塔機專用檢具設計與應用

雷晶濤， 李鵬飛， 陳勇衛， 鄭國穗， 朱毅

（陜西建設機械股份有限公司，西安 710032）

0 引言

塔機在專業性工廠進行生產時，其主要結構件在專業工裝的控制下，隨著塔機批量的提升，塔機的質量要求也越來越高。以塔機起重臂為例，在制作時雖然一套起重臂由各個臂節工裝保證，但是起重臂焊接后的變形不可避免，在結構件出廠前，將每個關鍵部位的尺寸能順利地連接到一起，是塔機產品發往用戶并滿足用戶需求的關鍵控制項目。為此，設計塔機專用檢具問題就顯得非常重要，通過專用檢具對連接部位檢測，可以在出廠前有效地對焊后變形進行必要的矯正，以確保產品進入施工現場進行順利的組裝。

1 塔機專用檢具設計的特點

1）塔機檢具需要質量輕，便于檢驗人員測量移動。根據檢具質量輕的特點，在材質選用上通常選取鋁合金型材作為檢具的首選材質，其經濟性較好，適合檢驗人員在工作中進行移動測量。

2）塔機專用檢具需要足夠的強度，測頭需要一定的耐磨度。檢具的強度要高，最好選用內部結構加筋的鋁合金型材，這樣能夠保證較高的強度，不易產生變形，適合檢具的多次重復測量，延長檢具的性能壽命。

3）檢驗人員對塔機專用檢具施力情況。根據人體工學的要求，以一個成年人的臂力計算，通常在保持2 min時間內，其施力在150 N以內較為適宜，超過此數值后檢驗人員就會感到疲勞，甚至無法完成檢測工作[1]。

基于以上特點，塔機檢具在設計上必須注意以上事項，以確保設計出的檢測器具具有實用性、便捷性、準確性。

2 塔機專用檢具設計的關聯尺寸確定

以某平頭塔機為例，從平衡臂到起重臂之間（俗稱塔機上一橫）主要是由平衡臂、回轉塔身、起重臂這3部分組成，而起重臂又由數節節臂組成，如圖1所示。

圖1 平衡臂回轉塔身與起重臂連接圖

為此，在設計檢具時，首先要考慮的是連接關系（尺寸）問題，往往這些連接關系在實際檢測中是重要控制的因素之一，僅靠拿卷尺逐一測量尺寸效率低且誤差大。

2.1 關聯尺寸的確定

通過圖1看出，回轉塔身是連接平衡臂、起重臂的關鍵部件，為此，將回轉塔身兩端的連接尺寸定為重要關聯尺寸，用檢具進行快速檢測，是提高檢測效率的關鍵所在。回轉塔身三維圖如圖2所示。

圖2 回轉塔身三維圖

其前端為三角構架結構，后方為長框結構，設計一種立體結構檢具很有必要。

實際上檢測回轉塔身的連接尺寸就是檢測了塔機起重臂（通常起重臂1一直到臂頭這些部件要在制造單位進行組裝）、回轉塔身、平衡臂的連接關系[2]。

2.2 檢具圖的設計

將回轉塔身尺寸進行三視圖排放后，如圖3所示。可以看出，三視圖中可以看到與塔臂1相連的尺寸965 mm和尺寸2166.4 mm是關鍵尺寸，根據圖2看出，從輕量化設計的角度考慮采用倒T形框架方式為最佳[3]。

圖3 回轉塔身三視圖

通過三維設計后其具體檢具結構形狀如圖4所示。

圖4 回轉塔身三角構架檢具圖

檢具下端中心尺寸測量965 mm開檔尺寸，中心孔高度為測量2166.4 mm尺寸，這樣可以方便地解決塔臂與回轉塔身連接的問題，只是更換3個測頭（2個下測頭，1個上測頭）即可測量塔臂與回轉塔身的連接問題。

回轉塔身的另一端連接平衡臂，平衡臂的開檔尺寸為965 mm，此檢具的下端可以用于檢測回轉塔身與平衡臂的連接問題，同理更換測頭后可以直接檢測平衡臂。

關于測頭的配套：繼續以圖2為例，回轉塔身前端與起重臂相連，檢測回轉塔身的測頭可采用起重臂與回轉塔身連接的起重臂尺寸；檢測塔臂的測頭可采用回轉塔身端的尺寸；這樣更有利于實際檢測。同理回轉塔身與平衡臂相連，檢測回轉塔身端用平衡臂端作為測頭，檢測平衡臂用回轉塔身端作為測頭即可。

2.3 塔機檢具設計的注意事項

1）檢具變形最小原則。由于塔機型號及大小不同，在檢具設計時，一定要考慮檢具制作過程中和今后使用中的變形情況，故在加工制作完成后還要考慮變形最小原則，這樣可以對今后檢測工作起到積極的效果。

2）易于檢測原則。在檢具制作完成后要方便檢驗人員操作檢具，達到兩人操作即可完成塔機關鍵的尺寸檢測工作，通過實際檢具設計后，一個檢具最多以檢測2～3組數據最為理想，在一套檢具內測量數據太多，實際操作起來較為困難，也增加了檢測人員的工作量，從而影響檢測數據的準確性，也違反檢具設計的初衷。

3）一具多用的思考。從上面檢具設計可以看出，在設計塔機檢具時盡量做到一具多用，上面的檢具不僅可以檢測回轉塔身的空間尺寸，反過來換上回轉塔身連接頭，還可檢測起重臂的連接尺寸；也可以檢測回轉塔身的另一端平衡臂的連接關系，做到一具多用。在設計塔機檢具時盡量遵照該思路，通過更換檢測頭的方式快速滿足檢測的要求。

3 塔機專用檢具的材質選取

塔機專用檢具一般由檢測頭、檢測支架組成，檢測支架由支桿、撐桿、橫桿組成，這些專用桿件一般采用剛性好、質量輕的材質進行制作，這樣能有效減少抗擊變形問題，尤其在大跨度長桿件測量的情況下材質選用要求較為嚴格，檢測支架通常選擇鋁合金型材作為桿件的首選材料，這樣的選擇性價比較高，而且剛度大、變形小，檢測人員也易于挪動檢測，檢測頭通常選擇普通鋼材質（或鋁合金），經常對接塔機平衡臂、回轉塔身、起重臂節臂1等關聯尺寸，其測頭不易變形且耐用。

在經濟條件允許的情況下，也可以采用3D堆材打印技術，采用高強、超輕材質（碳纖維）更便于檢驗人員測量使用，這也是今后塔機檢具設計與制作的一個發展方向。

4 塔機專用檢具的應用

塔機專用檢具在應用中，應輕拿輕放，由于采用桿板結合方式，框架較大，在測量中其連接銷與連接孔的配合可以選用小間隙配合，這樣便于檢驗人員快速試裝檢測，以提高檢測效果。測量完成后要檢具采用懸掛放置，不能隨意放置以免產生檢具變形，影響今后的檢測使用。檢具在每次使用前，有條件的情況下對其要進行測量的尺寸進行一次標定，以確保測出數據的真實性，避免出現批量檢測事故。

5 結語

通過對塔機專用檢具設計研究，從檢具的材質、關聯尺寸的確定、一具多檢等問題的思考，得到一款科學、合理的塔機專用檢具，不斷提高塔機檢測效率，為今后塔機檢測工作提供一種新的檢測方法，為專業性塔機廠家提供塔機快速檢測開辟出一種新的途徑。