動(dòng)臂塔機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的繞繩方法改進(jìn)

洪郴，沈蘭華，范開(kāi)英

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

動(dòng)臂塔機(jī)通過(guò)變幅機(jī)構(gòu)卷?yè)P(yáng)變幅鋼絲繩實(shí)現(xiàn)起重臂俯仰角度變化，從而實(shí)現(xiàn)工作幅度調(diào)整。與平頭塔機(jī)不同，動(dòng)臂塔機(jī)變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)要克服起重力矩和起重臂等結(jié)構(gòu)自重力矩，故變幅力大，鋼絲繩倍率高，繞繩方式復(fù)雜，且受人字架結(jié)構(gòu)滑輪安裝方案影響較大。

變幅機(jī)構(gòu)有單機(jī)構(gòu)單卷筒出繩方式，單機(jī)構(gòu)雙聯(lián)卷筒驅(qū)動(dòng)型式，也有雙機(jī)構(gòu)雙卷筒共同驅(qū)動(dòng)形式。變幅機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)臺(tái)上，經(jīng)人字架滑輪繞向起重臂。變幅動(dòng)滑輪組一般不直接固定在起重臂頭部上，而是通過(guò)拉板或拉索結(jié)構(gòu)連接到起重臂頭部固定端，以降低變幅繩成本，減少變幅繩安裝穿繞工作量。動(dòng)臂塔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，起重臂、機(jī)臺(tái)和人字架多為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)變幅滑輪組的倍率為雙倍率對(duì)稱型式時(shí)，結(jié)構(gòu)受力對(duì)稱沒(méi)有偏載問(wèn)題。當(dāng)變幅機(jī)構(gòu)出繩不對(duì)稱時(shí)，以及考慮滑輪組本身效率問(wèn)題，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均和滑輪組偏斜，需要進(jìn)行優(yōu)化改善。

1 單聯(lián)卷筒后置繞繩方案

1.1 存在的問(wèn)題

單聯(lián)卷筒配合人字架結(jié)構(gòu)時(shí)多為A 字型人字架，人字架上端寬度較小，滑輪布置緊湊，但變幅卷筒繞繩需有一定寬度，且沿卷筒左右擺動(dòng)，因此變幅鋼絲繩從卷筒繞向人字架上端時(shí)容易出現(xiàn)干涉問(wèn)題。

1.2 優(yōu)化方案

為解決此問(wèn)題，變幅機(jī)構(gòu)在機(jī)臺(tái)上通常有2種布置方案，一種為人字架后端，一種為人字架前端。當(dāng)機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)不受限制時(shí)，通常變幅機(jī)構(gòu)放置在人字架后側(cè)，變幅鋼絲繩繞繩方案如圖1 所示。此時(shí)變幅繩起始導(dǎo)向滑輪和最終鋼絲繩固定端可以沿人字架上端對(duì)稱布置，人字架上端結(jié)構(gòu)也比較緊湊，結(jié)構(gòu)受力較好。

圖1 變幅鋼絲繩繞繩方案

動(dòng)滑輪與起重臂頭部通過(guò)拉板（或拉索）連接，因起重機(jī)工作時(shí)存在側(cè)向風(fēng)載荷，在回轉(zhuǎn)工況時(shí)起重臂和起升載荷都會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)慣性力，且此載荷組合對(duì)起重臂影響較大，會(huì)引起拉板的受力不均衡。變幅動(dòng)滑輪組雖然在豎直平面和水平面內(nèi)都可以認(rèn)定為鉸接結(jié)構(gòu)，但因?yàn)榛喰蕟?wèn)題，仍有可能會(huì)出現(xiàn)小角度偏斜，導(dǎo)致滑輪磨損增加，壽命降低。

圖2 所示方案也是單卷筒出繩方案，在人字架頭部設(shè)置了平衡滑輪，與起重臂前端的雙側(cè)拉板布置相對(duì)稱，可有效調(diào)節(jié)在回轉(zhuǎn)或者偏擺過(guò)程中起重臂受側(cè)向載荷的影響，使動(dòng)滑輪組鋼絲繩更均勻受力，從而減小動(dòng)滑輪組的偏斜問(wèn)題。

圖2 單卷筒出繩方案

2 單聯(lián)卷筒前置繞繩方案

2.1 存在的問(wèn)題

超高層建筑塔機(jī)要求結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)半徑小，通常機(jī)臺(tái)很短，此時(shí)人字架豎直布置，變幅機(jī)構(gòu)需要放置在機(jī)臺(tái)前側(cè)，從人字架前端中部繞道后端上部，因變幅卷筒繩槽寬度引導(dǎo)著變幅鋼絲繩在人字架頭部相對(duì)擺動(dòng)，對(duì)鋼絲繩避讓結(jié)構(gòu)提出構(gòu)造要求。

當(dāng)機(jī)臺(tái)結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊，變幅機(jī)構(gòu)從人字架后拉桿后側(cè)轉(zhuǎn)移到前側(cè)，變幅繩和后拉桿結(jié)構(gòu)需要相互避讓，如果仍采用順向纏繞的方式，則會(huì)導(dǎo)致人字架支點(diǎn)和主結(jié)構(gòu)件偏心受力，人字架頭部需要改為滑輪梁并進(jìn)行加固，對(duì)人字架受力產(chǎn)生影響。

2.2 優(yōu)化方案

為避免變幅繩與人字架結(jié)構(gòu)干涉，減少對(duì)人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，變幅鋼絲繩首個(gè)導(dǎo)向滑輪需要走滑輪組中間，且從動(dòng)滑輪組中部的滑輪向外側(cè)滑輪穿繞，這樣就可以利用人字架中部的空隙避免干涉，且滑輪組依然能夠?qū)ΨQ排列在人字架上端。這種繞繩方式通常需要配置平衡滑輪，當(dāng)滑輪組倍率較低時(shí)可采用圖3（a)方式在中間布置1 片平衡滑輪，當(dāng)滑輪倍率較高時(shí)，可如圖3（b)方式在兩側(cè)位置各布置1 片平衡滑輪。平衡滑輪與定滑輪組都固定在人字架上端，通常平衡滑輪布置略低于定滑輪。此繞繩方案在FHTD400和FHTD900 塔機(jī)上獲得應(yīng)用，解決了鋼絲繩干涉和受力偏心的問(wèn)題，而且人字架結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。

圖3 優(yōu)化后的出繩方案

隨著塔機(jī)起升高度的提升，起升卷筒容繩量需求越來(lái)越大，受人字架高度的限制，起升鋼絲繩越來(lái)越多從起重臂上方導(dǎo)向到起重臂頭部滑輪，為變幅鋼絲繩繞人字架提供了更多空間，使變幅繩在A 型人字架中間布置初始導(dǎo)向滑輪和尾繩固定端更加方便。

3 雙聯(lián)卷筒繞繩方案

隨著大型塔機(jī)起重力矩和變幅力的增加，單聯(lián)卷筒方案不經(jīng)濟(jì)時(shí)，常采用雙聯(lián)卷筒出繩方案。此時(shí)隨著結(jié)構(gòu)受力的增加，人字架結(jié)構(gòu)型式也從A 型尖頂變?yōu)樘菪位騂 型寬頂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)降低了側(cè)向載荷影響。

3.1 存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的雙卷筒驅(qū)動(dòng)變幅機(jī)構(gòu)采用平衡滑輪將兩側(cè)卷筒鋼絲繩連接到一起。如圖4 所示，卷筒出繩后從H 型人字架頭部經(jīng)外側(cè)導(dǎo)向滑輪繞向動(dòng)滑輪組，與定滑輪組纏繞后經(jīng)中間的平衡滑輪與另一側(cè)對(duì)稱穿繞。此方案變幅鋼絲繩為整根繩，在多層卷筒上存在一側(cè)鋼絲繩旋向與卷筒繩槽旋向不匹配的問(wèn)題，此方案為單繩變幅，因鋼絲繩磨損斷裂可能導(dǎo)致起重臂墜落，有重大安全隱患。在現(xiàn)場(chǎng)施工前，需要準(zhǔn)確放樣鋼絲繩長(zhǎng)度，并且雙聯(lián)變幅機(jī)構(gòu)的同步性要完全一致，實(shí)際效果不理想，應(yīng)用較少。

圖4 雙聯(lián)單繩

3.2 優(yōu)化方案

為解決卷筒和鋼絲繩旋向匹配問(wèn)題，將動(dòng)滑輪組分開(kāi)，左側(cè)采用左旋卷筒右旋鋼絲繩，右側(cè)采用右旋卷筒左旋鋼絲繩，對(duì)稱布置。動(dòng)滑輪分開(kāi)后，通過(guò)動(dòng)滑輪橫梁連接2 組平衡滑輪，解決因結(jié)構(gòu)受力等原因引起的滑輪組偏斜問(wèn)題。將平衡滑輪間的中段變幅繩斷開(kāi)，采用楔形接頭進(jìn)行連接固定，這樣既可以解決單根穿繞時(shí)間長(zhǎng)難度大的問(wèn)題，又可以更好地避免2 根鋼絲繩長(zhǎng)度測(cè)量誤差。變幅鋼絲繩繞繩如圖5 所示，F(xiàn)ZQ1650動(dòng)臂塔機(jī)采用此方案，鋼絲繩在穿裝時(shí)可兩側(cè)同步穿裝，試運(yùn)行之后，將鋼絲繩中段末端調(diào)整固定，有效解決了鋼絲繩旋轉(zhuǎn)內(nèi)力的問(wèn)題，提升了工作效率，延長(zhǎng)了鋼絲繩使用壽命。

圖5 雙聯(lián)雙繩

在履帶起重機(jī)和桅桿起重機(jī)等大型起重機(jī)上，因結(jié)構(gòu)尺寸限制，通常超起桅桿上只設(shè)置變幅導(dǎo)向滑輪，繞繩方案如圖6 所示。定滑輪組固定在定滑輪橫梁上，橫梁與桅桿通過(guò)拉板連接。同理變幅動(dòng)滑輪組也固定在動(dòng)滑輪橫梁上，橫梁的設(shè)計(jì)降低了對(duì)結(jié)構(gòu)的尺寸要求，也有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和約束。

圖6 帶有固定橫梁的變幅繞繩圖

4 結(jié)論

本文列舉了動(dòng)臂塔機(jī)常見(jiàn)的變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩繞繩方按，分析了各繞繩方案的受力特點(diǎn)和適用機(jī)型，闡述了變幅機(jī)構(gòu)動(dòng)滑輪偏斜產(chǎn)生的原因和危害，提出了變幅機(jī)構(gòu)鋼絲繩繞繩的改進(jìn)方案，并與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，提升了設(shè)計(jì)的安全性，通過(guò)鋼絲繩使用狀態(tài)的改善延長(zhǎng)了使用壽命。

1）變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要注重對(duì)稱結(jié)構(gòu)，鋼絲繩繞繩要均衡受力，通過(guò)平衡滑輪設(shè)計(jì)解決結(jié)構(gòu)側(cè)向受力及滑輪組效率損失等原因引起的動(dòng)滑輪組偏斜問(wèn)題，從而改善鋼絲繩使用狀態(tài)，延長(zhǎng)鋼絲繩壽命。

2）變幅機(jī)構(gòu)定滑輪組中的導(dǎo)向滑輪和鋼絲繩固定端走中，可有效減小結(jié)構(gòu)尺寸，使載荷傳遞更均衡簡(jiǎn)潔。

3）在大型塔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，滑輪組固定橫梁的設(shè)計(jì)對(duì)簡(jiǎn)化人字架設(shè)計(jì)，約束動(dòng)滑輪組偏斜有良好效果。