基于一種高度可變的起重機(jī)A字架研究

謝繼偉

【摘 要】 目前我國(guó)內(nèi)河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求，我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)千噸級(jí)運(yùn)輸船的數(shù)量不斷增大，但內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶的配套能力落后。目前國(guó)內(nèi)還沒有一艘能滿足內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)閘門通航限高要求，起重能力上千噸級(jí)的應(yīng)急救撈船，一旦發(fā)生大噸位沉船、沉物事故，這將給應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈及河道運(yùn)輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應(yīng)內(nèi)河通航限高的工程船舶是今后我國(guó)內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶發(fā)展的必然趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 通航限高 ?起重機(jī) ?A字架 ?三峽庫(kù)區(qū) ?高度可變

1 難點(diǎn)分析

設(shè)計(jì)內(nèi)河打撈起重船舶時(shí)，必須考慮起重機(jī)在非工作狀態(tài)下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫(kù)區(qū)建成通航以后，我們內(nèi)河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內(nèi)河進(jìn)入三峽庫(kù)區(qū)的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標(biāo)進(jìn)一步增加了進(jìn)入內(nèi)河打撈起重作業(yè)船舶的設(shè)計(jì)難度，起重打撈船舶與普通運(yùn)輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設(shè)備，高度比運(yùn)輸船大且難以臨時(shí)拆卸。起重設(shè)備在非工作狀態(tài)下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結(jié)構(gòu)高度，A字架是起重機(jī)主受力結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)型式為A字形固定結(jié)構(gòu)，其合理的設(shè)計(jì)高度與設(shè)備的起升高度與起重能力等參數(shù)相關(guān)。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應(yīng)越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設(shè)計(jì)高度，會(huì)惡化起重機(jī)主結(jié)構(gòu)及變幅機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，增加起重機(jī)建造成本，甚至帶有基座類型的起重設(shè)備在因結(jié)構(gòu)形式的需要，降低A字架高度的措施在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為此，要建造大型的能在內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)打撈起重作業(yè)的工程船舶，研發(fā)一種既在起重機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造上能實(shí)現(xiàn)且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關(guān)鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團(tuán)股份有限公司根據(jù)內(nèi)河橋梁建設(shè)施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號(hào)”、400噸“雪浪號(hào)”、1000噸“海宇號(hào)”船舶起重機(jī)及“海威951號(hào)”打樁船等系列起重施工設(shè)備均滿足內(nèi)河24米通航限高要求。憑借多年在內(nèi)河大型起重施工設(shè)備積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我公司針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)17米的通航限高的要求，成功研發(fā)出了一種可以變高的起重機(jī)A字架。即起重機(jī)起重打撈作業(yè)時(shí)，A字架呈最高狀態(tài)，限高時(shí)可通過自身機(jī)構(gòu)變至最低高度。其結(jié)構(gòu)形式及變高原理介紹如下。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1，A字架結(jié)構(gòu)采用四連桿原理設(shè)計(jì)，為A字形可折疊框架結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態(tài)，分為上、下兩段，各關(guān)節(jié)采用鉸接。起重機(jī)通航時(shí)A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機(jī)最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個(gè)階段，第一階段A字架在自重作用對(duì)變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩產(chǎn)生張力，通過變幅機(jī)構(gòu)的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進(jìn)一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復(fù)原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會(huì)急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態(tài)下機(jī)房出繩口過大與機(jī)房里其他設(shè)備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對(duì)吊臂產(chǎn)生一個(gè)起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產(chǎn)生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結(jié)果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產(chǎn)生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機(jī)是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據(jù)表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對(duì)液壓系統(tǒng)的沖擊小，折疊平穩(wěn)、安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于4連桿原理設(shè)計(jì)的可變高A字架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，其變高主要是借助起重設(shè)備自身原有機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性能好。此技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于長(zhǎng)江航道局三峽庫(kù)區(qū)1000噸應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈船起重組的設(shè)計(jì)，成功解決了大型打撈起重設(shè)備進(jìn)入內(nèi)河、長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)的難題，隨著我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展，該技術(shù)在打撈、起重等工程船舶上的應(yīng)用具有廣闊是市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50139-2011.《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》.

[2]GB3811-83.《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[3]中國(guó)船級(jí)社.《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》（2007）.人民交通出版社.endprint

【摘 要】 目前我國(guó)內(nèi)河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求，我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)千噸級(jí)運(yùn)輸船的數(shù)量不斷增大，但內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶的配套能力落后。目前國(guó)內(nèi)還沒有一艘能滿足內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)閘門通航限高要求，起重能力上千噸級(jí)的應(yīng)急救撈船，一旦發(fā)生大噸位沉船、沉物事故，這將給應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈及河道運(yùn)輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應(yīng)內(nèi)河通航限高的工程船舶是今后我國(guó)內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶發(fā)展的必然趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 通航限高 ?起重機(jī) ?A字架 ?三峽庫(kù)區(qū) ?高度可變

1 難點(diǎn)分析

設(shè)計(jì)內(nèi)河打撈起重船舶時(shí)，必須考慮起重機(jī)在非工作狀態(tài)下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫(kù)區(qū)建成通航以后，我們內(nèi)河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內(nèi)河進(jìn)入三峽庫(kù)區(qū)的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標(biāo)進(jìn)一步增加了進(jìn)入內(nèi)河打撈起重作業(yè)船舶的設(shè)計(jì)難度，起重打撈船舶與普通運(yùn)輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設(shè)備，高度比運(yùn)輸船大且難以臨時(shí)拆卸。起重設(shè)備在非工作狀態(tài)下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結(jié)構(gòu)高度，A字架是起重機(jī)主受力結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)型式為A字形固定結(jié)構(gòu)，其合理的設(shè)計(jì)高度與設(shè)備的起升高度與起重能力等參數(shù)相關(guān)。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應(yīng)越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設(shè)計(jì)高度，會(huì)惡化起重機(jī)主結(jié)構(gòu)及變幅機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，增加起重機(jī)建造成本，甚至帶有基座類型的起重設(shè)備在因結(jié)構(gòu)形式的需要，降低A字架高度的措施在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為此，要建造大型的能在內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)打撈起重作業(yè)的工程船舶，研發(fā)一種既在起重機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造上能實(shí)現(xiàn)且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關(guān)鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團(tuán)股份有限公司根據(jù)內(nèi)河橋梁建設(shè)施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號(hào)”、400噸“雪浪號(hào)”、1000噸“海宇號(hào)”船舶起重機(jī)及“海威951號(hào)”打樁船等系列起重施工設(shè)備均滿足內(nèi)河24米通航限高要求。憑借多年在內(nèi)河大型起重施工設(shè)備積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我公司針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)17米的通航限高的要求，成功研發(fā)出了一種可以變高的起重機(jī)A字架。即起重機(jī)起重打撈作業(yè)時(shí)，A字架呈最高狀態(tài)，限高時(shí)可通過自身機(jī)構(gòu)變至最低高度。其結(jié)構(gòu)形式及變高原理介紹如下。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1，A字架結(jié)構(gòu)采用四連桿原理設(shè)計(jì)，為A字形可折疊框架結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態(tài)，分為上、下兩段，各關(guān)節(jié)采用鉸接。起重機(jī)通航時(shí)A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機(jī)最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個(gè)階段，第一階段A字架在自重作用對(duì)變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩產(chǎn)生張力，通過變幅機(jī)構(gòu)的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進(jìn)一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復(fù)原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會(huì)急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態(tài)下機(jī)房出繩口過大與機(jī)房里其他設(shè)備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對(duì)吊臂產(chǎn)生一個(gè)起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產(chǎn)生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結(jié)果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產(chǎn)生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機(jī)是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據(jù)表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對(duì)液壓系統(tǒng)的沖擊小，折疊平穩(wěn)、安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于4連桿原理設(shè)計(jì)的可變高A字架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，其變高主要是借助起重設(shè)備自身原有機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性能好。此技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于長(zhǎng)江航道局三峽庫(kù)區(qū)1000噸應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈船起重組的設(shè)計(jì)，成功解決了大型打撈起重設(shè)備進(jìn)入內(nèi)河、長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)的難題，隨著我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展，該技術(shù)在打撈、起重等工程船舶上的應(yīng)用具有廣闊是市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50139-2011.《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》.

[2]GB3811-83.《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[3]中國(guó)船級(jí)社.《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》（2007）.人民交通出版社.endprint

【摘 要】 目前我國(guó)內(nèi)河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求，我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)千噸級(jí)運(yùn)輸船的數(shù)量不斷增大，但內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶的配套能力落后。目前國(guó)內(nèi)還沒有一艘能滿足內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)閘門通航限高要求，起重能力上千噸級(jí)的應(yīng)急救撈船，一旦發(fā)生大噸位沉船、沉物事故，這將給應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈及河道運(yùn)輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應(yīng)內(nèi)河通航限高的工程船舶是今后我國(guó)內(nèi)河航道應(yīng)急搶險(xiǎn)船舶發(fā)展的必然趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 通航限高 ?起重機(jī) ?A字架 ?三峽庫(kù)區(qū) ?高度可變

1 難點(diǎn)分析

設(shè)計(jì)內(nèi)河打撈起重船舶時(shí)，必須考慮起重機(jī)在非工作狀態(tài)下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫(kù)區(qū)建成通航以后，我們內(nèi)河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內(nèi)河進(jìn)入三峽庫(kù)區(qū)的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標(biāo)進(jìn)一步增加了進(jìn)入內(nèi)河打撈起重作業(yè)船舶的設(shè)計(jì)難度，起重打撈船舶與普通運(yùn)輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設(shè)備，高度比運(yùn)輸船大且難以臨時(shí)拆卸。起重設(shè)備在非工作狀態(tài)下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結(jié)構(gòu)高度，A字架是起重機(jī)主受力結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)型式為A字形固定結(jié)構(gòu)，其合理的設(shè)計(jì)高度與設(shè)備的起升高度與起重能力等參數(shù)相關(guān)。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應(yīng)越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設(shè)計(jì)高度，會(huì)惡化起重機(jī)主結(jié)構(gòu)及變幅機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，增加起重機(jī)建造成本，甚至帶有基座類型的起重設(shè)備在因結(jié)構(gòu)形式的需要，降低A字架高度的措施在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為此，要建造大型的能在內(nèi)河及三峽庫(kù)區(qū)打撈起重作業(yè)的工程船舶，研發(fā)一種既在起重機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造上能實(shí)現(xiàn)且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關(guān)鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團(tuán)股份有限公司根據(jù)內(nèi)河橋梁建設(shè)施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號(hào)”、400噸“雪浪號(hào)”、1000噸“海宇號(hào)”船舶起重機(jī)及“海威951號(hào)”打樁船等系列起重施工設(shè)備均滿足內(nèi)河24米通航限高要求。憑借多年在內(nèi)河大型起重施工設(shè)備積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我公司針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)17米的通航限高的要求，成功研發(fā)出了一種可以變高的起重機(jī)A字架。即起重機(jī)起重打撈作業(yè)時(shí)，A字架呈最高狀態(tài)，限高時(shí)可通過自身機(jī)構(gòu)變至最低高度。其結(jié)構(gòu)形式及變高原理介紹如下。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1，A字架結(jié)構(gòu)采用四連桿原理設(shè)計(jì)，為A字形可折疊框架結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態(tài)，分為上、下兩段，各關(guān)節(jié)采用鉸接。起重機(jī)通航時(shí)A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機(jī)最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個(gè)階段，第一階段A字架在自重作用對(duì)變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩產(chǎn)生張力，通過變幅機(jī)構(gòu)的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進(jìn)一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復(fù)原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會(huì)急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態(tài)下機(jī)房出繩口過大與機(jī)房里其他設(shè)備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對(duì)吊臂產(chǎn)生一個(gè)起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產(chǎn)生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結(jié)果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產(chǎn)生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機(jī)是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據(jù)表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對(duì)液壓系統(tǒng)的沖擊小，折疊平穩(wěn)、安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于4連桿原理設(shè)計(jì)的可變高A字架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，其變高主要是借助起重設(shè)備自身原有機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性能好。此技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于長(zhǎng)江航道局三峽庫(kù)區(qū)1000噸應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈船起重組的設(shè)計(jì)，成功解決了大型打撈起重設(shè)備進(jìn)入內(nèi)河、長(zhǎng)江沿線及三峽庫(kù)區(qū)的難題，隨著我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)建設(shè)與發(fā)展，該技術(shù)在打撈、起重等工程船舶上的應(yīng)用具有廣闊是市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50139-2011.《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》.

[2]GB3811-83.《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[3]中國(guó)船級(jí)社.《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》（2007）.人民交通出版社.endprint