一種輕便型快速架設起重機

陳 浩，李志國，劉 崗，劉 禹，石 友

（中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

工業化建筑是未來建筑業發展的一個方向，目前在歐美經濟發達地區，已經涌現出了很多工業化建筑項目，傳統的建筑施工裝備已不能滿足工業化建筑施工，迫切需要研發一種結構輕巧、架設迅速、轉場方便的小型起重機，使其既可在地面完成平房的施工，也可以放在頂層樓板上吊運小型砌塊等建筑物料。

1 國內外發展狀況

建筑施工吊裝設備起源于歐美等發達國家，從最初功能單一的小型設備，通過不斷改進產品結構、完善產品性能，逐步發展為功能較為齊全、結構布局合理的專業化施工設備。

通過對國內工業化建筑發展水平發達地區施工現狀的調研發現：目前仍多以塔機吊裝配合人工輔助搬運為主，工作效率低，且施工成本高；其它一些類似起吊設備，結構過于簡單、功能單一，不適合建筑施工用砌塊的靈活多變的使用工況。因此在吸取國外產品設計經驗的基礎上，研究開發一種系列化、專業化的產品設備，為國內工業化施工提供有力的技術支撐。

2 輕便型快速架設小型起重機

2.1 基本組成和工作原理

本文主要介紹一種機構輕巧、架設迅速、轉場方便的小型起重機，其基本組成和工作原理如圖1所示。

圖1 輕便型起重機整機示意圖

其主要工作過程是通過卡車等交通工具將設備運輸到指定現場，到達后利用行走底架實現小范圍內的轉移；當用于建筑主體施工時，通過塔機或者汽車起重機等吊裝設備將起重機向上一層轉移。

起重機就位后需要進行架設，本過程亦體現出該產品的快速架設特點：在頂升及定位裝置的作用下由狀態A轉變到狀態B，這是尾拉索受力的臨界狀態，頂升及定位裝置繼續作用使其由狀態B轉變為狀態C，完成起重機的架設過程。整個過程操作簡單、方便快捷，不需要任何其他外部力量的輔助即可完成，且本起重機回收和架設是一個互逆過程。

起重機工作模式下，當完成架設工序（圖2）后，首先進行一次空載調試運行，即將移動吊鉤組吊鉤滿行程升降一次，變幅動作前后行走一次，手動拖動吊鉤使臂架繞回轉支承旋轉一周，完成以上動作之后即可進行吊裝作業。

圖2 輕便型起重機架設示意圖

2.2 主要技術參數

整機自重 ≤2300kg

額定起重量 400kg

最大工作幅度 5m

最大起升高度 5.25m

起升速度 1.5～9m/min

外形尺寸（長×寬×高） 6.7m×2.3m×2m

尾拉索直徑 12mm

鋼絲繩安全系數n≥12

2.3 設計計算

2.3.1 液壓油缸選型計算

液壓油缸受力計算，選取兩種典型工況進行計算分析：①初始頂升狀態（圖3）；②尾拉索的臨界狀態（圖4）。

圖3 初始頂升受力簡圖

2）工況二：選取鋼絲繩與塔身軸力會焦點做原點，由力矩平衡可推算出液壓缸軸力。

因此，綜合兩種計算工況，液壓缸頂升壓力取2500kg。

圖4 尾拉索介入后臨界狀態受力簡圖

2.3.2 回轉支撐選型計算

選型依據GB/T 13752-2017《塔式起重機設計規范》

單排及雙排球式回轉支承計算公式如下

式中Feq——回轉支承當量外載荷，N；

以多種句式混合，造成參差錯落的節奏變化，既體現了朱熹碑志銘文的特點，也體現了朱熹對不同詩歌體式的理解與掌握。《知南康軍石君墓志銘》的銘文可為例證：

Fv——作用在回轉支承中心的軸向力，N；

Fh——作用在回轉支承中心的水平力，N；

M——作用在回轉支承中心的傾覆力矩，Nm；

D0——滾動體中心圓直徑，m。

回轉支承當量靜容量計算

式中F0——回轉支承當量靜容量，N；

d0——滾柱直徑，mm；

θ——公稱接觸角，取50°；

f0——凈容量系數，取49；

Z0——滾動個數，Z0=(1000πD0-d0)/(d0+b)

其中D0為上排滾動體中心圓直徑，mm；b為隔離塊有效隔離寬度，mm。

選用回轉支承型號：H-230.20.0414，回轉支承安全系數Kns=1.45，則

設計計算符合GB/T 13752-2017《塔式起重機設計規范》的相關要求，回轉支承選型合適。

2.3.3 起重臂計算

計算工況：臂端吊載400kg，沖擊系數1.25。

臂架結構：20#H型鋼。

經過計算臂架根部彎矩M=M自重+M吊物+M吊具=391050kgcm，彎曲應力σ=M/W=165MPa。因此針對臂架根部進行局部加強處理，加強長度為1080mm，再次驗算，臂架危險截面彎曲應力為115MPa。因此，臂架設計安全合理，能夠滿足使用要求。

2.3.4 整機穩定性計算（圖5）

計算工況：①滿載前傾，對前支點取矩；②空載后傾，對后支點取矩。計算風壓250N/m2，動載系數1.25。分別計算起重機長度方向和對角線方向的穩定性。

滿載前傾矩計算公式

空載后傾矩計算公式

通過以上計算公式，帶入理論數據進行計算，將計算結果匯總成表1所示。

表1 整體穩定性傾翻力矩表

如表1可見，吊載時對前支點合力矩為負，說明整機相對前面支點向后傾；空載時對后支點合力矩為正，說明整機相對后面支點向前傾。因此，本起重機的整體穩定性滿足設計要求。

圖5 整機穩定性受力簡圖

3 結 語

本起重機在設計過程考慮風載荷和動載荷的影響，通過對液壓油缸合理選型，保證了起重機在架設過程中具有充足的頂升驅動力；通過對回轉支承的選型計算、起重臂設計計算保證了起重機結構的可靠性；再對整機進行穩定計算，確保起重機在工作過程中不傾翻。通過以上的設計計算確保起重機能夠滿足機械產品設計的各項指標，以便在生產使用中安全可靠應用。

隨著工業化建筑迅速發展，裝備技術基礎顯著增強，但施工效率提高幅度不大。該產品可解決利用大型塔機吊運砌塊等構件時造成塔機起重量不能充分發揮的浪費及采用人工搬運施工效率極其低下的難題，還能帶動國內許多相關產業的發展，加快實現建筑業的整體現代化。