任師道， 李鵬舉， 劉 彬

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司， 山東 濟南 250200）

0 引言

盾構(gòu)機是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機， 是隧道掘進(jìn)的核心設(shè)備，被譽為工程機械之母，也是高端裝備制造業(yè)的標(biāo)志性產(chǎn)品。 盾構(gòu)機一般由刀盤、主驅(qū)動、前盾、中盾、盾尾、拼裝機、輸送機等部件組成，超大直徑盾構(gòu)機單體構(gòu)件重量在一百噸到二百噸之間，大型部件（如刀盤）重量約為四百噸。

盾構(gòu)機生產(chǎn)和組裝車間， 大型部件的拼裝一般在車間跨中附近作業(yè)， 所使用的橋式起重機需要滿足一百噸以下構(gòu)件的頻繁搬運作業(yè)， 滿足二百噸主體構(gòu)件的大范圍正常吊裝作業(yè)， 又要能夠滿足四百噸大型部件的跨中低頻次拼裝作業(yè)。 一般情況下橋式起重機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時，由于經(jīng)常吊運小起重量的構(gòu)件，就出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，作業(yè)效率低，經(jīng)濟效益差。

1 起升變倍率

通過起升滑輪組的變倍率設(shè)計，使起重機具有多種額定起重量，進(jìn)而滿足低速重載、高速輕載的吊裝需求。增大倍率可以提高額定起重量，同時降低了起升速度；減小倍率可以降低額定起重量，同時提高了起升速度。 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，通過安拆拉板上的銷軸，實現(xiàn)變倍率滑輪組和動滑輪的連接和分離。 當(dāng)變倍率滑輪組與動滑輪組連接時為雙聯(lián)8 倍率，當(dāng)變倍率滑輪組與小車架頂緊連接時為雙聯(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， 首先繞入動滑輪組的第一片動滑輪，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，每件拉板通過銷軸固定在變倍率滑輪組上。

圖2 變倍率滑輪組

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

圖3 變倍率滑輪組與吊鉤組的連接

2 變倍率小車

變倍率小車由變倍率滑輪組、動滑輪組、吊鉤組、起升卷揚機、 鋼絲繩、小車架、定滑輪組和平衡裝置等組成， 如圖4 所示。 通過起升滑輪組降倍率設(shè)計，將額定起重機減半，同時起升速度和小車運行速度可加倍，大大提高了小起重量下的作業(yè)效率。

圖4 倍率小車

小車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小車架。變倍率滑輪拉板的上面為承壓面，該承壓面與小車架的承壓塊對接，保證與小車架的頂緊連接。

圖5 倍率滑輪組與小車的連接

滑輪組倍率的變換方法和過程： 變倍率滑輪組與動滑輪組脫離后， 動滑輪組和吊鉤組的重量大于變倍率滑輪組的重量，變倍率滑輪和動滑輪數(shù)量相同， 因此動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，最終與小車架頂緊連接，鋼絲繩繼續(xù)收繩，動滑輪組鋼絲繩帶動動滑輪組和吊鉤組上升；鋼絲繩放繩，動滑輪組鋼絲繩帶動動滑輪組和吊鉤組下降， 吊鉤組落地之前， 動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架始終頂緊連接。

吊鉤組落地后， 動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架脫離，變倍率滑輪組下降。 因此變倍率滑輪組與動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，無需高空作業(yè)。

3 主梁的等效使用

充分利用受彎梁的特點， 針對跨內(nèi)單個移動的豎向載荷和兩個對稱的豎向載荷， 進(jìn)行受彎梁的等強度和等剛度設(shè)計。 以額定起重量為200t 的橋式起重機為例進(jìn)行闡述，在該橋式起重機上增設(shè)一臺額定起重量為200t 的變倍率小車（自重30t）和400t 抬梁組件（自重20t），對主梁采用等強度和等剛度設(shè)計，雙變倍率小車配合吊裝下，主梁的彎矩 （即強度） 不超過單變倍率小車作用下的彎矩；主梁的撓度（即剛度）不超過單變倍率小車作用下的撓度。在不改變主梁、端梁等主結(jié)構(gòu)和大車行走機構(gòu)的前提條件下，雙變倍率小車保持一定的間距抬吊作業(yè)，將該橋式起重機的額定起重量轉(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)和大車行走機構(gòu)無需改動，僅需增加一臺單變倍率小車和抬梁組件， 即可實現(xiàn)額定起重量翻倍，既滿足了200t 以下構(gòu)件的正常吊裝需求，又滿足了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)濟效益。

4 應(yīng)用實例

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

圖7 雙小車的倍率變換

圖8 雙小車抬吊使用

5 擴展設(shè)計

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

（1）對橋式起重機小車的起升機構(gòu)進(jìn)行變倍率設(shè)計，滿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，針對跨內(nèi)單個移動的豎向載荷和兩個對稱的豎向載荷， 進(jìn)行受彎梁的等強度和等剛度設(shè)計。

（3）對單一額定起重量的橋式起重機進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)額定起重量由200t 轉(zhuǎn)化為100t，起升速度和小車運行速度加倍。在該橋式起重機基礎(chǔ)上，增加一臺小車和抬梁組件，實現(xiàn)在特定范圍內(nèi)吊裝400t 的重物。

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