一種帶有液壓抓斗的塔式起重機(jī)設(shè)計研究

黃李誠 （安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

目前，塔式起重機(jī)（以下簡稱塔機(jī)）主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。其優(yōu)點(diǎn)是有效吊運(yùn)空間范圍大；其缺點(diǎn)是通常只能進(jìn)行簡單的吊運(yùn)功能，若要實(shí)施其他功能，如清理河閘攔污柵上的漂浮物等，則需要配合挖掘機(jī)等專門的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)有效的清理和搬運(yùn)工作，不僅工序繁復(fù)，而且浪費(fèi)人力物力。為完善現(xiàn)有產(chǎn)品性能的不足，公司設(shè)計制造了一種帶有液壓抓斗的塔機(jī)，借助塔機(jī)自身的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)抓斗的水平和豎直方向的運(yùn)動。通過液壓油缸的活塞桿伸縮實(shí)現(xiàn)抓斗的閉合和張開。整機(jī)運(yùn)用無線遙控技術(shù)，站在地面手持無線遙控操作臺，即可實(shí)現(xiàn)起升、回轉(zhuǎn)、變幅和液壓抓斗的張開、閉合動作。

2 設(shè)計思路

雖然此類型塔機(jī)用于水利清污，但主要結(jié)構(gòu)仍參考正常的塔機(jī)結(jié)構(gòu)。考慮到塔機(jī)使用時間為汛期和日常不定期水面漂浮物清理，確定各機(jī)構(gòu)使用級別為：起升機(jī)構(gòu)為M1，變幅機(jī)構(gòu)為M1，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為M2，塔機(jī)額定起重力矩為31.5t·m。

2.1 基礎(chǔ)形式

采用預(yù)埋螺栓混凝土基礎(chǔ)，通過塔機(jī)整機(jī)計算確定基礎(chǔ)預(yù)埋外形尺寸為2.8m×2.8m，高度為1m；預(yù)埋螺栓規(guī)格為M30，共8根，預(yù)埋基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到C35；基礎(chǔ)頂面傾斜度、平面度小于等于千分之一，且高于地面100mm。若基礎(chǔ)安裝在河閘橋墩中，則基礎(chǔ)規(guī)格和安裝方式需按實(shí)際情況定制。

2.2 塔身結(jié)構(gòu)

塔身借用公司QTZ5010塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)結(jié)構(gòu)形式，采用角鋼作為主弦桿整體拼焊而成，將塔身與下支座連為一個整體，塔身整體高度近7m。下支座與上支座通過回轉(zhuǎn)支承連接，回轉(zhuǎn)支承型號為QW.900.25，上支座上部設(shè)置兩個平臺，用于塔機(jī)的安拆和維修。上支座上方連接一個過渡節(jié)，采用方管作為主弦桿拼焊而成，腹桿采用雙人字結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.3 臂架與起重臂

根據(jù)實(shí)際使用需要，為提高塔機(jī)實(shí)用性，塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)采用平頭形式，通過在過渡節(jié)上方設(shè)置臂架連接起重臂和平衡臂。根據(jù)實(shí)際需要起重臂長度確定為10m，平衡臂長度為4.2m，平衡臂后方安裝兩塊平衡重，總重1.45t。

2.4 安全裝置

塔機(jī)雖整體結(jié)構(gòu)較小，但仍需按國家安全規(guī)范要求設(shè)置起重量限制器、起重力矩限制器、限位器等安全裝置。

2.5 電氣系統(tǒng)

整機(jī)專配無線遙控技術(shù)，即塔機(jī)上支座未設(shè)置司機(jī)室，操作人員站在地面手持無線遙控操作臺，可實(shí)現(xiàn)塔機(jī)的起升、回轉(zhuǎn)、變幅運(yùn)動和液壓抓斗的張開、閉合動作。

3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 液壓抓斗設(shè)計

通過實(shí)際使用環(huán)境了解，此塔機(jī)需用于河閘攔污柵周圍水面水草、漂浮垃圾的清除。因此，需要特制抓斗用于水草、垃圾的清除。通過調(diào)研并借鑒河閘上常用的清污設(shè)備，設(shè)計一種液壓抓斗完成此功能。

液壓抓斗需具備塔機(jī)吊鉤部分功能，即在抓斗上部設(shè)置一排滑輪，滑輪排列與傳統(tǒng)塔機(jī)吊鉤相同。平衡臂上安裝的起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩通過變幅小車滑輪過渡后穿繞至抓斗上部滑輪，液壓抓斗隨起升機(jī)構(gòu)的動作上下移動。

參考工程抓斗結(jié)構(gòu)形式，確定采用貝形抓斗形式，在兩瓣抓板側(cè)面安裝液壓油缸控制抓斗動作。考慮到抓斗需降落至水中作業(yè)，在抓斗側(cè)面設(shè)有排水孔，以減少水面浮力。因抓斗抓取水草或漂浮垃圾都較為軟散，特在抓板底部設(shè)置鋸齒邊，方便抓斗抓取漂浮物。

在抓斗結(jié)構(gòu)頂板位置開孔，油管通過孔洞與液壓油缸連接，考慮到抓斗長時間使用后油管與液壓油缸接頭因拉拽產(chǎn)生松動，特在頂板上方設(shè)置油管固定架，將一小段與液壓油缸連接的管路固定，可解決油管接頭松動問題。

通過以上方案，設(shè)計抓斗結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓抓斗結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 油管管路設(shè)計

通過以上方案確定了抓斗結(jié)構(gòu)和操縱形式，因正常建筑施工塔機(jī)只在頂升系統(tǒng)中使用液壓設(shè)備，設(shè)備位置明確，液壓油管無需特殊固定。由上述抓斗可見，需特別設(shè)計液壓油管的布置方式，對設(shè)計提出了新的要求：①液壓油箱布置在上下支座附近或地面，考慮到工作人員操作和檢修的便利性，確定將液壓油箱布置在地面并與駕駛室放置在一起，方便工作人員操作和檢修。②液壓油管需隨變幅小車的運(yùn)動前后移動，需設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)固定并使油管隨變幅小車運(yùn)動。③需改變起重臂上弦桿結(jié)構(gòu)，使油管可沿上弦桿移動。

針對以上擬解決關(guān)鍵問題，塔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路如下：

仍使用常規(guī)結(jié)構(gòu)變幅小車，使變幅小車在起重臂下弦桿上移動，考慮到起升鋼絲繩由變幅小車穿繞至抓斗，抓斗上液壓油缸使用油管亦連接至變幅小車。此時需在變幅小車下方設(shè)置油管過輪，并保證變幅小車結(jié)構(gòu)與油管無干涉。

在變幅小車上方設(shè)置一個平臺，平臺內(nèi)設(shè)置油管卷筒，油管卷筒的作用是：從外部接入油管，然后將液壓油接入卷筒內(nèi)纏繞的油管中，卷筒上的油管通過變幅小車過輪向下與抓斗上液壓油缸連接。當(dāng)抓斗向下運(yùn)動時，油管通過重力繞卷筒向下移動，當(dāng)抓斗上升時，油管通過卷筒內(nèi)設(shè)置的彈簧纏繞在卷筒上。通過設(shè)置油管卷筒，解決了油管上下移動的問題。

通過上述設(shè)計，已解決油管上下移動問題，現(xiàn)需解決油管水平移動問題。公司技術(shù)人員創(chuàng)造性地借鑒機(jī)床上常用的電纜拖鏈裝置，將油管設(shè)置在拖鏈之中，拖鏈可牽引油管轉(zhuǎn)動和水平移動。

塔機(jī)起重臂上弦桿常用的是圓管或者方管，但拖鏈無法有效固定在上述型鋼之上，針對此問題，選用槽鋼作為起重臂上弦桿，通過槽鋼槽口作為拖鏈軌道，可有效解決上述問題。

圖2 現(xiàn)場拖鏈布置圖

最終在保持變幅小車原有特性的同時，在變幅小車正上方增加平臺，平臺上設(shè)置油管卷筒。另選用槽鋼作為起重臂上弦桿，采用拖鏈固定和牽引油管。通過以上一系列創(chuàng)新設(shè)計，解決了油管的固定和移動問題，取得了很好的實(shí)際效果，另外在塔身及過渡節(jié)結(jié)構(gòu)上增加過輪，將油管牽引至地面，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。油路設(shè)計圖如圖3。

圖3 油路示意圖

通過以上所述關(guān)鍵設(shè)計，可滿足塔機(jī)清除河閘攔污柵周圍水面水草、漂浮垃圾的實(shí)際使用需求?？偨Y(jié)來說，通過設(shè)置自動復(fù)位油管卷筒實(shí)現(xiàn)液壓抓斗的液壓油管及時隨著液壓抓斗自動上下移動，同時避免較長的液壓輸油管耷拉和與牽引繩的纏絞，從而實(shí)現(xiàn)對液壓油缸提供有效的動力源，使用起來更加安全；通過設(shè)置油管拖鏈和上弦桿結(jié)構(gòu)，滿足液壓油管的水平移動需求。整個結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，具備簡單、新穎，便于安裝、檢修等特點(diǎn)。

4 結(jié)語

從國內(nèi)塔機(jī)使用情況來看，絕大多數(shù)塔機(jī)用在建筑施工中，主要用于建筑工地施工材料的吊裝。我公司設(shè)計制造的此類帶有液壓抓斗的塔式起重機(jī)（圖4所示），整機(jī)充分利用塔機(jī)自身的特點(diǎn)，即通過塔機(jī)起升、回轉(zhuǎn)、變幅運(yùn)動實(shí)現(xiàn)抓斗水平和垂直方向運(yùn)動；通過液壓油缸的活塞桿伸縮實(shí)現(xiàn)抓斗的閉合和張開，從而達(dá)到清理河閘攔污柵處漂浮物的目的。此項(xiàng)設(shè)計涉足了水下作業(yè)，擴(kuò)大了塔機(jī)的用途，具有較好的市場前景。

圖4 塔機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖