘述如下。

起重小車正常就位，自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)處于初始工作位置（如圖3實(shí)線部分所示）。首先，控制液壓油缸伸出到最大行程位置，油缸推動(dòng)擺動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)一定角度，與擺動(dòng)裝置鉸接的標(biāo)準(zhǔn)吊具架和基礎(chǔ)吊具架隨動(dòng)到相應(yīng)位置，此位置不影響渣土車的正常升降（如圖3雙點(diǎn)劃線部分所示）；然后，控制起升機(jī)構(gòu)提升渣土車到傾倒位置上方；再通過液壓站控制液壓油缸收回到初始位置，擺動(dòng)裝置、標(biāo)準(zhǔn)吊具架和基礎(chǔ)吊具架隨動(dòng)到初始工作位置；最后再控制起升機(jī)構(gòu)使渣土車下降，傾倒渣土裝置的吊具鉤頭鉤住渣土車的偏心吊點(diǎn)（如圖1所示），起升機(jī)構(gòu)讓渣土車?yán)^續(xù)下降，偏心吊點(diǎn)高度不變，重心吊點(diǎn)不斷下降，渣土車以偏心吊點(diǎn)為鉸點(diǎn)，向重心吊點(diǎn)側(cè)傾翻，實(shí)現(xiàn)傾倒渣土作業(yè)，傾倒渣土完畢，起升機(jī)構(gòu)提升渣土車到一定位置，使渣土車的偏心吊點(diǎn)離開吊具鉤頭，開始下一個(gè)工作循環(huán)。

圖4 副起升機(jī)構(gòu)

圖5 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

4 小 結(jié)

1）該起重小車的自動(dòng)傾倒渣土機(jī)構(gòu)對渣土的提升、吊運(yùn)、傾倒均由司機(jī)室人員操作，不需地面人員配合，自動(dòng)化程度高，施工操作更具安全性和便捷性，提高效率，節(jié)省人力物力。

2）該起重小車渣土傾倒工作的高度可以多規(guī)格可調(diào)，使起重小車可以適用于多個(gè)施工現(xiàn)場和施工工況，提高起重小車的利用率，節(jié)約社會(huì)資源。