侯清濤，王永新，李鵬舉

（山東電力建設(shè)第一工程公司，山東 濟(jì)南 2 5 0 1 3 1）

1 概 述

平臂塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔機(jī)）采用鋼絲繩牽引式變幅機(jī)構(gòu)，牽引鋼絲繩從卷筒上引出，一進(jìn)一出，并分別固定在變幅小車(chē)兩端，變幅機(jī)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩帶動(dòng)小車(chē)前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變幅。

平臂塔機(jī)有尖頭塔機(jī)和平頭塔機(jī)兩種，其鋼絲繩纏繞方式基本相同。常見(jiàn)的鋼絲繩纏繞方式如圖1所示。

2 牽引阻力

變幅機(jī)構(gòu)的布置方式、繞繩方式、運(yùn)行位置和運(yùn)行方向不同時(shí)，其牽引阻力也不同。最大牽引阻力根據(jù)滿載、上坡、迎風(fēng)的工況來(lái)確定，所以小車(chē)沿著臂架軌道運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的總阻力Fj包括：摩擦阻力Ff、坡道阻力Fs、迎風(fēng)阻力Fw、起升繩阻力Fh和保持鋼絲繩一定垂度所需的張力Fd。

式中：Fj為穩(wěn)定牽引阻力，N。

1）摩擦阻力Ff摩擦阻力包括車(chē)輪沿軌道的滾動(dòng)摩擦、車(chē)輪軸承摩擦、車(chē)輪輪緣與軌道的摩擦等。

其中：FQ為起重量，F(xiàn)G為小車(chē)、吊鉤、鋼絲繩重，μ為軸承摩擦系數(shù)，d為與軸承配合處軸的直徑，f為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，β為附加摩擦阻力系數(shù)。

2）坡道阻力Fs考慮制造、安裝、受載后，小車(chē)沿臂架軌道爬坡產(chǎn)生的阻力。

其中：α為軌道坡度。對(duì)于尖頭塔機(jī)，α為0.5°～ 1.5°；對(duì)于平頭塔機(jī)，α為 1.5°～ 2.5°。

3）迎風(fēng)阻力Fw風(fēng)作用在小車(chē)和物品上引起的小車(chē)風(fēng)阻力FwIG和物品風(fēng)阻力FwIQ。

4）起升繩阻力Fh由起升繩的僵性和滑輪軸的摩擦引起的阻力，起升繩阻力與起升繩繞過(guò)的滑輪數(shù)量及起升載荷有關(guān)。

其中：α為起升滑輪組的倍率，K為滑輪阻力系數(shù)，采用滾動(dòng)軸承時(shí)K=1.03。

5）牽引繩下垂阻力Fd保持鋼絲繩一定垂度所需的張力為

其中：q為牽引繩單位長(zhǎng)度自重，l為鋼絲繩自由懸垂部分長(zhǎng)度，h為牽引繩下垂度。

3 功率選擇

考慮主動(dòng)端導(dǎo)向滑輪效率，驅(qū)動(dòng)卷筒需要的牽引力為

其中：η1為單個(gè)導(dǎo)向滑輪效率，m為主動(dòng)端牽引繩到小車(chē)所通過(guò)的滑輪數(shù)量。

穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的牽引扭矩為

其中：D為驅(qū)動(dòng)卷筒直徑，η2為卷筒效率，η3為減速機(jī)效率。

穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率為

其中：P為驅(qū)動(dòng)功率，k W；n為卷筒轉(zhuǎn)速；v為變幅速度，m/m in。

由以上公式可知，驅(qū)動(dòng)功率為

4 實(shí)例分析

4.1 尖頭塔機(jī)

某系列尖頭塔機(jī)（額定起重量60t、80t、100t），變幅速度為v=30m/m in，小車(chē)軌道坡度α=1°，塔機(jī)各種阻力及功率大小對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可知：①不同額定起重量的尖頭塔機(jī)各載荷阻力所占的比例大致不變，起升繩阻力最大，約占50%，其次是坡道阻力，約占20%；摩擦阻力約占15%，迎風(fēng)阻力和牽引繩下垂阻力最?。虎谄鹕K阻力對(duì)變幅功率的影響最大，減小起升繩阻力對(duì)降低變幅功率的效果最明顯；③起升繩阻力的優(yōu)化。

表1 尖頭塔機(jī)各牽引阻力及功率對(duì)比表

在起升繩阻力公式中，載荷FQ、FG固定不變，設(shè)計(jì)階段能夠選擇的是滑輪組倍率α，為考察倍率對(duì)起升繩阻力的影響，取φα=(Kα+1-1)/α，則Fh=(FQ+FG)φα不同倍率對(duì)應(yīng)的φα值不同，倍率對(duì)起升繩阻力的影響見(jiàn)表2。

表2 倍率對(duì)起升繩阻力的影響

由表2可知，起升滑輪組選擇8倍率最理想，此時(shí)起升繩阻力最小，推薦倍率為6、8、10。選擇2倍率時(shí)起升繩阻力最大，倍率大于8時(shí)滑輪組效率較低。

4.2 平頭塔機(jī)

某系列平頭塔機(jī)（額定起重量60t、80t、100t），變幅速度為v=30m/m in，小車(chē)軌道坡度α=2°，塔機(jī)各種阻力及功率大小對(duì)比見(jiàn)表3。

平頭塔機(jī)變幅功率的計(jì)算與尖頭塔機(jī)相同，但某些參數(shù)取值不同。

表3 平頭塔機(jī)各牽引阻力及功率對(duì)比表

平臂塔機(jī)臂架都設(shè)置有上翹度，以保證在最大載荷和力矩作用下臂架接近水平，確保安全。但平頭塔機(jī)和尖頭塔機(jī)臂架因受力形式不同，其上翹度也不同。

尖頭塔機(jī)通常有兩道斜拉桿設(shè)置在臂架中，靠拉桿的長(zhǎng)短保證起重臂的上翹度，平頭塔機(jī)無(wú)斜拉桿，臂架懸臂布置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了受載時(shí)，平頭塔機(jī)臂架下?lián)弦蠛芏?。所以平頭塔機(jī)臂架制作時(shí)要設(shè)置更大的上翹。

在自重和吊重載荷作用下，塔身、回轉(zhuǎn)塔身和臂架受載變形，臂架的上翹度減小，最終形成運(yùn)行小車(chē)的軌道坡度。吊重在不同位置（不同力矩）時(shí)，軌道坡度是變化的。當(dāng)最大力矩時(shí)，軌道坡度最小，此時(shí)小車(chē)處的臂架接近水平；當(dāng)小幅度時(shí)，臂架下?lián)闲?，軌道坡度大，坡道阻力隨之增大。平頭塔機(jī)最大變幅阻力工況為最小幅度、滿載、迎風(fēng)、爬大坡。

由表1、表3可知：①不同額定起重量的平頭塔機(jī)各載荷阻力所占的比例大致不變，起升繩阻力最大，約占40%，其次是坡道阻力，約占36%，摩擦阻力約占12%，迎風(fēng)阻力和牽引繩下垂阻力最?。虎谕阮~定起重量時(shí)，平頭塔機(jī)的摩擦阻力、迎風(fēng)阻力、起升繩阻力、牽引繩下垂阻力和尖頭塔機(jī)對(duì)應(yīng)的阻力相同；③同等額定起重量時(shí)，平頭塔機(jī)的坡道阻力是尖頭塔機(jī)坡道阻力的2倍左右；④相同噸位時(shí)，平頭塔機(jī)的牽引阻力和變幅功率比尖頭塔機(jī)大得多，從變幅功率角度分析，大噸位時(shí)選用尖頭塔機(jī)更加經(jīng)濟(jì)合理。 O

5 結(jié) 語(yǔ)

1）起升繩阻力對(duì)平臂塔機(jī)變幅功率的影響最大。

2）同等噸位時(shí)，平頭塔機(jī)的摩擦阻力、迎風(fēng)阻力、起升繩阻力、牽引繩下垂阻力和尖頭塔機(jī)對(duì)應(yīng)的阻力相同。

3）平頭塔機(jī)的臂架設(shè)置有更大的上翹度，坡道阻力更大，相同噸位時(shí)，平頭塔機(jī)的牽引阻力和變幅功率比尖頭塔機(jī)大很多。 O

[1] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2] 柳江坤，潘志毅，蔡福海，等.平頭塔式起重機(jī)起重臂設(shè)計(jì)的計(jì)算工況研究[J].建筑機(jī)械技術(shù)與管理，2012，（11）：122-124.

[3] 李鵬舉，王永新.動(dòng)臂塔式起重機(jī)變幅力的計(jì)算[J].建筑機(jī)械化，2009，（9）：52-54.

[4] 袁尉卿，程海濤，趙 林.平頭塔式起重機(jī)起重臂上翹量值探討[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2014，（3）：87-89.