倪孝慶

摘要：塔式起重機廣泛運用于工業(yè)與民用建筑中，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著非常大的作用。同時，塔式起重機作為一種機電類特種設(shè)備，其安全性、可靠性也一直是各個塔式起重機設(shè)計制造使用管理單位關(guān)注的重點。本文簡要介紹了國內(nèi)塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀，重點介紹了在塔式起重機結(jié)構(gòu)剛性方面的研究情況，以及動態(tài)優(yōu)化在塔式起重機中的應(yīng)用情況。針對目前塔式起重機結(jié)構(gòu)剛度及動態(tài)特性方面的特點，分析了典型塔式起重機的結(jié)構(gòu)剛度，提出了一種對塔機進行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計的思路。

關(guān)鍵詞：塔式起重機 結(jié)構(gòu)剛度 動態(tài)優(yōu)化

引言

塔式起重機隸屬于特種設(shè)備目錄里的起重機械，是一種回轉(zhuǎn)式的起重設(shè)備。塔式起重機的作業(yè)空間大，作業(yè)范圍廣，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。隨著房地產(chǎn)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國的塔式起重機行業(yè)也越來越繁榮，尤其是自主品牌的塔機已經(jīng)成為了國內(nèi)塔機市場的主角，在滿足了國內(nèi)工程需要的情況下，部分塔機也已遠銷國際市場，參與到了世界大型項目的建設(shè)中。

1.我國塔式起重機發(fā)展概況

我國從1954年試制出第一臺TQ2-6型塔式起重機以來，塔式起重機的自主生產(chǎn)已有超過50年的歷史了。前30年的發(fā)展處于緩慢的起步階段，真正快速發(fā)展是近20年的事。在80年代初期，我國塔式起重機有了行業(yè)組織，有了科研計劃，組織了標準編制，使產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)有章可循，這是塔式起重機近20年發(fā)展迅速的重要條件。到目前為止，我國塔式起重機的生產(chǎn)廠家接近400家，年產(chǎn)大大小小的塔機以將近1萬臺，年產(chǎn)值接近30個億，從業(yè)人員已達到10萬多人，生產(chǎn)各種規(guī)模塔機已有18種之多。在今后的一段時期里，塔式起重機行業(yè)仍將處于穩(wěn)健發(fā)展時期。在產(chǎn)品品種方面將向大型化和微小型發(fā)面發(fā)展；在技術(shù)性能方面將向數(shù)字化、智能化和機電一體化方向發(fā)展；在結(jié)構(gòu)形式方面將會發(fā)展一機多用的塔機，如吊重、布料、高空作業(yè)集為一體的塔式起重機，要加大力度研究解決高性能、高技術(shù)含量、高可靠性的塔機，最大程度的降低塔機事故率。

2. 塔式起重機結(jié)構(gòu)剛性與動態(tài)優(yōu)化

在物理學的定義中，所謂剛性是指兩個物體相碰撞不發(fā)生變形的能力，而在工業(yè)領(lǐng)域，剛性是指構(gòu)件在靜力負荷作用下，抵抗變形的能力。具體到起重機行業(yè)，GB/T3811-83《起重機設(shè)計規(guī)范》將起重機的剛性分為靜態(tài)剛性和動態(tài)剛性，其中靜態(tài)剛性是這樣描述的：規(guī)定的載荷作用于指定位置時，結(jié)構(gòu)在某一位置處的靜態(tài)彈性變形量。標準中亦規(guī)定，對于塔式起重機一般不做動態(tài)剛性的校核，當用戶或者設(shè)計者本身對此有特殊要求時，可進行校核。因此，我們所要重點研究的起重機結(jié)構(gòu)剛性即為起重機的靜態(tài)剛性，對于塔式起重機的動態(tài)剛性，則用在建立在靜態(tài)剛性基礎(chǔ)上的動態(tài)優(yōu)化方法進行分析。

GB/T3811-83《起重機設(shè)計規(guī)范》對塔式起重機的靜態(tài)剛性做了量化的要求：塔式起重機在額定起升載荷的作用下，塔身在臂架連接處的水平靜位移應(yīng)不大于H/100，H為塔身在臂架連接處據(jù)地面或軌面（對附著式塔式起重機應(yīng)為最高一個附著點）的垂直距離。由塔式起重機靜態(tài)剛性的定義及標準要求可知，靜態(tài)剛性是塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)的一個力學性能，結(jié)構(gòu)剛性的分析，即為起重機金屬結(jié)構(gòu)受力過程的分析，也是起重機金屬結(jié)構(gòu)可靠性分析。

3. 塔式起重機結(jié)構(gòu)剛性分析

塔式起重機工作時會受到基本載荷、附加載荷、特殊載荷和其它載荷等四種載荷的作用，在進行金屬結(jié)構(gòu)分析時，應(yīng)按塔式起重機的類型、使用環(huán)境和作業(yè)工況選取可能出現(xiàn)的載荷組合情況。對于金屬結(jié)構(gòu)剛性分析，應(yīng)選用考慮基本載荷和附加載荷同時作用的情況，它包括塔式起重機在容許的最繁重使用條件下的各種最大載荷，其中包括自重、起升載荷、猛烈啟動或制動產(chǎn)生的慣性載荷、工作狀態(tài)下的最大載荷、水平側(cè)向載荷等。這些載荷組合作用在塔式起重機上時，吊臂端、前吊點、前后吊點中間、后吊點和靠近根部等五個節(jié)點位置為典型受力位置。將組合后的力平均分布到各部件相應(yīng)的節(jié)點上，對塔式起重機進行靜力學分析。當?shù)踔卦诘醣鄱颂帟r，前吊點上弦桿受最大拉應(yīng)力；當?shù)踔卦谇暗觞c處時，后吊點上弦桿受最大拉應(yīng)力；當?shù)踔卦谇昂蟮觞c中間處時，后吊點上弦桿受最大拉應(yīng)力；當?shù)踔卦诤蟮觞c處時，腹桿受最大拉應(yīng)力；當?shù)踔卦诳拷刻帟r，吊重處的腹桿受最大拉應(yīng)力。從以上五個典型受力位置的分析中可以看出，當載荷在前后吊點中間點時受力狀態(tài)最差，為最危險工況。

4. 基于靜態(tài)剛性分析的動態(tài)優(yōu)化方法

塔式起重機的動態(tài)剛性對塔式起重機動態(tài)特性影響最大的參數(shù)，其定義是塔身在水平方向的振動頻率。雖然目前我國的設(shè)計標準并不強制要求對動態(tài)剛性進行校核，但這是塔式起重機械設(shè)計的未來發(fā)展方向。基于靜態(tài)剛性分析的動態(tài)優(yōu)化方法是指在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，對滿足性能要求的初步設(shè)計進行動力學分析，逆向得到結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而得到一個擁有良好的動、靜態(tài)剛性的塔式起重機。

5.總結(jié)

塔式起重機的安全性一直是相關(guān)設(shè)計單位、制造單位、使用單位及監(jiān)督管理檢驗檢測單位特別關(guān)注的問題，如何分析塔式起重機的受力情況以及如何評價塔式起重機的安全狀況是大家共同追求的目標。本文分析了塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)的靜態(tài)剛度，提出了基于靜態(tài)剛性分析的動態(tài)優(yōu)化方法，彌補了塔式起重機安全評價方法理論數(shù)據(jù)支撐的不足，達到了分析研究塔式起重機剛度的目的，對提高塔式起重機的安全性，增加起重機的可靠性有一定的作用。

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