起重机车轮磨损和摩擦噪音动力学分析及预防措施
一、理论分析 当车轮轴线与运行方向不垂直时偏斜一个β角，车轮踏面与轨道顶面之间就会因滑动而产生动偏斜摩擦阻力，其方向与滑动的相对速度相反。该摩擦力在运行方向上的分量构成运行的附加阻力，与运行方向垂直的分量构成车轮的侧压力。这种车轮侧压力与其他原因产生的侧压力总和，由轮缘承受。此时，就会出现啃轨现象，导致轮缘磨损和摩擦噪音。图1为偏斜角为β的车轮运行情况。 车轮轴的速度就是起重机的运行速度，车轮接触点相对于起重机的速度zh（圆周速度），它在车轮的圆周方向，与之间的夹角为β。车轮接触点的绝对速度为车轮与轨道间的滑动速度，为前两者矢量和 上式说明，车轮的偏斜角越大，滑动速度越大磨损越严重。 理论上，只要有极微小的偏斜角，就会产生同样大小的侧压力μP。当车轮或轨道的支撑部分刚性不足时，车轮有周期性弹动，发出周期性的强烈响声。当偏斜的车轮运行时，最初并不发生滑动，由于车架与轨道支撑结构的弹性，车轮可向侧方向弹性位移，侧压力随位移大小成正比增加。当增加到时（车轮与轨道间的静摩擦系数，一般大于动摩擦系数）开始滑动，使摩擦力骤然降为μP，小于弹性恢复力，于是车轮弹回，并发出强烈响声。 二、改善措施： 2.1 提高制造精度，提高设备使用维护技术。 在设备制造过程中和服役期间要提高车轮组装和维护精度，特别是在更换车轮时，要调整好车轮水平直线度和垂直度，尽量减小β角，减小侧压力，避免车轮侧向摩擦和滑移； 2.2 结构的改进 2.3、轮缘的润滑 在国外，使用轮缘润滑以及采用球磨铸铁材料的车轮相当普遍， 其目的都是增加车轮和轨道之间的润滑性，由此减低车轮磨损和摩擦噪音，其润滑效果得到了一致认可。由于工作情况的相似性，本文提议轮缘润滑，鉴于起重机工作环境的特殊性，液体润滑并不适用，故采用固体粉末润滑。采用机械结构，可靠性高，成本低，效果明显，并不会引起起重机结构大的改动。引入轮缘润滑后，减缓了轮缘磨耗延长轮轨使用寿命，降低噪声，减少能量损耗，操作安全清洁，而且不会向轨面扩散，不影响起动和制动。 三、对2.2结构改进的有限元分析 在轮缘与踏面过渡处的网格划分保证有2层1阶的网格单元，以确保实例分析的准确性。加载范围借鉴了德国的《起重运输机械设计基础》中压应力的计算及分布情况，采用分割线，对其进行局部加载分析，从而获得相应的结果。 在实际设计中，采用了较高的安全系数；在疲劳分析中，在受力、材料完全相同的情况下，新旧2种结构的对比并无太大的差异。 在受力、材料完全相同的情况下，应力分布变化不大。采用新的结构形式，最大应力降低了7.2%。各个范围的应力分布相差不多，总体上比原有结构整体上有所降低。 四、结束语 随着中国制造业的发展，中国的制造技术已经有了很大变化，采用新的技术，新的结构，更新自己的产品，已经成为企业的一项重要竞争手段。采用新的结构形式，引入轮缘润滑，可有效延长起重机大车车轮的寿命，节省资本。目前，虽然有的起重机已经采用水平导向轮而取代轮缘的车轮，但是带轮缘的车轮形式，依然是使用最广泛的。同时对于减少摩擦噪音，改善工作环境有明显好处.