郝建光

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 030024)

TZM500 全路面伸縮臂起重機(jī)是太重研制的一款適合于1.5 MW 及以下規(guī)格風(fēng)機(jī)安裝的理想機(jī)型。由于全路面底盤良好的機(jī)動(dòng)性、伸縮臂結(jié)構(gòu)形式自身安裝工作量小及起重機(jī)所需場(chǎng)地小等特點(diǎn)使該機(jī)型具有廣闊的市場(chǎng)。特別適合于吊裝工作量小、需頻繁更換吊裝場(chǎng)地的使用工況，如風(fēng)電吊裝。通過(guò)下面的內(nèi)容，可以更好的了解這款機(jī)型。

1 TZM500 全路面起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

TZM500 全路面起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。伸縮式主臂、全路面底盤、總線控制、超起裝置是該機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。

2 伸縮式主臂技術(shù)

伸縮式主臂作為最關(guān)鍵的承載件，采用了橢圓形截面、高強(qiáng)度鋼板，臂間尼龍滑塊支承和插拔銷主臂伸縮技術(shù)來(lái)克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大型化時(shí)穩(wěn)定性差、自重大的問(wèn)題。高強(qiáng)度鋼板作為減輕自重提高起重能力的最直接方法，應(yīng)用最多的是700 MPa～1 100 MPa 級(jí)材料是。橢圓型截面由于抗屈曲能力強(qiáng)，能充分發(fā)揮高強(qiáng)度材料的力學(xué)性能，前后滑塊支承在臂間圓弧上，減少了板產(chǎn)生局部彎曲的可能性。單缸插拔銷技術(shù)也是減輕主臂自重提高起重能力的一個(gè)重要手段。主臂截面、插拔銷裝置及布置見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

采用上述技術(shù)，需要解決好下面的問(wèn)題:一是起重臂結(jié)構(gòu)件的成型與焊接，二是臂與臂之間尼龍滑塊的配置，三是單缸插拔銷控制與檢測(cè)系統(tǒng)，四是超起系統(tǒng)。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters

圖1 臂截面Figure 1 Section of arm

圖2 插拔銷裝置Figure 2 Pin removal device

圖3 伸縮臂尾部臂銷示意圖Figure 3 Schematic sketch of the pin at the end of extension arm

2.1 起重臂結(jié)構(gòu)件的成型與焊接

伸縮臂蓋板和腹板的平行度、平面度、腹板對(duì)蓋板的垂直度都非常嚴(yán)格，均不超過(guò)3 mm，起重臂在水平平面內(nèi)的直線度誤差不大于4 mm，不允許出現(xiàn)下?lián)?。為了保證上述要求，板件的成型需要大型專用壓機(jī)，例如瑞典烏斯維肯公司的OPTIMA3000T/15/12.1M 壓機(jī)，折彎能力30 MN，折彎長(zhǎng)度15 000 mm，具有對(duì)設(shè)備機(jī)架變形進(jìn)行補(bǔ)償和對(duì)壓制件進(jìn)行撓度補(bǔ)償?shù)墓δ?。由于每?jié)伸縮臂的下部圓弧板是由兩塊或三塊厚度不同的鋼板成型后焊接而成，這更加大了焊接變形和直線度的控制難度。如果為了降低制造難度而將一節(jié)臂下部板厚統(tǒng)一會(huì)增加臂的自重，降低起重機(jī)的起重能力，焊接同樣還是要面臨變形的控制問(wèn)題，因此必須通過(guò)焊接胎具和合理的焊接工藝來(lái)控制變形。

2.2 臂與臂之間尼龍滑塊的配置

各節(jié)伸縮臂組裝后需要保證側(cè)向單面間隙不大于2.5 mm 的要求，伸縮要平穩(wěn)。采用MC 尼龍做滑塊是減小伸縮臂之間摩擦的有效辦法，它具有重量輕、強(qiáng)度高、自潤(rùn)耐磨、抗沖擊、耐疲勞、噪音小、一次性加油后可長(zhǎng)期保持潤(rùn)滑性能的特點(diǎn)，其壽命是黃銅滑塊的4～5 倍，摩擦系數(shù)比鋼低8.8 倍，比銅低8.3 倍，比重僅為銅的1/7。為了將臂節(jié)之間的間隙控制在要求的范圍，確保臂在自重作用下不產(chǎn)生下?lián)希枰厥獾恼{(diào)試工作臺(tái)來(lái)調(diào)整滑塊的厚度，保證上述要求。工作臺(tái)有兩種形式:一種是固定基礎(chǔ)臂，依次調(diào)整下節(jié)臂;另一種是固定末節(jié)臂，反向調(diào)節(jié)。兩種方法都能保證調(diào)整后的要求，不同的是前者需要的調(diào)試工作臺(tái)長(zhǎng)度要短一些。

2.3 單缸插拔銷控制與檢測(cè)系統(tǒng)

單缸插拔銷伸縮臂控制技術(shù)主要解決不同高度、幅度和起重量下的臂長(zhǎng)組合和控制問(wèn)題，因?yàn)槊抗?jié)臂有4 個(gè)臂銷孔位置，七節(jié)臂會(huì)形成多種組合方式。要保證控制系統(tǒng)工作可靠，首先檢測(cè)元件必須可靠。在插拔銷裝置中，臂銷和缸銷位置檢測(cè)就有10 個(gè)檢測(cè)元件，此外還有臂長(zhǎng)、幅度等測(cè)量元件及信息處理和控制元件。該機(jī)型主要通過(guò)采用國(guó)際一流廠家產(chǎn)品來(lái)保證元件和系統(tǒng)的可靠性。

2.4 超起裝置

超起裝置是減小伸縮臂變形和提高穩(wěn)定性的重要措施。主要通過(guò)臂架上的變幅撐桿、拉板和鋼絲繩成穩(wěn)定的三角形來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。為了保證位于臂兩側(cè)的鋼絲繩張緊時(shí)，加在主臂上的力是對(duì)稱的，不產(chǎn)生附加彎矩，在超起卷?yè)P(yáng)張緊油缸設(shè)了壓力傳感器、在卷筒尾部設(shè)了編碼器，在保證張緊鋼絲繩的長(zhǎng)度相同的情況下，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)側(cè)向力的變化和差別。

2.5 理論計(jì)算方法

由于高強(qiáng)度板材的應(yīng)用、伸縮臂受載后成了典型的大位移桿件，幾何非線性與穩(wěn)定性問(wèn)題非常突出，用傳統(tǒng)的一階理論計(jì)算其變形和應(yīng)力的誤差太大。為了彌補(bǔ)上述計(jì)算理論的不足，在按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算的同時(shí)，整車主要結(jié)構(gòu)件采用有限元和非線性計(jì)算軟件進(jìn)行了分析計(jì)算，保證了強(qiáng)度、剛度、局部和整體穩(wěn)定性計(jì)算的可靠性。大位移桿件的計(jì)算，到目前為止國(guó)內(nèi)尚無(wú)有效而準(zhǔn)確的辦法，通過(guò)產(chǎn)品系列的不斷完善和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，今后會(huì)形成一套簡(jiǎn)單而有效的方法。

3 全路面底盤技術(shù)

該機(jī)采用整橋懸掛、8 軸底盤、4 軸驅(qū)動(dòng)。它的最大特點(diǎn)是油氣懸架和全輪轉(zhuǎn)向，可蟹行。油氣懸架通過(guò)油氣缸和配流系統(tǒng)達(dá)到減振、平衡軸荷、增加整機(jī)側(cè)傾剛度、克服制動(dòng)前傾、調(diào)節(jié)車架高度和鎖死懸架等功能。與傳統(tǒng)底盤相比，油氣懸架系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)自重輕、承載能力高。由于采用油氣缸、蓄能器為彈性元件，具有承受壓力高、體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，重量比鋼板彈簧輕50%以上。

(2)良好的行駛的平順性。油氣懸架系統(tǒng)能獲得好的彈性特性曲線和較低的固有頻率，行駛的平順性和舒適性大大優(yōu)于鋼板彈簧懸架，可減小整車對(duì)地面的沖擊力。

(3)有效平衡軸荷、增加側(cè)傾剛度、克服制動(dòng)前傾、減振。油氣懸架系統(tǒng)可以通過(guò)管路的連接，將不同車軸的油氣彈簧油缸連接起來(lái)，起到平衡軸荷作用。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，重心轉(zhuǎn)移，因而整車明顯傾斜。油氣懸架系統(tǒng)通過(guò)左、右油氣缸串聯(lián)，可以保證整車的側(cè)傾剛度。將前、后油氣缸串聯(lián)，可以提高整機(jī)縱向剛度，克服制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象。油氣懸架系統(tǒng)通過(guò)對(duì)油液流動(dòng)的調(diào)節(jié)，可以起到減振作用。在起重作業(yè)和吊重行駛時(shí)，可以鎖死懸架。

4 上車液壓系統(tǒng)

上車由獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)分動(dòng)箱帶動(dòng)液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)中有兩種控制形式，主臂變幅、伸縮、插拔銷、超起、配重提升、司機(jī)室俯仰和擺動(dòng)采用泵控加閥控方式，起升、塔臂變幅和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)則采用閉式回路。主要工作回路采用閉式回路控制方式是該機(jī)型液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。與開(kāi)式回路比較，閉式回路采用單泵單馬達(dá)系統(tǒng)，具有機(jī)構(gòu)動(dòng)作不相互影響，無(wú)換向閥，空氣不易滲入回路，傳動(dòng)平穩(wěn)，液壓沖擊和能量損失小，油箱體積小，易于布置，節(jié)流損失少，散熱器功率小，不從油箱直接吸油避免交叉污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管路少，易于布置，故障率低等優(yōu)點(diǎn)。但需要采用全電控實(shí)現(xiàn)二次提升防下滑和下放失速功能，電控系統(tǒng)要有高的可靠性和安全性。采用閉式回路更易滿足全路面起重機(jī)外形尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)靈活可靠性高的要求。

下車通過(guò)底盤發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵帶動(dòng)支腿垂直、水平、伸縮油缸工作，采用傳統(tǒng)的閥控系統(tǒng)。

5 電氣控制系統(tǒng)

上車電控系統(tǒng)主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)控制與監(jiān)控、智能系統(tǒng)功率匹配和極限負(fù)載控制，單缸插拔銷伸縮臂方式的手動(dòng)/自動(dòng)控制，起升、變幅和其它機(jī)構(gòu)的控制。力矩限制器是安全保護(hù)系統(tǒng)最重要的部分，它通過(guò)拉力傳感器、角度傳感器、液壓傳感器、限位開(kāi)關(guān)、測(cè)量主臂長(zhǎng)度電纜卷筒、風(fēng)速儀等元件采集信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理發(fā)出報(bào)警信號(hào)供操作人員進(jìn)行判斷，進(jìn)行動(dòng)作保護(hù)控制，停止相應(yīng)的危險(xiǎn)動(dòng)作。整機(jī)超載及安全保護(hù)是電氣控制的核心。

下車電氣主要完成支腿調(diào)平、支腿壓力監(jiān)控、底盤油氣懸掛和多橋智能電液轉(zhuǎn)向控制功能。采用了赫思曼、派芬在控制領(lǐng)域的成熟技術(shù)。配套件采用力士樂(lè)等國(guó)際一流廠家產(chǎn)品來(lái)保證整機(jī)的可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

由于TZM500 全路面起重機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好、伸縮臂安裝工作量小、所需的工作場(chǎng)地小等特點(diǎn)，尤其適合于1.5 MW 以下規(guī)格風(fēng)機(jī)的安裝。