王正勇 段 勇 康 银
北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007
摘要：针对污泥与垃圾掺烧领域当中起重技术需求问题，开发了一种平行运行独立双小车抓斗起重机，桥架采用三梁四轨形式，文章对三梁四轨桥架起重机相关的布置方案、金属结构、机械传动等进行深入研究，解决由于布置方案的更新所引发的机械与电气关联性问题，开发出新的基于面向同厂房多物料综合处理领域的自动化、智能化起重系统，为环保领域当中的污泥处置提供设备支持。
关键词：抓斗起重机；三梁四轨；抓斗；双小车
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785(2020)10-0050-03
0 引言
由于中国城镇化水平的不断提升和国民经济的快速发展，全国生活污泥、河道污泥和工业污泥的排放量激增，以焚烧为核心的处理手段相对于填埋法、堆肥法和建材利用等其他方案因具有处置效率高、二次污染小、技术较成熟等系列优点目前被认为是最为彻底、快捷和经济的方法，其中利用城镇周边的固废综合处理厂将污泥掺入垃圾中焚烧及在污泥焚烧当中添加煤、生物质等其他助燃物的混合焚烧技术由于仅需要引入污泥注入系统，成本较低，越来越成为政策引导及市场需求的趋势。目前相比较其它设备掺烧方式而言，用起重设备将污泥与垃圾掺烧的方案更为经济、高效，是近年来市场普遍认可的处理模式。但是国内外配套的起重设备尚未形成成熟的系统方案。
为此作法主要有：1）配备多台起重设备，每台设备对应一种物料，该方案虽然简单方便，但首先由于设备数量的增添，需要投入的成本较高；其次，设备数量的增加导致故障点增多、维保工作量加大；2）使用一台起重设备，配备多台抓具，使用时根据具体物料的种类，吊挂相对应的抓具，该方案前期投入成本明显降低，但是后期使用时，由于根据抓取物料性质的不同需要更换相应的抓具，对于生产任务繁忙或工作环境恶劣的场合，频繁更换抓具方案用户多数不能接受，方案的应用性受到一定程度的限制。
鉴于此，本文综合考虑多台车布置的方案后，研发了一种平行运行独立双小车抓斗起重机，其吸收了多台车布置方案的优点，弥补了其不足，较好的解决了现有设备的问题。
起重机作业工艺如下，两台小车携带各自携带两台抓斗，一台抓斗用于从垃圾储坑将垃圾抓取至投料口入炉焚烧，一台抓斗将污泥从污泥池将干化污泥抓投至投料口，由于两台抓斗分别悬挂至两台独立的运行小车，抓取物料和平行于小车方向的运行可以同时操作，有效压缩了污泥和垃圾两种物料倒运时间。
1整机方案
本文所开发的起重机主要针对多种物料搬运需求，特别适用于生活处理企业当中垃圾和污泥协同处理工艺，考虑到污泥和垃圾两类物料性质相差较大，原生垃圾一般颗粒度较大，成分复杂，适用于多瓣抓斗抓取；污泥一般经过干化工艺，含水率有所降低，成分较单一，一般采用双瓣抓斗抓取。针对该问题，本文开发的双小车抓斗起重机主要方案俯视图如图1，侧视图如图2 所示，桥架部分主梁采用三根主梁（见图1 所示1、2 和3）和四根小车轨道组成的三梁四轨结构形式，以解决小车平行运行的轨道需求问题，端梁采用铰接结构，解决载荷不均衡问题；小车部分设计了两个起重小车（见图1所示4 和5），采用两个小车平行布置，独立运行，两个抓斗分别吊挂至两个小车上，设备使用方可以单独驱动两个抓斗进行物料抓取。实际工作时，两台小车可以同时抓取相对应的物料，根据厂区布置倒运至目标区域，该方案可以最大限度的利用设备，提高企业生产率，为目前生产任务接近饱和的垃圾和污泥协同处理企业提供高效服务。
由于一台起重机装备了两台小车，吊挂了两个不同的抓斗（见图2 所示3 和4），而且一般起升高度很大，大车和小车启动和制动过程当中势必会引起抓斗一定程度的摆动，因此必须考虑起重机运行过程当中的抓斗防碰撞问题，通过高度检测、双小车的位置检测等，控制两台抓斗运行安全隔离范围，消除双抓斗之间的碰撞，缠绕等安全隐患。
2 桥架
本文所述起重机重要特征之一在于桥架采用三梁四轨形式，三梁四轨桥架方案源于两台起重机的合体方案，两台车的桥架合为一体后，省去了一根主梁和运行机构，端梁总体上也有适当的减轻，但是与两台起重机方案相比其限制了一台抓具在大车运行方向上的自由度，抓具工作自由度受到限制。两台抓斗的安全工作区间、布置两根小车轨道的中间主梁、端梁的结构形式、桥架的整体结构形式均需要作重点研究。传统的端梁一般为两轮、铰接结构及台车结构等，双主梁或四主梁结构当中载荷分配较为均布，而三梁四轨桥架由于三根主梁导致载荷在整个桥架的分布与之前结构形式有较大差异，因此端梁要突破这些形式，达到既轮压分配均衡，又刚性较强的效果。
1. 主小车导电侧主梁 2. 中间主梁 3. 副小车导电侧主梁 4. 主小车 5. 副小车
图 1 起重机俯视图
三梁四轨桥架主要由三根主梁、两根端梁组成，其两侧的大、小主梁（见图1 所示1 和3）各布置一根小中中间的一根主梁（见图1 所示2）布置两根小车轨道， 车轨道，四条小车轨道构成主、副小车的运行轨道。两侧的主梁（见图1 所示1 和3）携带走台，方便人员对滑车的维保，走台外侧设置小车运行供电支撑系统，服务小车移动供电需要。三根主梁由于载荷差别较大，设计时需要考虑针对性。中间主梁（见图1 所示2）结构形式区别于传统的起重机主梁结构形式采用双轨全偏轨形式。
端梁形式较为特殊，截面采用焊接箱型组合梁，整体分为两段（见图2 所示1 和2），两根端梁之间用销轴进行连接，并采用凹凸板进行定位，保证端梁在水平面的刚性，确保起重机大车行走时不会歪扭导致啃轨。
1. 辅助端梁 2. 主端梁
图 2 起重机侧视图
3 小车
本起重机小车采用双小车平行布置形式，两个小车分别吊挂不同的抓具。小车具体结构形式如下：起升机构动力源为专用起升变频电机，电机采用双出轴形式，两侧通过联轴器与各对应的硬齿面减速器进行连接，采用两个钢丝绳双联卷筒，增强抓具的防摇效果，卷筒和减速器之间采用卷筒联轴器进行连接，能够较好适应卷筒的角度变化，每台减速器外侧配备块式制动器，制动动作平稳，冲击小，根据实际起升高度配备专用的起升电缆卷筒，电缆卷筒和钢丝绳卷筒之间用同步链条进行连接，确保钢丝绳和电缆的同步性。小车运行机构采用三合一驱动单元，结构紧凑。车轮采用铸钢材质，单轮缘结构形式，适用于高工作制起重机。小车架采用双层小车架形式，起升机构布置于上层小车架，下层小车架携带运行机构。上层小车架和下层小车架之间设置四个剪切梁传感器。该结构形式称量系统稳定，精度高，广泛应用于起重机行业称量领域。由于两台小车交汇时两个抓斗距离较近，需要添加安全隔离及防摇措施，消除两个抓具之间的碰撞隐患。
4 大车
结合桥架端梁的结构形式起重机大车单侧布置3 个车轮，由于工作级别较高，车轮采用铸钢材质，轴承采用双列调心滚子轴承，两个车轮安装于一根单体端梁上（见图2 所示2），另外一个车轮设置于另外一根端梁（见图2 所示1），车轮安装形式可采用角型轴承箱、镗孔或45°剖分形式，大车驱动采用四轮驱动形式，三合一驱动单元设置在轮压较大的四个车轮组部位，另外两个车轮随驱动车轮组牵引运行。工作级别较高时可以采用台车结构形式进行替代。实际设计时可以根据轮压的大小对车轮的数量进行调整。
5 结语
本文针对现有垃圾和污泥协同处理领域设备短缺的问题，开发了一种平行布置双小车抓斗起重机，有效填补了污泥与垃圾相互掺烧领域当中起重设备板块的空白，该产品将会有效助力于污泥处置技术，进一步解决污泥激增所带来的环境、社会等系列问题，也提升了污泥的资源化利用水平，应用前景较为广阔。
参考文献
[1] GB/T 3811—2008 起重机设计规范［S］.
[2] GB/T 14405—2011 通用桥式起重机［S］.
[3] 李会勤，李姿之. 冶金起重机[M]. 北京：机械工业出版社，2011.
[4] 杨亮亮，尹力，黄洁 . 市政干化污泥掺烧对生活垃圾焚烧的影响及应对措施 [J]. 环境卫生工程，2018(4)：9-11.
