王新聰，郭吉坦，潘志毅，白朝陽

（1.大連交通大學(xué) 土木與安全工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2.大連理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；3.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧 大連 116024）

1 引 言

塔式起重機（簡稱塔機）配重的作用是使塔機前后平衡，減小塔身所受彎矩，改善塔身受力情況。動臂塔機的配重有固定式和移動式兩種，固定配重是將配重固定在平衡臂的尾部，配重對塔身的后傾彎矩保持不變，塔身承受較大的不平衡彎矩，容易發(fā)生疲勞破壞；移動式配重是通過設(shè)置移動配重機構(gòu)，根據(jù)臂架俯仰情況，調(diào)節(jié)配重位置，減小塔身受到的不平衡彎矩。采用移動式配重的塔機塔身截面小，質(zhì)量輕，但是移動式配重機構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，往往需要添加輔助動力驅(qū)動，成本較高，而且安裝維護也不方便[1]?，F(xiàn)有的采用移動式配重的動臂塔機其配重移動方式主要有鋼絲繩移動配重方式、平行四連桿移動配重方式和動力驅(qū)動移動配重方式[2～4]。

油缸變幅動臂塔機是以液壓油缸為變幅機構(gòu)，采用移動式配重的動臂塔機，是德國JOST公司專為英國市場開發(fā)的產(chǎn)品，目前國內(nèi)還沒有相關(guān)研究。本文以油缸變幅動臂塔機為研究對象，研究了其移動配重的實現(xiàn)方式，給出了配重重量和起重性能的計算方法，并與同級別平頭塔機和固定配重動臂塔機進行了起重性能及塔身彎矩的對比分析。

2 油缸變幅動臂塔機移動配重設(shè)計

2.1 機構(gòu) 組成

油缸變幅動臂塔機移動配重機構(gòu)主要是由配重、平衡臂、起重臂和液壓油缸組成。如圖1所示，起重臂和平衡臂相連并鉸接于旋轉(zhuǎn)軸O處，配重懸掛于平衡臂尾部C處，液壓油缸上下鉸點A、B分別鉸接于起重臂和塔身的適當位置。當油缸伸縮帶動起重臂繞旋轉(zhuǎn)軸做俯仰變幅運動時，平衡臂隨起重臂繞旋轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，從而帶動配重移動。

圖1 油缸變幅動臂塔機配重移動示意圖

2.2 移動配重力學(xué)模型

油缸變幅動臂塔機移動配重的力學(xué)模型如圖2所示。

圖2 油缸變幅動臂塔機移動配重力學(xué)模型

2.3 移動配重計算

由圖2所示力學(xué)模型可得，塔身軸向力N和對回轉(zhuǎn)中心彎矩M的計算如下

塔身為壓彎桿件結(jié)構(gòu)，主要承受軸向壓力和彎矩[5]，塔身橫截面應(yīng)力

式中φ——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)；

A——塔身截面面積；

W——抗彎截面系數(shù)。

上回轉(zhuǎn)塔式起重機按照塔身受載最小的原則確定配重質(zhì)量[6]。在配重設(shè)計時，應(yīng)使塔身截面應(yīng)力在塔身受最大前傾彎矩和最大后傾彎矩兩個工況下差值最小。

式中M1——塔身所受最大前傾彎矩，即塔機起吊額定起重量時塔身所受最大彎矩；

M2——塔身所受最大后傾彎矩，即塔機空載

醫(yī)院文化建設(shè)是一家醫(yī)院的軟實力[9]，我院堅持“以人為本”的組織文化，以科學(xué)管理為基礎(chǔ)，使各類各級人才在臨床、教學(xué)、科研上平衡發(fā)展；在制度上構(gòu)建扁平化的組織結(jié)構(gòu)，減少管理層次，成立人力資源部、醫(yī)務(wù)部和后勤保障部，賦予醫(yī)療人才參與決策的權(quán)力，使得核心人才的價值觀與組織戰(zhàn)略相一致[10]。

時臂架位于水平位置塔身所受彎矩；

N1、N2——兩個工況下塔身的軸向壓力；

σs1、σs2——兩個工況下塔身橫截面應(yīng)力；

Δσ——兩個工況下塔身截面應(yīng)力的差值。

公式(4)中，N1和N2的差值是定值為額定起重量Q1，所以當M1＝M2時，Δσ的取得最小值，即最大前傾彎矩和最大后傾彎矩大小相等時，塔身截面上應(yīng)力的差值最小。故可得配重重量計算方法

式中Q1——額定起重量；

Rq1——最大前傾彎矩工況時吊物的幅度；

Rp1、Rz1、Rb1——最大前傾彎矩工況時平衡臂、配重和起重臂的重心位置至回轉(zhuǎn)中心的距離；

Rp2、Rz2、Rb2——最大后傾彎矩工況時平衡臂、配重和起重臂的重心位置至回轉(zhuǎn)中心的距離。

2.4 塔機起重性能曲線

影響塔機起重性能的因素有多種，其中臂架穩(wěn)定性和剛度、受力構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性、塔機傾覆穩(wěn)定性是影響塔機起重性能的主要因素[7]，本文僅考慮傾覆穩(wěn)定性決定的起重性能，起重機的抗傾覆穩(wěn)定性是指起重機在自重和外載荷作用下抵抗翻倒的能力。傾覆穩(wěn)定性計算的基本原則是穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩[5]。故可得塔機起重性能計算方法。

式中Qr——幅度Rq時的最大起重量。

3 實例分析

以JOST公司的TYP-JTL108.6油缸變幅動臂塔機為例進行計算分析，并與同級別平頭塔機和固定配重動臂塔機進行起重性能及塔身所受彎矩的對比分析。假設(shè)3種塔機的最大工作幅度相同，最大工作幅度的起重量相同，起重臂和平衡臂重量相同，臂架和其他受力構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性均滿足要求。其塔機的主要參數(shù)見表1。

平頭、固定配重動臂塔機的力學(xué)模型如圖3所示。

3.1 起重性能對比分析

油缸變幅動臂塔機塔身受最大前傾彎矩工況為起重機工作幅度7.5m時，起吊額定起重量的工況；塔身受最大后傾彎矩工況為臂架位于水平位置時，空載工況。

表1 塔機主要參數(shù)表

圖3 平頭塔機和固定配重動臂塔機力學(xué)模型

由公式(5)可得該型號油缸變幅動臂塔機配重大小為22.8t。根據(jù)圖3所示力學(xué)模型，按上述配重計算方法計算得到了平頭塔機和固定配重動臂塔機的配重大小分別為22.3t和12t。

按照抗傾覆穩(wěn)定性原則確定塔機的起重性能計算方法，并利用MATLAB編程繪制油缸變幅動臂塔機、平頭塔機和固定配重動臂塔機的起重性能曲線，如圖4所示。

圖4 塔機的起重性能曲線對比圖

由圖4可知，在最大幅度相同、最大幅度的起重量相同，且各主要部件質(zhì)量相同條件下，油缸變幅動臂塔機的起重性能較平頭塔機和固定配重動臂塔機略差，是因為油缸變幅動臂塔機采用移動配重，減小了塔機的穩(wěn)定力矩，降低了起重量，防止塔機傾覆。

3.2 塔身彎矩對比分析

分別對起吊2t重物和空載這兩種工況下3者塔身所受彎矩進行對比分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5a可知，油缸變幅動臂塔機塔身所受最大彎矩最小，塔機所受彎矩變化最小，對塔身截面要求低，塔身截面小，質(zhì)量輕；由圖5b可知，空載時，油缸變幅動臂塔機在最小幅度時塔身彎矩最小，塔機非工作時，臂架可仰起到最大角度，占用空間小。

圖5 塔身所受彎矩對比圖

4 結(jié) 論

1)最大工作幅度相同，最大工作幅度的起重量相同的條件下，油缸變幅動臂塔機的起重性能較平頭和固定配重動臂塔機略差，但起吊相同載荷時，塔身所受最大彎矩和塔身彎矩的變化最小，塔身截面小，質(zhì)量輕。

2)空載時，油缸變幅動臂塔機塔身所受彎矩在最小工作幅度處達到最小值，因此，非工作工況時可將臂架仰起到最大角度，塔身彎矩小，占用空間少。

[1]屠鳳蓮,羅文龍.動臂變幅塔機的配重同步移動機構(gòu)[J].建筑機械，2010，(1)：91-92.

[2]劉杰海.對拉循環(huán)式動臂塔機平衡重移動裝置[J].建筑機械化，2010，（9）：64-66.

[3]張明勤，張瑞軍，李海青，等.動臂式塔式起重機平衡重自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置[P].中國專刊：200720026287.0，2007-08-21.

[4]李力強.丹麥K10000塔式起重機控制系統(tǒng)的改造[J].建筑機械化，2011，(8)：69-72.

[5]GB/T 3811-2008，起重機設(shè)計規(guī)范[S].

[6]GB/T 13752-1992，塔式起重機設(shè)計規(guī)范[S].

[7]高順德,崔丹丹,滕儒民，等.動臂塔式起重機起重性能曲線研究[J].建筑機械，2011，(3)：98-101.