倒A型截面新型平頭塔機(jī)起重臂設(shè)計(jì)

張通友，仉健康，孟慶琳，史海紅，李 輝

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

目前，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)針對(duì)節(jié)能、環(huán)保要求，采取“上大壓小”政策，中國(guó)電力建設(shè)已轉(zhuǎn)向大力發(fā)展核電及1000MW以上更高參數(shù)的火力發(fā)電廠。電力建設(shè)傳統(tǒng)吊裝機(jī)械主要為動(dòng)臂塔機(jī)，但隨著電廠向大體量化發(fā)展，作業(yè)幅度不斷擴(kuò)大，動(dòng)臂塔機(jī)起吊幅度有限，電力建設(shè)領(lǐng)域需要性能優(yōu)異更大規(guī)格幅度更大的塔機(jī)。平頭塔機(jī)超長(zhǎng)幅度、變幅速度快等優(yōu)點(diǎn)正可助力電力建設(shè)向大體量化發(fā)展。傳統(tǒng)平頭塔機(jī)起重臂大多比較粗大、笨重，成為大型平頭塔機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

1 新型平頭塔機(jī)起重臂整體結(jié)構(gòu)分析

隨著電力建設(shè)及高層建筑領(lǐng)域向大體量化發(fā)展，針對(duì)傳統(tǒng)平頭塔機(jī)起重臂大多比較粗大、笨重的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種性能優(yōu)異更大規(guī)格幅度更大的新型平頭塔機(jī)起重臂。本新型平頭塔機(jī)起重臂下弦設(shè)置限位塊，在臂節(jié)安裝時(shí)，楔形斜面起導(dǎo)向作用，也可抵抗回轉(zhuǎn)側(cè)載，很好地限制側(cè)向錯(cuò)動(dòng)。各臂節(jié)均勻上翹，使起重臂整體上翹過(guò)渡平滑，牽引小車(chē)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

起重臂的設(shè)計(jì)是否合理不僅影響起重臂本身，而且對(duì)塔身受力和整機(jī)的起升特性都會(huì)有較大的影響，在滿(mǎn)足起重臂強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減輕起重臂的重量，對(duì)改善塔身受力和提升整機(jī)起升性能非常必要。起重臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的太輕，即使能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，對(duì)于超長(zhǎng)臂架也很難滿(mǎn)足剛度的要求，甚至無(wú)法正常工作；起重臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的偏重，將影響起升特性，還會(huì)導(dǎo)致成本增加。所以，設(shè)計(jì)起重臂時(shí)要在安全、性能、經(jīng)濟(jì)性方面權(quán)衡考慮，不可偏廢。

傳統(tǒng)正三角形截面起重臂結(jié)構(gòu)中，通常上弦采用圓鋼或圓管，下弦采用拼接方管，下弦即是主要承載桿件，其頂面又是小車(chē)的軌道。這種結(jié)構(gòu)型式的變幅小車(chē)寬度較寬，重量也較大，對(duì)整機(jī)起升性能有所減損。

本新型平頭塔機(jī)起重臂突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式，截面采用整體倒A形截面型式，如圖1所示。上主弦可采用矩形截面或圓管，鑒于上主弦受拉，宜采用實(shí)心截面以減小受風(fēng)面積改善起重臂受力狀況，比如鋼板拼接的矩形截面即是實(shí)心截面。下主弦可采用拼接箱型梁或工字梁，由于下主弦受壓，考慮到穩(wěn)定性的限制，下主弦宜采用慣性矩較大的空心截面以提高其穩(wěn)定性，比如采用慣性矩較大拼焊箱型梁截面。下主弦既是主要承載桿件，其底面又是小跑車(chē)的軌道。這種結(jié)構(gòu)型式的變幅小車(chē)寬度較窄，重量也較輕，能有效提升整機(jī)起升性能。腹桿在能滿(mǎn)足受力和供貨的前提下，最好選用圓管，因?yàn)閳A管在任一方向剛度一致，具有流線型表面，體形系數(shù)小，風(fēng)載荷相對(duì)較小，也能改善起重臂的受力狀況，甚至可以改善塔身等整機(jī)的受力。

圖1 新型平頭塔機(jī)起重臂斷面圖

本新型平頭塔機(jī)起重臂臂節(jié)包括上弦、下弦和腹桿，兩上弦與下弦通過(guò)腹桿連接構(gòu)成倒A形結(jié)構(gòu)，如圖2所示。兩臂節(jié)上弦通過(guò)銷(xiāo)軸連接，兩臂節(jié)下弦接口處設(shè)置有呈楔形的公限位塊和2塊母限位塊，公限位塊嵌入兩母限位塊中導(dǎo)向和限位；各臂節(jié)均勻上翹，使起重臂整體上翹過(guò)渡平滑，受力較好,牽引小車(chē)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

圖2 新型平頭塔機(jī)起重臂主視圖

在材料選用上本新型平頭塔機(jī)起重臂主弦突破傳統(tǒng)材料的單一化應(yīng)用模式，采用高強(qiáng)材質(zhì)，腹桿采用Q345普通材質(zhì)。這種倒A形截面形式起重臂采用混合材料管桁結(jié)構(gòu)，極大地降低了起重臂自重及風(fēng)載荷，從而提升了遠(yuǎn)端起升特性。

2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)

本新型平頭塔機(jī)起重臂下弦采用閉口箱型，兩端均設(shè)置頂板，如圖3所示，接口處截面高度較矮的一側(cè)設(shè)置過(guò)渡板，可增大受力面，使受力更好，且能緩解因制造誤差造成的接口錯(cuò)位，有更好的容錯(cuò)性，更利于生產(chǎn)制造。

圖3 新型平頭塔機(jī)起重臂下主弦局部過(guò)渡圖

圖4 新型平頭塔機(jī)起重臂側(cè)向限位示意圖

本新型平頭塔機(jī)起重臂兩臂節(jié)下弦接口處設(shè)置有公限位塊和母限位塊，如圖4所示，公限位塊和母限位塊均呈楔形，在臂節(jié)安裝時(shí)，楔形斜面起導(dǎo)向作用，也可抵抗回轉(zhuǎn)側(cè)載，很好地限制側(cè)向錯(cuò)動(dòng)。當(dāng)臂節(jié)安裝時(shí)，先把上弦通過(guò)銷(xiāo)軸連接起來(lái)，然后臂節(jié)擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)下落，當(dāng)下弦接口較接近時(shí)，公限位塊及母限位塊的楔形斜面起導(dǎo)向作用，使公限位塊準(zhǔn)確快速地嵌入母限位塊中，最終公限位塊及母限位塊的楔形斜面徹底吻合。當(dāng)起重臂回轉(zhuǎn)工況工作時(shí)，有較大側(cè)載，由于公限位塊及母限位塊的楔形斜面緊密貼合，故楔形斜面恰好抵抗回轉(zhuǎn)側(cè)載，很好地限制側(cè)向錯(cuò)動(dòng)，工作非常穩(wěn)固、實(shí)用。與傳統(tǒng)的螺栓連接相比，本新型平頭塔機(jī)起重臂安裝也更加簡(jiǎn)便、省時(shí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)平頭塔機(jī)起重臂的一次重大改進(jìn)，將對(duì)電力建設(shè)及高層建筑施工領(lǐng)域產(chǎn)生重要的積極作用，這種新型平頭塔機(jī)起重臂的主要優(yōu)勢(shì)如下。

1）兩臂節(jié)下弦接口處設(shè)置限位塊，一方面起導(dǎo)向作用，另一方面可限制側(cè)向錯(cuò)動(dòng)，與傳統(tǒng)的螺栓連接相比，安裝時(shí)更加簡(jiǎn)便、省時(shí)，工作時(shí)更加穩(wěn)固、實(shí)用、安全可靠。

2）下弦接口處設(shè)置頂板，增大受力面，使受力更好，更利于制作。

3）各臂節(jié)均勻上翹，使起重臂整體上翹過(guò)渡平滑，受力較好。

4）起重臂采用混合材料管桁結(jié)構(gòu)，極大地降低了起重臂自重及風(fēng)載荷，從而提升了遠(yuǎn)端起升特性。

5）下主弦既是主要承載桿件，其底面又是小跑車(chē)的軌道。這種結(jié)構(gòu)型式的變幅小車(chē)寬度較窄，重量也較輕，能有效提升整機(jī)起升性能。