高立成
太原重工技术中心 太原 030024
摘要：上旋转电磁梁式起重机的回转机构可采用滚动轴承回转轴承。本文简要介绍了采用该回转机构的起重机小车和吊具，提出了回转机构电机的计算方法，并讨论了该方法的实际应用。应用中发现的问题及解决方案。
关键词：上旋转电磁吊梁起重机；回转支承回转机构；电机计算
CLC 分类号：TH215 文件识别代码：A 文章编号：1001-0785 (2020) 17-0062-03
0 简介
电磁梁式起重机是桥式起重机的一种，利用吊具梁下的电磁铁来拾取和运输物品。主要用于提升钢板、钢坯、棒材捆等长形物品；旋转电磁梁起重机利用起重工具或小车的旋转，使被吊运的物品在起吊过程中沿水平方向旋转一定的角度。吊具可旋转的起重机称为下旋转电磁梁式起重机，小车可旋转的称为上旋转电磁梁式起重机。上旋转电磁吊梁起重机小车一般为上下两层结构。两层小车通过回转机构连接。回转机构采用轮子和环轨或滚动轴承回转支承。轮轨式回转机构应用广泛，其计算方法也比较成熟，而回转轴承式回转机构多用于工程机械钢结构梁计算公式中的γ是，很少用于桥式起重机。各种标准、设计手册和教科书都有回转机构的计算方法。也比较适合工程机械。用于桥式起重机回转机构计算时不方便。因此，主要讨论旋转电磁吊梁起重机回转支承回转机构电机的计算。
1 组织简介
上部旋转电磁梁式起重机的小车和吊具如图1所示，下部小车设有小车运行机构，可实现小车在桥轨上的往复直线运动。上小车通过回转机构与下小车连接，并可相对下小车在水平面上转动。升降机构布置在上部。在小车上，电磁吊梁随上小车一起旋转，从而实现悬挂物品的旋转。
上小车 2.回转机构 3.下小车 4.电磁吊梁 5.电磁盘 6.吊物
图1 小车及吊具示意图
回转机构主要由三合一减速电机、回转轴承、小齿轮等组成，如图2所示。回转轴承的外圈为外齿圈结构，固定在上台车架底部用螺栓固定，内圈用螺栓固定在下台车架上。三合一减速电机通过小齿轮将动力传递至回转轴承的外圈齿轮。内圈固定，外圈齿轮相对内圈旋转，从而带动整个上车旋转。如果空间允许，也可以将三合一减速电机替换为由电机、减速器、制动器和联轴器组成的传统驱动机构。但无论采用哪种驱动机构，电机功率的计算方法基本相同。
1. 三合一减速电机 2. 下机架 3. 小齿轮 4. 回转支承 5. 上机架
图2 旋转机构
2 回转机构电机功率计算
根据GB/T 3811-2008《起重机设计规范》，回转机构电机功率的计算主要考虑回转摩擦阻力矩、风阻力矩和斜坡阻力矩。但该算法主要针对室外作业的工程机械，一般用于室内。运行电磁梁式起重机无需考虑风阻力矩和坡道阻力矩。同时，由于上小车本身、电磁吊梁、电磁铁以及吊物都具有朝向旋转中心的较大转动惯量，因此在绕中心旋转时会产生较大的惯性阻力力矩。的旋转。这应该是电机功率的计算。过程中应考虑的因素，所以电机的等效功率
式中：Pe为电机的等效功率； Mm为摩擦阻力矩； Mg为惯性阻力矩； N为小车转速； η为机构传动效率。对于电磁梁式起重机，一般采用减速机和开式齿轮传动。宜η=0.8～0.85； λas 为电机平均启动转矩的标准值，即基本电源连续率下平均启动转矩与额定转矩的比值。对于交流电机，λas=1.5~1.6； 1.1~1.3为系数，考虑回转机构传动部分。 （包括电机转子、联轴器、制动轮等转动惯量的影响），增加惯性阻力矩的系数。 N为转速，一般由用户提出，因此计算电机等效功率时主要的未知量是摩擦阻力矩Mm和惯性阻力矩Mg。
对于采用滚动轴承回转支承的回转机构，摩擦阻力矩可由回转轴承制造厂提供或按式（2）计算
式中：ω为回转阻力系数钢结构梁计算公式中的γ是，ω=0.01（滚球式），ω=0.012（滚柱式）； D为回转支承滚道中心直径； ΣF 是所有滚动球或滚子上的总压力。
式中：Fa为回转支承上的总垂直力（轴向力），Fr为回转支承上的总水平力（径向力），γ为滚动体的压力角，可计算为 45°。
式中：mq为起重机的额定起重量； mc为上小车质量，即回转支承上方小车的质量； ml为电磁吊梁的质量； md 是所有电磁盘的总质量； g为重力加速度，取g=9.81 m/s2。
式中：v为起重机的运行速度； tq为起重机的操作启动时间，一般为5～10s。也可按GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中表13选取，此处不再赘述。阻力惯性矩为
式中：Jq为悬挂物相对于小车旋转中心线的转动惯量； Jc为上小车相对于小车旋转中心线的转动惯量； Jl为电磁吊梁相对于小车旋转中心线的转动惯量； Jd是整对电磁盘。汽车旋转中心线的转动惯量之和； t为旋转开始时间，取t=3～5s。
被吊物一般可以近似看成长方体或圆柱体，上小车一般可以近似看成圆盘，电磁吊梁一般可以近似看成长方体。然后利用相应的转动惯量公式分别计算Jq、Jc、Jl。这里不再详细介绍。
电磁磁盘通常是长方体或圆柱体。利用相应的转动惯量公式可以计算出各电磁盘在自身中心线上的转动惯量Jd1，Jd2，...，Jdi。该中心线应与汽车旋转的中心线平行。同时，电磁盘悬挂在电磁吊梁下方，一般以一定距离对称排列，如图1所示。电磁盘中心线上所有电磁盘的转动惯量之和汽车的旋转是
式中：Jdi为第i个电磁盘绕自身中心线的转动惯量，mdi为第i个电磁盘的质量，li为第i个电磁盘中心线与小车旋转中心线的距离，N为电磁盘数量。根据GB/T3811-2008《起重机设计规范》，所选用电机的功率应满足
式中：Pn为所选电机在CZ值和实际功率连续率JC值下的功率； K为考虑环境温度和海拔因素的功率修正系数，可按GB/T 3811-2008《起重机设计规范》15中的图进行计算； G为平均稳定载荷系数，可按GB/T 3811-2008《起重机设计规范》附录P表P.1计算选择。
3 旋转机构电机标定
回转机构电机的过载校准公式为：
式中：H为系数，对于绕线转子异步电机H=1.55，对于笼型异步电机H=1.6，对于直流电机H=1； nm为电机额定转速； m为电机数量； i为回转机构总传动比； λm是相对于Pn时电机的最大扭矩倍数，由电机制造商提供。对于直接全压启动的鼠笼式电机，堵转转矩倍数λm≥2.2。
对于频繁工作的旋转机构，为避免电机过热而损坏，应进行热校准。
4 个应用程序
在一些实际应用中，采用这种方法计算出的电机功率偏小。这是因为滚动轴承式回转支承对底座的刚度要求非常高。对于采用箱形梁框架结构的小型框架，根据常规经验，设计很难满足回转支承的刚度要求。在刚度不足的情况下，小架的变形会引起回转轴承内外圈的变形，从而挤压滚动体与内外圈之间的间隙，增大回转摩擦力矩。当刚度严重不足时，也会造成回转支承变形。轴承转动不正常或不灵活甚至不能转动，给人感觉电机功率不足。为了使上部旋转电磁梁式起重机满足使用要求，可增加小车架的刚度；可增加回转轴承的刚性，增大滚动体与内外圈之间的间隙；根据计算出的电机功率，选择高一档电机等措施。
实践证明，采取这些措施后，上部旋转电磁梁起重机能够更好地满足使用要求。
5 结论
各种标准、设计手册和教材中回转机构电机的计算方法通用性强，更适合工程机械。但用于上部旋转电磁梁起重机时，存在不便。因此,根据实际工作中的设计经验,对上部旋转电磁梁起重机回转机构电机的计算方法进行了探讨,并根据实际应用情况提出了上部旋转电磁梁起重机设计中的一些改进措施被提议。由于回转机构的设计受多种因素影响，需要进一步深入研究才能获得更准确的回转机构电机功率值。
参考
[1] GB/T 3811—2008 起重机设计规范[S].
[2] 张志文，王金诺，程文明，等。起重机设计手册[M]．北京：中国铁道出版社，2013。
[3] 高立成.两种典型的上回转桥式起重机回转机构[J].山西冶金, 2019, 42(3): 66, 67, 70.
