塔式起重機起升機構技術改造分析

摘要：文章以塔式起重機起升機構為主要研究對象，對其起升機構的校驗方法、部件選擇、設計計算和構成方法進行了探討分析，為了進一步提高起升機構的設計效率，減少設計工作的重復量，以Solid Works三維軟件和Visual Basic6.0開發語言為基礎，對塔式起重機起升機構的系統進行了設置。

關鍵詞：起重升降機；施工；調試；檢修

中圖分類號：TH213.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0116-02

起重機屬于重型機械裝備制造行業生產過程中一種十分重要的設備，在重大工程項目的建設過程中具有無法替代的作用，這一技術的應用為我國重型工業行業的快速發展提供了可靠的物質基礎。在面向對象的程序設計方法和模塊化思想的基礎上，根據常規的優化分析和設計算法，通過MATLAB優化工具和Visual C++開發工具，能夠實現塔式起重機起升機構技術改造設計的目標。在大規模定制思想的指導下，通過工程圖調優技術、裝配草圖技術、模塊化參數化思想，應用Solid Works開發平臺和Visual Basic6.0開發語言，能夠為塔式起重機起升機構的技術改造質量和效率的提高奠定基礎。

1 塔式起重機起升機構的主要部件

取物裝置、安全保護裝置、驅動裝置和鋼絲繩卷繞系統等是塔式起重機起升機構的主要構成部分，其中，抓斗、吊環、吊鉤等是取物設備的幾類常見形式；起升高度限位器和超負荷限制器是安全保護設備的主要構成部分；聯軸器、制動器、減速器和電動機等是驅動設備的主要部分；滑輪組、滑輪、鋼絲繩或卷筒是鋼絲繩卷繞系統主要成分。塔式起升機構平面結構圖，如圖1所示。

①制動器、減速器和電動機的選擇。塔式起重機起升機構一般使用繞線型異步電動機，在電動機功率計算過程中，需參考傳動效率、卷筒效率、滑輪組效率、起升速度、起升載荷等參數進行靜功率的計算，并將穩態負載平均系數和靜功率相乘，最終得到穩態平均功率值，再根據穩態平均功率值對CZ值于接電持續率值之間的相吻功率進行選擇。減速器現階段已經基本實現了標準化。在減速器設計過程中，應按照傳動方案的不同對傳動比分配進行確定，后對實際傳動比進行確定。確定各項參數后，根據參數的不同選擇特定型號的減速器。同時，在選擇過程中還應參考塔式起重機的電動機額定功率、許用功率和工作級別等指標。受到機構使用過程中軸端和輸出軸所受徑向力和扭矩力較大等因素的影響，應校驗其軸端的最大徑向力和最大扭矩。

②卷筒的設計。卷筒的作用過程指的是以重物直線升降運動替代電動機旋轉運動的過程，卷筒使用過程中，在螺旋狀的卷筒繩槽內纏繞鋼絲繩，計算設計過程中通常會忽視鋼絲繩自身的重量。在起重機卷筒的起升高度設計時，為了防止起升過程中出現較大的卷筒力矩改變，需將其制作為圓錐形，且應考慮鋼絲繩的自身重量。在卷筒上固定鋼絲繩的固定端，并仔細檢查固定端的方便性和安全性，若存在問題需及時更換。為了降低亂繩的發生率，卷筒軸垂直平面與鋼絲繩多層繞卷筒和光繞卷筒之間的偏離角度應控制在2°以下。為了防止鋼絲繩脫槽和槽口損壞問題的發生，在卷繞系統設置過的程中，滑輪槽鋼絲繞出或繞進角度應控制在5°以下。

③滑輪的計算。在塔式起重機起升機構設計過程中，滑輪的主要作用在于為鋼絲繩提供支撐，以改變其走向。繩槽尺寸、輪轂寬度和滑輪直徑是滑輪的主要設計參數，其中，彎曲應力和擠壓應力越小的鋼絲繩，其直徑越大，而滑輪直徑是最為主要的鋼絲繩使用壽命影響因素。起重機滑輪均為鑄造結構，且實現了尺寸結構的標準化設計，在具體應用時應查看技術手冊。起升機構的尺寸大小會直接受到滑輪組倍率等因素的影響，且效率越低鋼絲繩磨損率越高；倍率越大滑輪組意外的起升機構尺寸越小。

④鋼絲繩的設計計算。繩直徑的選擇和結構形式的確定是選擇鋼絲繩的兩項主要指標，一般情況下，線接觸鋼絲繩是鋼絲繩的首選，而在腐蝕的環境中則通常選用鍍鋅鋼絲繩。為了確保正常的塔式起重機運轉狀態，鋼絲繩的強度和性能也應滿足特定的標準。按照鋼絲繩直徑的不同，一般可選擇下述三種直徑確定方法，即鋼絲繩直徑根據估算法確定；鋼絲繩直徑根據安全系數n確定；鋼絲繩直徑根據選擇系數確定。

2 軟件開發

根據總裝—部件—子部件的基本程序設定系統參數，首先對整體的起重機參數進行選擇，再對各個部件的參數分別進行選擇。以卷筒為例，卷筒模型尺寸計算完成后，利用ANSYS方法校核有限元，并使用三維軟件按照特定程序確定最終的卷筒尺寸，進而獲得最新的卷筒模型。參數化設計卷筒的基本流程如下：

首先進行起升機構系統主界面的設計計算，再通過起升機構設計計算界面，按照實際需要的不同，對各個起升機構部件進行相應的點擊選型或是設計計算。按照系統計算所得的數據，在各個卷筒組部件之間建立三維參數化模型，依據裝配設計圖確定零部位置。尺寸變量間的約束關系可利用方程式的適當添加來加以控制，若某個部件出現隨著設計圖而變化尺寸及位置的情況，需要驅動控制裝配設計圖的部件。一般情況下，應簡單地對壁厚δ、長度L和卷筒直徑D等指標進行初步計算，按照卷筒直徑與長度之間的關系，對卷筒強度加以計算，再依據各個參數有限元分析卷筒，保證參數值合理性的適當提高，后將輸出參數導入參數化變型子系統中進行參數化驅動，更新三維模型。

3 結 語

綜上所述，塔式起重機起升機構技術改造軟件，在特定噸位塔式起重機起升機構系統運行過程中得到了成功的實踐，相關的實踐和研究結果也證實，技術改造措施的應用實現了塔式起重機起升機構設計成本的降低、設計周期的縮短以及設計效率的提高，從而為企業市場競爭力的提高奠定了可靠的基礎。

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