抱桿搖臂內(nèi)倒原因及解決方案淺析

童 琦

（浙江省建設(shè)工程機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014）

1 現(xiàn)狀分析

在組立中小型電力鐵塔過程中，通常采用雙平臂落地抱桿或者雙搖臂落地抱桿進(jìn)行吊裝工作，抱桿在組立過程中處于鐵塔下方的中心位置，對(duì)鐵塔的組立起到了事半功倍的作用。

本文以雙搖臂落地抱桿為例，該抱桿設(shè)計(jì)為雙側(cè)可搖動(dòng)式吊臂，多采用卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)搖臂完成仰俯變幅動(dòng)作：變幅鋼絲繩從地面卷揚(yáng)機(jī)出繩后轉(zhuǎn)入塔身內(nèi)部直至塔頂，通過塔機(jī)頂部的轉(zhuǎn)向滑輪后與吊臂頭部滑輪組進(jìn)行倍率組合，完成穿繞，再通過卷揚(yáng)機(jī)收放帶動(dòng)變幅鋼絲繩進(jìn)行幅度的變換，故搖臂的正常仰俯對(duì)抱桿的安全至關(guān)重要。但現(xiàn)有搖臂抱桿在搖臂空載仰起至較小幅度處會(huì)發(fā)生內(nèi)倒現(xiàn)象，撞擊塔頂緩沖塊，使得抱桿有所晃動(dòng)。主要原因是現(xiàn)有搖臂抱桿均采用地面卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行變幅，貫穿抱桿全高的變幅鋼絲繩的自重會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)向上趨勢(shì)的力矩，當(dāng)搖臂處于較小幅度時(shí)，該力矩會(huì)導(dǎo)致?lián)u臂內(nèi)倒。同時(shí)因電力鐵塔的結(jié)構(gòu)形式均為下部根開大上部開口小，搖臂在高空吊裝時(shí)才會(huì)使用全幅度進(jìn)行動(dòng)作，而低空則只會(huì)使用大幅度，所以內(nèi)倒現(xiàn)象往往發(fā)生在高空吊裝時(shí)。

以某公司30tm 雙搖臂落地抱桿為例，該抱桿塔身設(shè)計(jì)高度為120m，變幅角度為3°～87°，搖臂鉸點(diǎn)到塔頂滑輪中心點(diǎn)距離為10 014mm，吊臂長度9 615mm，吊臂重量565kg，吊鉤重量280kg，選用?13-NAT6×29Fi+IWR1770ZS 型號(hào)鋼絲繩為變幅繩，理論重量71kg/100m。經(jīng)計(jì)算可得搖臂內(nèi)倒角度，見表1。由表可知搖臂在空載仰起運(yùn)行過程中，未達(dá)到設(shè)計(jì)最大變幅角87°時(shí)就會(huì)發(fā)生搖臂內(nèi)倒現(xiàn)象。

表1 不同塔身高度下的搖臂內(nèi)倒角度

2 解決方案

針對(duì)上述搖臂內(nèi)倒情況，各個(gè)制造廠家也給出了不同的解決措施。

2.1 塔頂安裝彈簧緩沖器

塔頂安裝彈簧緩沖器（圖1）為目前制造廠商最常用的一種解決方案。該裝置一般安裝在搖臂抱桿塔頂上部，采用壓縮彈簧來克服變幅鋼絲繩的自重，解決搖臂內(nèi)倒的問題。設(shè)計(jì)時(shí)先計(jì)算全高抱桿搖臂內(nèi)倒的對(duì)地最大夾角，再根據(jù)該角度與最小變幅角的差值來確定彈簧的壓縮量，從而選擇合適的彈簧。

圖1 彈簧緩沖器

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于彈簧緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高，是目前最常用且有效的解決方案。缺點(diǎn)在于該裝置一般安裝于塔頂外側(cè)，當(dāng)雙搖臂落地抱桿雙側(cè)搖臂收攏時(shí)，整個(gè)收臂尺寸就會(huì)變大，無法正常通過鐵塔天窗，因此需要在抱桿完成收臂后高空進(jìn)行拆除彈簧緩沖器，難度極大，同時(shí)高空作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，以致現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)此較為排斥。

2.2 改變力臂

改變力臂是對(duì)引起內(nèi)倒的力矩或者抵抗力矩進(jìn)行改變，以達(dá)到增大搖臂內(nèi)倒角度的目的。故可從2 個(gè)方面進(jìn)行考慮：一是減小變幅鋼絲繩自重引起的力矩，根本目的是減小變幅鋼絲繩的力臂長，設(shè)計(jì)時(shí)可增大塔頂滑輪距搖臂鉸點(diǎn)的垂直高度，以減小變幅鋼絲繩對(duì)抱桿中心的夾角，使得變幅鋼絲繩的力臂變短，從而減小變幅鋼絲繩自重引起的力矩；二是增大搖臂及吊鉤的抵抗力矩，各廠家現(xiàn)有抱桿的搖臂搖動(dòng)鉸點(diǎn)基本設(shè)置在搖臂豎直重心位置。當(dāng)搖臂處于小幅度時(shí)，吊臂重心或吊鉤對(duì)搖動(dòng)鉸點(diǎn)的作用力臂較小。為減小搖臂內(nèi)倒情況的發(fā)生，設(shè)計(jì)人員可將搖臂搖動(dòng)鉸點(diǎn)上移至上弦桿中心線上或者更遠(yuǎn)，在搖臂處于小幅度時(shí)，將會(huì)增大作用力臂從而達(dá)到增大抵抗力矩的目的，見圖2。

圖2 搖臂結(jié)構(gòu)示意圖

上述方法在理想狀態(tài)下可以消除內(nèi)倒現(xiàn)象，且該方法無須在抱桿任何部位增加附件，避免高空拆除作業(yè)，僅對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化以解決問題。但由于抱桿其他邊界條件的限制，如收臂尺寸、高度等，抱桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化往往達(dá)不到最佳，故該方法也不能徹底解決內(nèi)倒問題，僅能在一定程度上減少內(nèi)倒現(xiàn)象。

2.3 改變變幅機(jī)構(gòu)安裝位置

搖臂內(nèi)倒是由變幅鋼絲繩自重引起的，因此消除或者大大減小其自重即可。一般來說可以上提變幅機(jī)構(gòu)至抱桿上部合適位置從而減小鋼絲繩自重，但抱桿變幅繩的單繩拉力往往大于1t，致使機(jī)構(gòu)重量、體積較大。因此，對(duì)于中大型搖臂落地抱桿可滿足機(jī)構(gòu)上提的空間條件，適用此方案。但對(duì)于市場(chǎng)占有量更大的小型搖臂抱桿來說，在整體空間上無法布置機(jī)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)使用上各送變電公司往往不采購抱桿變幅機(jī)構(gòu)，均由機(jī)動(dòng)鉸磨代替，更具經(jīng)濟(jì)性和可操作性，故該方案不適用于小型搖臂落地抱桿。

2.4 改變搖臂變幅源動(dòng)力

減少鋼絲繩自重可以上提機(jī)構(gòu)，而消除鋼絲繩自重的方法就是改變搖臂變幅的源動(dòng)力。根據(jù)汽車起重機(jī)的變幅原理，取消變幅機(jī)構(gòu)，由液壓泵站和液壓油缸提供變幅源動(dòng)力，徹底消除鋼絲繩自重的影響。采用油缸變幅的抱桿可以降低塔頂?shù)母叨然蛘咧苯尤∠?，降低抱桿全高，減少制造和運(yùn)輸成本，對(duì)于克服搖臂內(nèi)倒的效果顯著。但臂頭鋼絲繩的取消會(huì)改變的搖臂的受力模型，使得搖臂根部受力大大增加，進(jìn)而影響搖臂的截面形式及尺寸，且液壓泵站基本都由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，降低抱桿組塔的適用面。

3 結(jié)語

雙搖臂落地抱桿是組立電力鐵塔的重要起吊設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)抱桿各部件的研究設(shè)計(jì)，才能使得抱桿在工作過程中更安全。本文通過4 種方案的分析，從源頭上剖析搖臂抱桿吊臂內(nèi)倒的原因并加以解決，下一步技術(shù)人員還需不斷深入思考，深入現(xiàn)場(chǎng)，探究更可靠的解決方案，以期在不遠(yuǎn)的將來實(shí)現(xiàn)該問題的攻關(guān)。