動臂式塔機若干設(shè)計問題初探

溫濤 徐慧 賴裕鳳

摘 要：對于當前動臂式塔機設(shè)計中存在的問題，文章從結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全保護等方面對設(shè)計中的問題展開了具體的分析，并提出了優(yōu)化方法，提升動臂式塔機運行的安全性與可靠性，使動臂式塔機的操作更加方便快捷。

關(guān)鍵詞：動臂式塔機；結(jié)構(gòu)型式；變幅機構(gòu)；起重特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.061

動臂式塔機是我國諸多生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的機械設(shè)備，其具有作業(yè)空間大的特點，尤其是在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用，完成了諸多人工不能完成的操作。近年來，為了擴大動臂式塔機的應(yīng)用范圍，在該設(shè)備的設(shè)計上也提出了新的想法，但是具體實踐過程中也暴露出諸多問題，影響著設(shè)計的效果與質(zhì)量。為此，對于動臂式塔機的設(shè)計優(yōu)化十分必要。

1 主要結(jié)構(gòu)型式的選擇與分析

1.1 臂架截面型式及材料

為了提升塔機的性能，在當前的設(shè)計中中小型設(shè)備大多采用質(zhì)量較輕的三角形截面臂架，可以減少腹桿、臂根、臂頭等的應(yīng)用數(shù)量，但是會導致整體構(gòu)造偏心、臂架自重增加、臂架內(nèi)力降低。對于這種情況來講，從動臂塔機的性能以及作用而言，矩形截面的抗扭性能更佳，應(yīng)保持主肢數(shù)為4，才能保障設(shè)備的承載能力[1]。而對于臂架來講采用強度較高、質(zhì)量較輕的材料也不利于設(shè)備的穩(wěn)定運行，尤其是這種情況下，一旦材料焊接出現(xiàn)問題導致應(yīng)力過于集中，減弱骨架抗沖能力，將會導致嚴重的事故發(fā)生。

1.2 臂根鉸點

臂根鉸點事影響拉臂阻力轉(zhuǎn)動效率的重要因素，通常效果處于0.75-0.85范圍內(nèi)，但臂架回轉(zhuǎn)平面如果出現(xiàn)變形會導致效率降低，甚至造成結(jié)構(gòu)破壞，因此，合理選擇擺動壓力十分重要，并做好球面關(guān)節(jié)軸承的補償。

1.3 回轉(zhuǎn)平臺的支承

回轉(zhuǎn)平臺承載者臂根鉸點制作、變幅機構(gòu)、A形架、起升機構(gòu)，其作用相當于水平比塔機中的塔頂，位置也基本相同。目前，對于回轉(zhuǎn)平臺的支承主要有兩種方式，一種是將回轉(zhuǎn)平臺上與支座連接層一個實體，一種是將回轉(zhuǎn)平臺鉸點設(shè)置在三角支架上，三角支架與回轉(zhuǎn)支座相連，再利用撐桿支承回轉(zhuǎn)平臺后部。這兩種方式都不能避免支架受扭轉(zhuǎn)過程中沖擊載荷的影響，而且結(jié)構(gòu)安裝相對繁瑣，尤其是第二種形式，制作與平衡臂之間連接利用的連桿十分復(fù)雜，需要高精尖的加工工藝，才能保障其穩(wěn)定性與靈活性[2]。

2 變幅機構(gòu)中的第二制動器的控制方法

在動臂機變幅過程中，需要臂架、變幅動滑輪組、拉桿等多項構(gòu)件的配合，才能保障鋼絲繩的方向發(fā)生改變，但是這個過程中運動鉸點的摩擦阻力存在差異，產(chǎn)生的振動也會對塔機結(jié)構(gòu)造成影響，這就需要更完善性能的起重力矩限制器。國外機械設(shè)備設(shè)計中，這個問題與流動式起重機的設(shè)計一樣，已經(jīng)有效的被解決，但是由于國內(nèi)設(shè)備制造環(huán)節(jié)應(yīng)用的是國內(nèi)的保護裝置，導致這一問題仍然普遍存在，導致動臂塔機在運行過程中，起重力矩限制器無法可靠的運行而無法吹實際作用，造成更多的事故發(fā)生。對于這種問題，除了通過利用電子式保護裝置進行處理外，也可以利用機械式力矩限制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的起重力矩限制器，但在應(yīng)用過程中需要對起重力矩限制器運行的曲線進行科學的計算以及分析，繪制出具體的運動特性曲線，以便根據(jù)實際情況進行合理的選擇。

3 風載荷相關(guān)問題

動臂式塔機的臂架仰角處于15°- 86°范圍之間，導致動臂塔機無論是否處于工作狀態(tài)都需要對其仰角隨著各力矩變大而增大的特點進行考慮，這也是依據(jù)臂架長度確定動臂塔機塔身自立高度的原因。當塔機處于非工作狀態(tài)時，臂架仰角應(yīng)滿足自重力矩盡可能最小、短平衡臂后傾力矩盡可能最大、臂架仰角適宜，降低臂架迎風高度、回轉(zhuǎn)部分可以隨風回轉(zhuǎn)、保持尾吹風狀態(tài)等條件，以便提升臂架抵抗強風侵襲的能力。

具體設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，塔頂力矩當臂架仰角讀數(shù)不同時其參數(shù)也會產(chǎn)生變化，而且風載荷條件下，需要保持塔頂力矩處于最大的狀態(tài)，才能保障塔身回轉(zhuǎn)支承部分的穩(wěn)定。而這種設(shè)計并不保險，由強風前吹導致的動臂塔機事故仍然頻繁發(fā)生，分析問題出現(xiàn)原因，主要由于防后傾裝置在設(shè)計上存在缺陷導致的，具體原因為緩沖能力達不到標準、A形架支撐力度不足、防后傾裝置支桿與臂架之間的接觸不平穩(wěn)等。對于這些確定可以通過油壓緩沖器的應(yīng)用來解決，主要原理是通過在前方設(shè)置安裝拉住臂架的防后傾裝置，保障臂架與防后傾支桿穩(wěn)定接觸，具體應(yīng)用中還需要結(jié)合實際情況進行進一步的改進與優(yōu)化。

4 動臂變幅時吊鉤水平移動問題

傳統(tǒng)動臂塔機應(yīng)用中以補償卷筒或滑輪來補償水平變幅的方式已經(jīng)被當前的設(shè)計所淘汰了，主要是這種設(shè)計方式見會導致鋼絲繩過于復(fù)雜的纏繞，長時間的高負荷運行提升其磨損效率，導致設(shè)備運行中的效率受到極大的影響。而使用離合器換擋、差動裝置協(xié)調(diào)起升等方式對變幅運動進行補償時只適用于某種特殊情況，不具有普適性，而且實際應(yīng)用過程中也具有沖擊力大、機械磨損嚴重、缺少可靠性、技術(shù)落后等弊端，并便于大規(guī)模的推廣使用。因此，隨著科學技術(shù)的進步，目前出現(xiàn)了吊鉤水平移動的方式，通過吊裝精準定位作業(yè)地點，提升作業(yè)效率，而且減少了不必要的資源與能力浪費；在當前的發(fā)展形勢下，可以實現(xiàn)與電子技術(shù)的有效結(jié)合，通過安裝高度與幅度傳感器接受信號進行自動化控制，能夠有效的控制設(shè)備運行的速度以及微動性能，目前已有產(chǎn)品進行使用，可以做更廣泛的推廣。

5 結(jié)束語

動臂式塔機設(shè)計中存在的問題嚴重影響著其運行的穩(wěn)定性與安全性。文章對動臂式塔機設(shè)計中具有代表性的問題進行了分析，避光提出了具體的優(yōu)化設(shè)計策略，總結(jié)了合理的優(yōu)化動臂式塔機設(shè)計系統(tǒng)性方案，全面優(yōu)化動臂式塔機性能。同時，也希望廣大設(shè)計人員在設(shè)計實踐中不斷創(chuàng)新設(shè)計方式方法，提升動臂式塔機設(shè)計的科學性。

參考文獻：

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[2]黃濤.快架塔式起重機起重臂折疊過程動力學分析[J].南方農(nóng)機，2018，49（17）：39.

[3]李江滔，劉炳杜，楊宏等.超高層動臂塔式起重機附著結(jié)構(gòu)補強分析[J].建筑技術(shù)，2018，49（10）：1072-1074.