董富祥，楊棋劍

（浙江麒龍起重機械有限公司，浙江 紹興312043）

1　管樁起重機的工況特點及配置防傾斜擺臂的必要性

混凝土管樁生產(chǎn)采用流水線循環(huán)生產(chǎn)布置，配置在流水線上的管樁起重機大車運行速度很快。由于追求高產(chǎn)量，所以起重機司機操作比較急躁，普遍存在將大車運行機構(gòu)的制動器放松后，采用打反向運行的制動方式停車。這種操作使起重機產(chǎn)生較大的慣性力，傳統(tǒng)擺臂對小車產(chǎn)生一個較大的彎矩，可能使小車發(fā)生傾轉(zhuǎn)，影響安全。

管樁起重機，如圖1所示，采用雙梁雙小車橋式起重機型式，在吊鉤下面懸掛自動夾具吊梁，吊梁下方布置卡式自動夾具。自動夾具接觸管模跑輪的瞬間，由于吊梁中心線與管模中心線存在一定的偏移，導(dǎo)致自動夾具會沿著跑輪的圓弧下滑進(jìn)而吊梁產(chǎn)生傾斜，在吊梁傾斜的狀態(tài)下起重機司機就無法夾持管模，所以必須配置防止吊梁傾斜的擺臂，滿足迅速夾持管模的作業(yè)要求。起重機主要技術(shù)參數(shù)如下：整機工作級別為A7～A8，操作型式室操，起重量按“管樁+管?！敝亓靠蛇x 8 t+8 t、10 t+10 t、16 t+16 t、20 t+20 t，起升速度 13～15 m/min，小車速度 40 m/min，大車速度110～120 m/min.

圖1　管樁生產(chǎn)專用起重機總圖

2　傳統(tǒng)防傾斜擺臂的結(jié)構(gòu)及設(shè)計缺陷

2.1　傳統(tǒng)防傾斜擺臂上部結(jié)構(gòu)型式

如圖2所示，傳統(tǒng)防傾斜擺臂上部結(jié)構(gòu)型式為單向（僅為起升方向可運動，大車運行方向為剛性聯(lián)接）鉸接型式，該結(jié)構(gòu)型式雖然在防傾斜原理上是簡單明了的，但是，當(dāng)起重機滿載時（管樁+管模+夾具吊梁）的重量，在大車高速運行時，突然反向運行的制動方式下（管樁生產(chǎn)特有的惡劣操作方式），加（減）速度相當(dāng)于正常運行時的2倍，大車的慣性力很大。此種結(jié)構(gòu)因為小車下部的防傾斜擺臂上支座與銷軸座之間在大車運行方向為不可運動的剛性聯(lián)接（通常為焊接），大車慣性力對小車產(chǎn)生的彎矩較大，在突然大車反向運行制動的瞬間會導(dǎo)致整臺小車產(chǎn)生側(cè)翻、脫軌[1]的事故，嚴(yán)重影響起重機作業(yè)安全。同時，鉸軸座和防傾斜擺臂上支座的焊縫處由于大車慣性力產(chǎn)生的彎矩很大，經(jīng)常會發(fā)生焊縫斷裂或者焊縫應(yīng)變區(qū)的鋼板母材撕裂，所以此擺臂的結(jié)構(gòu)型式存在明顯的安全隱患，不能滿足管樁生產(chǎn)的實際需要。

圖2　傳統(tǒng)擺臂

2.2　分析計算

以QE10t+10t管樁起重機為例，滿載（管樁+管模+吊梁）起重量Q為20 t，小車自重G為3.3 t，小車軌距L為2 m，吊梁下滿載時的重心與小車軌道頂面的高度差H=10 m，大車運行速度110 m/min，查起重機設(shè)計手冊[2]，可知，加（減）速度a選擇為0.47 m/s2.

如圖3所示，大車在吊梁滿載時，管樁、管模和吊梁產(chǎn)生的慣性力[2]：

P慣=1.5ma=28 200 N（由于直接反向運行操作，此時的a為正常值的2倍）

由管樁、管模和吊梁在大車運行反向制動時所產(chǎn)生的慣性力，通過防傾斜擺臂，對小車產(chǎn)生一個相當(dāng)大的彎矩[3]：

M慣=P慣·H=282 000 N·m

兩臺小車滿載時同一側(cè)小車軌道上的4只輪子的輪壓：

4P壓=（Q+2G）/2=13 300 kg

兩臺小車同一側(cè)小車軌道上的4個車輪對防傾斜擺臂所產(chǎn)生的反抗彎矩[3]：

M抗=4P壓·L=260 680 N·m

因M慣＞M抗，所以小車會產(chǎn)生側(cè)翻脫軌（計算結(jié)果和實際發(fā)生的情況是相符的），傳統(tǒng)防傾斜擺臂嚴(yán)重存在安全隱患。

圖3　傳統(tǒng)擺臂大車反向制動時力學(xué)模型圖

3　創(chuàng)新設(shè)計雙向鉸接式防傾斜擺臂

3.1　雙向鉸接式擺臂上部結(jié)構(gòu)型式

如圖4所示，雙向鉸接式防傾斜擺臂上部垂直雙向鉸接型式。和傳統(tǒng)防傾斜擺臂的結(jié)構(gòu)比較，增加了圖3的2零件鉸軸一，傳統(tǒng)上部結(jié)構(gòu)的剛性聯(lián)接改成了鉸接式聯(lián)接。管樁生產(chǎn)所要求的防傾斜擺臂作用，主要是為了自動夾具接觸到管模跑輪的瞬間不能出現(xiàn)夾具沿著管模跑輪的圓弧下滑進(jìn)而發(fā)生吊梁傾斜。如果沒有防傾斜擺臂，由于吊鉤鋼絲繩是柔性的，在大車運行方向上夾具吊梁中心線與管模的中心線或多或少的會存在一定的偏移量，就會自然而然發(fā)生夾具吊梁傾斜的情況，吊梁傾斜就會導(dǎo)致起重機司機無法夾持管模，嚴(yán)重影響管樁的生產(chǎn)效率。

圖4　雙向鉸接式防傾斜擺臂上部結(jié)構(gòu)型式

當(dāng)?shù)趿簼M載時，大車反向制動操作時大車的慣性力很大，采用了雙向鉸接式防傾斜擺臂就能夠通過吊梁、擺臂和管模一起圍繞鉸軸一擺動，從而消耗掉由大車慣性力產(chǎn)生的彎矩，徹底消除了傳統(tǒng)擺臂的設(shè)計缺陷。同時，夾具吊梁通過本身設(shè)置的導(dǎo)板定位裝置迅速定位在管模上，夾具吊梁的中心線與管模的中心線的偏移量一般能夠控制在±30 mm以內(nèi)，由此偏移傳遞給小車的水平力很小，不足以導(dǎo)致小車在主梁軌道上產(chǎn)生位移。所以，吊梁在防傾斜擺臂的作用下不會產(chǎn)生傾斜或傾倒，雙向鉸接式防傾斜擺臂在管樁生產(chǎn)中迅速夾持管模發(fā)揮了很大的作用。

3.2　分析計算

圖5是夾具吊梁和管模偏移示意圖。夾具吊梁中心線與管模的中心線存在的偏移量e，夾具對吊梁產(chǎn)生F向的水平推力，該推力通過擺臂傳遞到小車上，使得小車受到C向的水平推力。

圖5　夾具吊梁和管模偏移示意圖

現(xiàn)以QE10t+10t管樁起重機為例，滿載(管樁+管模+吊梁)起重量Q為20 t，小車自重G為3.3 t/只 ×2只，吊梁下滿載時的重心與小車軌道頂面的高度差H=10 m，夾具吊梁中心線與管模的中心線存在的偏移量e控制在≤30 mm（計算取e=30 mm）。

吊梁滿載時，吊梁由于中心偏移產(chǎn)生的對小車的水平力Fx[3]：

當(dāng)夾具接觸管模時，按起重量為零時考慮兩只小車位移所需的水平力[Fx][3]：

Fx＜[Fx]，所以，水平力Fx不足以能讓小車產(chǎn)生水平位移。由此可見，防傾斜擺臂的作用是可靠有效的。

4　雙向鉸接式防傾斜擺臂的使用效果

本創(chuàng)新設(shè)計雙向鉸接式防傾斜擺臂應(yīng)用后的管樁起重機，已經(jīng)過許多管樁廠的實際生產(chǎn)檢驗，防傾斜效果好，生產(chǎn)效率高，并且安全可靠，使用壽命長。

5　結(jié)束語

防傾斜擺臂作為管樁起重機提高生產(chǎn)效率和安全性的裝置，其作用十分重要，傳統(tǒng)的防傾斜擺臂又存在很大的安全隱患。本文論述的創(chuàng)新設(shè)計，防傾斜擺臂與上支座采用雙向鉸接的型式，能廣泛的應(yīng)用于各種管樁生產(chǎn)起重機，解決了生產(chǎn)效率與安全性的難題。