基于GB/T 3811-2008｜依据轮压选择起重机车轮及轨道的方法及车轮允许轮压计算方法与示例

正常工作起重机车轮或滚轮的允许轮压P_L计算方法如下：

P_L=kDlC

P_L单位为牛顿（Ｎ）。

1）k--车轮或滚轮的许用比压

单位为牛每二次方毫米（Ｎ/ｍｍ^２），钢质车轮或滚轮按表1选取；

• 对具有平坦承压面的轨道，轨顶总宽度为b，每边倒角圆半径为r，见图１a，轮轨有效接触宽度为：l＝b－ ２r
• 对于具有平坦、锥形或凸起承压面的轮轨，如车轮在工字钢梁下翼缘上面运行，则轮轨有效接触宽度为：l＝w－r

其中车轮踏面宽度w，下翼缘外侧倒角圆半径为r，如图1b所示，车轮直径 D应为投影宽度（w－r）中点上的直径。

图1  车轮踏面与轨道的接触宽度（来源：GB/T 3811-2008）

4）C--计算系数

进行车轮或滚轮强度校验时，C＝C_max，取值C_max＝1.9。

车轮或滚轮的静强度应满足式

P_max≤1.9kDl

P_max--最大轮压（包括考虑动载试验或静载试验的载荷），单位为牛顿（Ｎ）。

已知：50/10t-31.5m H=16m A6吊钩普通桥式起重机，大车速度100m/min，小车重16t，吊车总重65t，最大轮压44t，大车轨道采用QU80，小车轨道采用P38。（数据来源：国家建筑标准设计图集17G325第36页）

计算此桥吊大车运行机构、小车运行机构应采用的车轮直径最小值，系列取整。

查标准YB/T 5055-2014 《起重机用钢轨》，假如轨道QU80的材质为常用的U71Mn，材料U71Mn的抗拉强度R_m≥980MPa。

查标准GB/T 2585-2021《铁路用热轧钢轨》，假如轨道P38的材质为常用的U71Mn，材料U71Mn的抗拉强度R_m≥880MPa。

查表1有，轨道QU80与P38抗拉强度符合要求，且大车车轮取k_大=5.6；

因P型轨道中间有凸起承压面，故小车车轮取k_小=5.6×10%=6.16；

2）计算l

大车运行轨道QU80钢轨断面尺寸见图2，即b_大=80mm，r_大=8mm，故大车车轮与轨道承压面的有效接触宽度为l_大=b_大-2r_大=（80-2x8） mm，即l_大=64mm。

图2  QU80钢轨断面尺寸（来源：YB/T 5055-2014）

小车运行轨道P38钢轨断面尺寸见图3，即b_小=68mm，r_小=13mm，故车轮与轨道承压面的有效接触宽度为l_小=b_小-2r_小=（68-2x13）mm，即l_小=42mm。

3）计算D

有已知可得，大车P_max大=44t≈4.4×10⁵N；

设定小车主起升吊钩中心在小车轮距及小车轨距中心，小车共计四个车轮。计算小车P_max小=（16t+50t）/4≈1.65×10⁵N；

根据P_max≤1.9kDl得到：

D_小≥P_max小/（1.9×k_小×l）

    =1.65×10⁵N/（1.9×6.16×42）

    ≈335mm

依据JB/T 6392-2008《起重机车轮》基本参数直径优选系列，大车车轮直径最小取710mm，小车车轮直径最小取400mm。如果采用合金结构钢（GB/T 3077-2015 ），如42CrMo，同理计算，大车车轮直径最小取500mm，小车车轮直径最小取250mm，车轮直径尺寸将小了很多。

当然，车轮组的承受能力不仅仅与车轮有关，还与所选择的轴承承载能力、车轮轴轴径等有关，实际设计及运用过程中，需要综合考虑。

经常有设计院技术人员、销售、客户会咨询，我选择什么型号的轨道合适呢？一般而言，实际运用多依据起重机轮压采用经验或者类似项目而定。理论上可采用“集中载荷（最大轮压）-简支梁”模型计算弯曲应力，即以相邻两个轨道垫板作为支点；如果轨道完全贴承轨梁，可采用“集中载荷（最大轮压）-剪切”模型，运用材料许用剪切应力计算。（个人观点）

起重机轨道按照车轮轮压进行选用，参见表2，依据第01节中P_L计算可以等效计算出不同轨道许用轮压。

表2  钢轨选用表（来源：《起重机设计手册》张质文等表4-8-16）

表3  车轮、轨道、轮压关系表（数据来源：太原特协）