大型平臂式塔機變幅功率的確定

侯清濤，王永新，李鵬舉

（山東電力建設第一工程公司，山東 濟南 2 5 0 1 3 1）

1 概 述

平臂塔式起重機（以下簡稱塔機）采用鋼絲繩牽引式變幅機構，牽引鋼絲繩從卷筒上引出，一進一出，并分別固定在變幅小車兩端，變幅機構通過驅動鋼絲繩帶動小車前后運動，實現變幅。

平臂塔機有尖頭塔機和平頭塔機兩種，其鋼絲繩纏繞方式基本相同。常見的鋼絲繩纏繞方式如圖1所示。

2 牽引阻力

變幅機構的布置方式、繞繩方式、運行位置和運行方向不同時，其牽引阻力也不同。最大牽引阻力根據滿載、上坡、迎風的工況來確定，所以小車沿著臂架軌道運行時產生的總阻力Fj包括：摩擦阻力Ff、坡道阻力Fs、迎風阻力Fw、起升繩阻力Fh和保持鋼絲繩一定垂度所需的張力Fd。

式中：Fj為穩定牽引阻力，N。

1）摩擦阻力Ff摩擦阻力包括車輪沿軌道的滾動摩擦、車輪軸承摩擦、車輪輪緣與軌道的摩擦等。

其中：FQ為起重量，FG為小車、吊鉤、鋼絲繩重，μ為軸承摩擦系數，d為與軸承配合處軸的直徑，f為滾動摩擦系數，β為附加摩擦阻力系數。

2）坡道阻力Fs考慮制造、安裝、受載后，小車沿臂架軌道爬坡產生的阻力。

其中：α為軌道坡度。對于尖頭塔機，α為0.5°～ 1.5°；對于平頭塔機，α為 1.5°～ 2.5°。

3）迎風阻力Fw風作用在小車和物品上引起的小車風阻力FwIG和物品風阻力FwIQ。

4）起升繩阻力Fh由起升繩的僵性和滑輪軸的摩擦引起的阻力，起升繩阻力與起升繩繞過的滑輪數量及起升載荷有關。

其中：α為起升滑輪組的倍率，K為滑輪阻力系數，采用滾動軸承時K=1.03。

5）牽引繩下垂阻力Fd保持鋼絲繩一定垂度所需的張力為

其中：q為牽引繩單位長度自重，l為鋼絲繩自由懸垂部分長度，h為牽引繩下垂度。

3 功率選擇

考慮主動端導向滑輪效率，驅動卷筒需要的牽引力為

其中：η1為單個導向滑輪效率，m為主動端牽引繩到小車所通過的滑輪數量。

穩定運行時的牽引扭矩為

其中：D為驅動卷筒直徑，η2為卷筒效率，η3為減速機效率。

穩定運行時的驅動功率為

其中：P為驅動功率，k W；n為卷筒轉速；v為變幅速度，m/m in。

由以上公式可知，驅動功率為

4 實例分析

4.1 尖頭塔機

某系列尖頭塔機（額定起重量60t、80t、100t），變幅速度為v=30m/m in，小車軌道坡度α=1°，塔機各種阻力及功率大小對比見表1。

由表1可知：①不同額定起重量的尖頭塔機各載荷阻力所占的比例大致不變，起升繩阻力最大，約占50%，其次是坡道阻力，約占20%；摩擦阻力約占15%，迎風阻力和牽引繩下垂阻力最小；②起升繩阻力對變幅功率的影響最大，減小起升繩阻力對降低變幅功率的效果最明顯；③起升繩阻力的優化。

表1 尖頭塔機各牽引阻力及功率對比表

在起升繩阻力公式中，載荷FQ、FG固定不變，設計階段能夠選擇的是滑輪組倍率α，為考察倍率對起升繩阻力的影響，取φα=(Kα+1-1)/α，則Fh=(FQ+FG)φα不同倍率對應的φα值不同，倍率對起升繩阻力的影響見表2。

表2 倍率對起升繩阻力的影響

由表2可知，起升滑輪組選擇8倍率最理想，此時起升繩阻力最小，推薦倍率為6、8、10。選擇2倍率時起升繩阻力最大，倍率大于8時滑輪組效率較低。

4.2 平頭塔機

某系列平頭塔機（額定起重量60t、80t、100t），變幅速度為v=30m/m in，小車軌道坡度α=2°，塔機各種阻力及功率大小對比見表3。

平頭塔機變幅功率的計算與尖頭塔機相同，但某些參數取值不同。

表3 平頭塔機各牽引阻力及功率對比表

平臂塔機臂架都設置有上翹度，以保證在最大載荷和力矩作用下臂架接近水平，確保安全。但平頭塔機和尖頭塔機臂架因受力形式不同，其上翹度也不同。

尖頭塔機通常有兩道斜拉桿設置在臂架中，靠拉桿的長短保證起重臂的上翹度，平頭塔機無斜拉桿，臂架懸臂布置，其結構特點決定了受載時，平頭塔機臂架下撓要大很多。所以平頭塔機臂架制作時要設置更大的上翹。

在自重和吊重載荷作用下，塔身、回轉塔身和臂架受載變形，臂架的上翹度減小，最終形成運行小車的軌道坡度。吊重在不同位置（不同力矩）時，軌道坡度是變化的。當最大力矩時，軌道坡度最小，此時小車處的臂架接近水平；當小幅度時，臂架下撓小，軌道坡度大，坡道阻力隨之增大。平頭塔機最大變幅阻力工況為最小幅度、滿載、迎風、爬大坡。

由表1、表3可知：①不同額定起重量的平頭塔機各載荷阻力所占的比例大致不變，起升繩阻力最大，約占40%，其次是坡道阻力，約占36%，摩擦阻力約占12%，迎風阻力和牽引繩下垂阻力最小；②同等額定起重量時，平頭塔機的摩擦阻力、迎風阻力、起升繩阻力、牽引繩下垂阻力和尖頭塔機對應的阻力相同；③同等額定起重量時，平頭塔機的坡道阻力是尖頭塔機坡道阻力的2倍左右；④相同噸位時，平頭塔機的牽引阻力和變幅功率比尖頭塔機大得多，從變幅功率角度分析，大噸位時選用尖頭塔機更加經濟合理。 O

5 結 語

1）起升繩阻力對平臂塔機變幅功率的影響最大。

2）同等噸位時，平頭塔機的摩擦阻力、迎風阻力、起升繩阻力、牽引繩下垂阻力和尖頭塔機對應的阻力相同。

3）平頭塔機的臂架設置有更大的上翹度，坡道阻力更大，相同噸位時，平頭塔機的牽引阻力和變幅功率比尖頭塔機大很多。 O

[1] 張質文，王金諾，程文明，等.起重機設計手冊(第二版)[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2] 柳江坤，潘志毅，蔡福海，等.平頭塔式起重機起重臂設計的計算工況研究[J].建筑機械技術與管理，2012，（11）：122-124.

[3] 李鵬舉，王永新.動臂塔式起重機變幅力的計算[J].建筑機械化，2009，（9）：52-54.

[4] 袁尉卿，程海濤，趙 林.平頭塔式起重機起重臂上翹量值探討[J].建設機械技術與管理，2014，（3）：87-89.