铁路起重机设计

第1章铁路起重机的驱动形式回顾我国铁路起重机几十年来的发展历程，铁路起重机的每一次创新与铁路运输的发展密不可分，满足铁路行车救援的需要是铁路起重机不断进行技术革新的主要目的。

21世纪，高速、重载和西部开发是我国铁路建设发展的方向，这对铁路起重机的机动性能（回转速度）、作业效率（起重能力、作业时间）、可靠性、适应性等提出了新的要求，也成为今后铁路起重机技术革新的方向。

结合我国铁路发展的趋势，进一步扩大和加深对铁路起重机各种可能的工作环境（工况）的研究，有助于明确铁路起重机技术的改进方向。

未来，铁路起重机仍将作为一种处理铁路行车脱轨事故、排除线路障碍的关键救援起重设备来发展。

实现铁路救援作业的网络化亦很重要，也就是要使作业部门、生产厂家及铁路运输控制等相关部门在进行铁路救援作业时形成一个有机整体，这样才能充分发挥铁路起重机作用，有助于铁路起重机的技术革新。

为此，老师给我设了铁路起重机这个题目。

本次设计将主要完成结构造型及支架平衡装置的结构设计与计算。

此外，我还对铁路起重机的部分液压结构和部分的运行功能的实现进行分析。

1.1 铁路起重机对驱动装置的要求铁路起重机的性能和特点在很大程度上是由驱动装置（动力装置和传动装置的总称）来决定的，驱动装置的优劣对起重机的影响很大，不论选择何种驱动形式，为满足起重作业的特点都应适应如下要求：(1)适应外载荷的多变要求起重机工作时起吊重物的变化较大，时而满载、时而轻载或空载，为了充分利用动力装置的功率，提高起重机作业效率，在外载荷减小时驱动装置应能随之提高速度，也就是说驱动装置具有“软”特性。

(2)适应迅速改变运动方向要求起重机作业时起时升，回转机构的运动方向交换频繁，时升时降，回转方向时左时右，因此，要求驱动装置能快速改变运动方向。

(3)适应工作速度频繁变化的要求。

起重机工作时，对工作速度有不同的要求，在装卸作业中，工作速度要求快一些，但在安装工作中，工作速度不宜太快，特别在安装就位时，需要微速动作，而在启动时希望慢速平稳启动。

但在匀速工作中希望快速运动，这就要求驱动装置有较大范围的调速性能。

(4)适应冲击震动的要求起重机在作业过程中，各工作机构经常启动和制动，承受着较大的冲击载荷，因此要求驱动装置有足够的强度，要经受得起冲击。

此外，驱动装置的动力装置必须是独立的能源，一般铁路起重机的动力装置通常是内燃机，内燃机的工作特性，一般满足不了上述要求，因此必须有合适的传动装置相配。

1.2 驱动形式铁路起重机的驱动装置有以下几种形式：(1)内燃机——机械驱动(2)电力——机械驱动(3)内燃机——电力驱动(4)内燃机——液压驱动本设计采用第四种驱动形式：内燃机——液压驱动。

这是一种复合驱动形式，也具有独立的动力源——内燃机。

其动力的传递是液压传动。

从机械能转化为液压能（通过液压泵），再转换为机械能（通过液压马达）带动工作机构，这种形式具有液压传动的全部优点，在现代起重机上被广泛应用。

其主要特性如下：1、液压元件体积小、重量轻；2、速度性能好，易实现正反运动，惯性小；3、传递平稳、柔和，减少了运动中的冲击；4、容易防止过载；5、操作省力简便。

1.3 动力装置的功率估算此发动机只能用一台，在行走时供行车用，在起重时供起重机构用，因此，发动机功率要以两者中需要大者选取，此机器按起重功率来选取：Q——最大额定起重量以吨位计；V——起重钩起重速度以米/分计；Ksw——系数，随起重量计算；Q=16t V=10m/min Ksw=0.70。

所以(1610⨯≥4/+1.1≥70Ne3.kw.048).1/36选择WD615(94)直列、水冷、增压、直喷式柴油发动机，标定功率为（2400转/分）372kw，最大扭矩1295N.m/，转速1300转/min。

第2章铁路起重机支架机构设计及其稳定性2.1 铁路起重机支腿形式的选择为了提高起重机的起重性能，增加整机的稳定性，在起重机的底架上装有可收放和伸缩的支腿。

铁路起重机的支腿按其结构可分为：蛙式支腿、H式支腿、X式支腿和辐射式支腿。

2.1.1 蛙式支腿蛙式支腿的特点是结构简单，只有一个油缸，因此，自重轻。

蛙式支腿摇臂尺寸不能过大，所以支腿跨距受到限制，而且支腿板落地后有水平位移，增加了油缸的推力。

蛙式支腿多用于小型铁路起重机上。

2.1.2 H型支腿图2.1为H型支腿的构造图。

支腿外伸后呈H型，它由固定在车架上的固定支腿5，外伸支腿4，垂直油缸3，水平油缸1和支腿板6组成。

当水平支腿2外伸时，推动外伸支腿4，相对固定支腿5外伸，接着垂直油缸3外伸轮胎着地。

1232a45图2.1 H型支腿构造图H型支腿的特点是：固定支腿与车架固接从而加强了车架，改善了车架受力情况。

H 型支腿跨距较大，适应性好，易于调平，但H型支腿垂直油缸行程大，缸体超出车架上平面较高，因此，影响起重作业的空间。

2.1.3 X型支腿X型支腿的构造：X型支腿由与车架铰接的支腿、伸缩支腿、脚板、垂直油缸和水平油缸组成。

X型支腿的特点是：垂直油缸行程短，油缸的负荷大，缸颈较粗，支腿离地空间间隙小，脚板着地后有水平位移，但稳定性较好，而且在工作中，不必装卸脚板。

2.1.4 辐射型支腿辐射型支腿结构，它由回转支撑架、可绕垂直铰轴转动的固定支腿、伸缩支腿、脚板和垂直油缸组成。

辐射型支腿的特点是：支腿直接与回转支撑架相连接。

起重机作业时，上车的载荷不经车架直接传给支腿，这样，车架的自重就可轻些，从而就降低了整机的自重。

本次16t 铁路专用起重机支架部分的设计，经过调查和指导老师的建议，将选用H 型支腿。

它的固定支腿与车架固接，从而加强了车架，改善了车架的受力情况，而且H 型支腿的跨距较大，适应性好，并易于调平，这些对于铁路起重机的工作稳定性有较大的益处。

2.2 支腿机构液压油缸的选用 2.2.1 液压缸的外型连接及安装尺寸这次设计的16t 铁路专用起重机的支腿是由液压缸的活塞杆推动支腿运动来实现支腿的伸缩动作的。

液压缸的长度是由行程决定的，而支腿伸出的长度要大于铁轨下的路基的宽度，伸出的长度越长，起重机支腿的稳定性就越好，但并不能伸出过长，因为，如果伸长过长就会受到环境的限制，从而影响到铁路起重机的工作范围。

图2.2为液压缸的外型连接及安装尺寸：图2.2 液压缸的外型连接及安装尺寸2.2.2 水平支腿液压缸的选择本铁路起重机的水平支腿伸出长度设计为单方向1300mm ，所以液压缸的长度选为mm L )1300(6 。

由于铁路起重机其它部分结构上的限制，这次选用缸内径为φ140mm 的液压缸，选择的产品型号为DG-JA140H-KL ，此液压缸为单活塞杆双作用液压缸，重型标准，缸内径为140mm，工作压力为2kgf，活塞杆为球铰式。

因此，本次选用的水平160cm/液压缸长度为：1300+540=1840mm2.2.3 垂直支腿液压缸的选择垂直支腿的伸出长度为800mm，由于H型支腿垂直油缸的行程较大，缸体超出车架上平面较高，因此，影响起重机的作业空间，所以垂直油缸的缸内径可少一些，这里选为缸内径为φ80mm的液压缸，选择产品型号为DG-JA80H-EL型。

此油缸为单活塞杆双作用油缸，重型标准，缸内径为80mm，为单耳环式，安装时活塞杆端耳环方向要与油缸中心线方向一致。

因此，本次选用的垂直液压缸长度为：800+306=1106mm2.2.4 液压缸安装时的注意事项这两个液压缸均为耳环式安装，安装时，活塞杆端耳环方向必须与液压缸中心线方向一致。

为保证油缸的使用寿命，油液必须清洁，推荐使用20-30号液压油，粘度为17-18厘斯。

过滤精度不低于50微米，正常工作温度为10-60，液压缸在工作前必须以低压（空载）情况下往复运动几次，保证缸内气体排出，并检查各部紧固件有无松动及丢失。

2.3 液压缸的装配方法2.3.1 水平油缸的装配方法由于水平油缸所选用油缸型号的油缸两端均有耳环，油缸无活塞杆一端的耳环由一圆柱销固定于安装在车架上的基座上，在圆柱销上要铣出一个凹槽，用一卡板安装在基座上，其中基座上的孔直径应与液压油缸无活塞杆一端上的耳环的内径尺寸相同，而圆柱销与基座孔和耳环孔之间为过盈配合。

如图2.3所示：图2.3 水平液压缸与车身的连接而有活塞杆一端上的耳环是由圆柱销安装在支腿架上，圆柱销与耳环之间的配合也为过盈配合。

如图2.4所示：图2.4 水平液压缸与支腿架的连接2.3.2 垂直油缸装配方法垂直油缸所选用的型号油缸只有一端有耳环，又由于结构上的限制本设计将垂直油缸直接焊接在支腿架上，这样既可以减少由于环境和整体结构上的限制，又可以节省材料。

而且不影响行程及工作效果，所以将油缸的缸身部分焊接在车架外伸的最外端，而车架的最外端部分设计成只有一通孔死心长方体。

油缸的活塞杆则直接安装在支脚上，由活塞杆上螺纹与支脚的螺纹进行联结，安装方法如图2.5所示：图2.5 垂直油缸的安装方法2.3.3 支腿架的设计本次设计所采用的支腿架的结构形式为两块半工字钢与两块平钢板互相拼装并焊接而成，其具体结构如图2.6所示：支脚紧固螺钉活塞杆液压缸支腿架加强板支腿架卡板圆柱销耳环锁紧螺母活塞杆液压缸图2.6 支腿架的设计结构图这样焊接，既可以保证结构上的刚度，又可以保证不干涉到内部液压缸的工作。

支腿架的最外端则设计成与垂直油缸相匹配的形式，以便于安装垂直油缸。

2.4 支腿跨距的确定铁路起重机支腿跨距应保证支腿吊重工况时有合理的稳定性。

因为当跨距过大时，虽然起重机的稳定性好，但当出现过载时，破坏因素将转移到其他构件上去。

例如，起重臂弯折，如果跨距取得太小，为保证稳定性，必须加大配重。

铁路起重机打开支腿吊重时，可将整个作业范围分为四个作业区，如图2.7所示：经常在2、4两区工作。

所以起重机的稳定性常由横向跨距2a决定，因此，在确定横向跨距之后，并取纵向跨距a2 ，即可以保证起重机正常工作。

在计算中，b2初步拟定起重机各部分重量及到回转中心距离后，从稳定条件出发，当起重机吊临界Q时，由倾覆力距等于稳定力矩（如图2.9）可确定跨距（见2.5部分），初起重量cr选跨距a=2m ,b=4m 。

a2图2.7 支腿工作区的划分2.5铁路起重机稳定性计算2.5.1 铁路起重机工作状态下的抗倾覆稳定性工作状态下的抗倾覆稳定性是铁路起重机的一个重要特征，若起重机的稳定性不足，则不能保证起重机的正常起重工作。

合理的确定铁路起重机工作状态下的稳定性是设计起重机时的重要内容之一。

（1）铁路起重机在吊重过程中，支腿中心线构成了矩形的支撑平面。

矩形各边将成为起重机的倾覆线。

当起重机由于各种原因超载时，起重机将围绕其重心距倾覆线最近的倾覆线倾覆。

起重机吊重作业时，是处于动平衡过程，所以，起重机倾覆也是一个过程。