李 蕾/LI Lei（山東國弘重工機(jī)械有限公司，山東 淄博 256401）

動臂塔機(jī)力矩限制器最佳安裝位置的確定

李 蕾/LI Lei
（山東國弘重工機(jī)械有限公司，山東 淄博 256401）

[摘 要]討論兩種力矩限制器在動臂式塔機(jī)上的最佳安裝位置，通過工程力學(xué)的定性分析和有限元方法的定量計(jì)算，確定動臂塔機(jī)結(jié)構(gòu)上的幾個最靈敏位置，并且根據(jù)力矩限制器的工作特性，判斷最佳安裝位置。

[關(guān)鍵詞]塔式起重機(jī)；動臂式；力矩限制器；安裝位置；有限元

塔機(jī)的起重力矩限制器用來限制塔機(jī)塔身受到的極限力矩，防止塔機(jī)超載。根據(jù)起重力矩限制器的工作原理，分為拉伸式和壓縮式兩種常見的類型。本文主要探討此兩種限制器在動臂塔機(jī)上的最佳安裝位置。

1 限制器理想安裝位置的理論分析

如不考慮調(diào)試方便與否，力矩限制器的理想安裝位置，應(yīng)該在塔機(jī)滿載前后該處變形量最明顯，此處提及的變形量應(yīng)以單位長度內(nèi)的位移(應(yīng)變)來衡量。塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)大多屬于梁構(gòu)件，為此我們尋求應(yīng)變變化最敏感的梁，視為力矩限制器的安裝位置。

彈性范圍內(nèi)工作的塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)符合胡克定律

由胡克定律可知，應(yīng)變與應(yīng)力為正比關(guān)系，所以應(yīng)變變化最敏感的位置便是應(yīng)力變化最明顯之處，在保證操作方便的同時，應(yīng)該選用應(yīng)力變化最敏感之處作為力矩限制器的安裝位置。

2 在動臂塔機(jī)上最理想安裝位置的探索

2.1 動臂塔機(jī)的常見結(jié)構(gòu)形式

圖1 動臂塔機(jī)的常見結(jié)構(gòu)形式（最小工作半徑）

圖2 動臂塔機(jī)的常見結(jié)構(gòu)形式（最大工作半徑）

如圖1和圖2所示，部件1、2、3、4可以近似看作二力桿，均勻承受軸力，部件5可以近似看作懸臂梁，主要承受彎矩，其根部彎矩最大。

2.2 力矩限制器最佳位置的理論判斷

由結(jié)構(gòu)力學(xué)可以初步判斷，當(dāng)空載最小幅度時（圖1），二力桿1、2、3、4承受著或拉或壓的輕微軸力，可以近似認(rèn)為應(yīng)力為0，梁5則近似看成懸臂梁，承受著自重帶來的彎矩，上表面受拉，下表面受壓，主要承受彎曲應(yīng)力。

當(dāng)最大幅度起吊相應(yīng)滿載時（圖2），二力桿1和4受拉，二力桿2和3受壓，懸臂梁5上表面受拉，下表面受壓。

壓縮式力矩限制器屬于受壓時限位的限制器，應(yīng)該安裝于非工作狀態(tài)時受拉而工作時受壓的部位，即二力桿2和3，以及梁5上翼緣板根部；拉伸式力矩限制器屬于受拉時限位的限制器，應(yīng)該安裝于非工作狀態(tài)時受壓而工作時受拉的部位，即二力桿1和4，以及梁5下翼緣板根部。

2.3 有限元方法精確計(jì)算限制器的最佳安裝位置

關(guān)于拉伸式力矩限制器，2.2已經(jīng)初步判定最佳安裝位置是二力桿1和4，以及梁5下翼緣板根部；而關(guān)于壓縮式力矩限制器，判定的是二力桿2和3，以及梁5上翼緣板根部，但尚未確定到底哪處為最佳首選。

下面以筆者公司的D5013塔機(jī)為例，通過有限元方法精確計(jì)算，其有限元模型如圖3所示。

圖3 D5013有限元模型

選擇的對比工況如下。

工況1：無風(fēng)，最小工作半徑（幅度）空載；

工況2：無風(fēng)，最大工作半徑（幅度）起吊對應(yīng)滿載。

通過有限元計(jì)算，工況1下桿1、桿2、桿3、桿4以及梁5上下表面的應(yīng)力如表1所示,工況2下桿1、桿2、桿3、桿4以及梁5上下表面的應(yīng)力如表2所示，結(jié)果驗(yàn)證了2.2的分析。

表1 工況1下各部位應(yīng)力表

表2 工況2下各部位應(yīng)力表

根據(jù)分析，工況2和工況1的應(yīng)力差最大的部位方為力矩限制器理論最佳安裝位置，應(yīng)力差如表3所示。

表3 工況2和工況1各部位應(yīng)力差

由表3所示，梁上表面(平衡臂根部上翼緣板)為壓縮式力矩限制器的最佳安裝位置，其次是桿1；梁下表面(平衡臂根部下翼緣板)為拉伸式力矩限制器的最佳安裝位置，其次是桿1。

3 小 結(jié)

通過工程力學(xué)分析結(jié)合有限元計(jì)算，闡述了動臂塔機(jī)力矩限制器的確定思路，并以D5013動臂式塔機(jī)為例，用該方法確定了壓縮式和拉伸式力矩限制器在該機(jī)型上的最佳安裝位置。結(jié)果表明，在不考慮調(diào)試方便的情況下，平衡臂根部位置上是最理想的選擇，當(dāng)平衡臂根部位置上無法調(diào)試或者難以調(diào)試時，桿1也是比較理想的安裝位置。

[參考文獻(xiàn)]

[1] GB/T 3811—2008，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2] GB/T 13752—1992，塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號］TH212；TH213.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)04-0043-02

［收稿日期］2014-12-17

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