鄭 興，趙 林，黎維民，夏明全，周曉榮

（重慶長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械制造有限責(zé)任公司，重慶 400037）

當(dāng)?shù)跹b高度大于塔機(jī)在獨(dú)立狀態(tài)下（無(wú)附著）的最大吊裝高度時(shí)，必須對(duì)塔機(jī)安裝附著裝置進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。塔機(jī)的附著裝置有三桿式和四桿式，在計(jì)算附著桿的內(nèi)力時(shí)需要兩項(xiàng)重要參數(shù)：水平力和扭矩。當(dāng)前很多塔機(jī)制造廠在塔機(jī)使用說(shuō)明書中沒(méi)有提供這兩項(xiàng)參數(shù)，或者對(duì)這兩項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算方法不盡相同。一種方法是直接利用基礎(chǔ)載荷里面的水平力和扭矩，但該水平力是用來(lái)計(jì)算塔機(jī)抗傾覆穩(wěn)定的；另一種方法是在工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)下水平力計(jì)算時(shí)風(fēng)的方向均沿起重臂軸線方向，扭矩計(jì)算按照回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)功率確定，這樣得出的水平力和扭矩均不是最大值。這兩項(xiàng)參數(shù)的不確定性給塔機(jī)在進(jìn)行附著設(shè)計(jì)時(shí)帶來(lái)很大的困難。本公司在計(jì)算水平力和扭矩時(shí)將塔機(jī)的附著狀態(tài)簡(jiǎn)化為一端固定的多跨連續(xù)外伸梁（見(jiàn)圖1），附著桿的內(nèi)力等效為連續(xù)梁的支座反力，從起重平面和回轉(zhuǎn)平面兩個(gè)方向分析，然后將兩個(gè)方向的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合成，即是塔機(jī)在使用過(guò)程中附著裝置實(shí)際受到的作用。本文將詳細(xì)介紹水平力與扭矩的計(jì)算方法，供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 水平力計(jì)算

1.1 模型簡(jiǎn)化

圖1 塔機(jī)附著立面圖

塔機(jī)在附著狀態(tài)時(shí)，塔身的力學(xué)模型可視為一端固定的多跨連續(xù)外伸梁，塔機(jī)附著裝置可視為支座鏈桿，最高一道附著裝置承受的載荷最大。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可按只安裝了一道附著裝置的力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。L為附著裝置以上塔身的懸伸高度，LH為附著裝置至基礎(chǔ)面的距離，這樣就將求附著裝置的水平力轉(zhuǎn)化為求梁的支座鏈桿反力（見(jiàn)圖2）。

圖2 附著裝置力學(xué)模型簡(jiǎn)化示意圖

1.2 水平力計(jì)算

1.2.1 工作狀態(tài)

塔機(jī)工作狀態(tài)下，起重臂軸線位于塔身對(duì)角線方位在最大工作幅度起吊額定載荷，風(fēng)荷載垂直于起重臂軸線。起重載荷和風(fēng)載荷對(duì)支座鏈桿產(chǎn)生起重平面與回轉(zhuǎn)平面的反力，這兩個(gè)反力在附著框架水平投影面內(nèi)互為90°（見(jiàn)圖3）。

圖3 工作狀態(tài)風(fēng)荷載加載示意圖

為計(jì)算方便，將水平面內(nèi)互為90°的兩支座鏈桿反力分別計(jì)算。

（1）回轉(zhuǎn)平面鏈桿支座反力。

回轉(zhuǎn)平面的荷載分解為3種狀況，各狀況下鏈桿支座反力（軸力）RL計(jì)算式如下：

狀況1（見(jiàn)圖4）：垂直于起重臂軸線的風(fēng)力對(duì)附著裝置以上的部件（塔頂、起重臂、平衡臂、回轉(zhuǎn)塔身、上下支座、套架，不含塔身）產(chǎn)生的水平力Fω對(duì)支座鏈桿的反力

RL4—— 塔機(jī)結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的起重平面方向的不平衡力矩對(duì)支座鏈桿的反力。為保證強(qiáng)風(fēng)下的安全，不考慮折減系數(shù)。

兩種方法計(jì)算的扭矩差別很大。表1是重慶長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械制造有限責(zé)任公司兩種型號(hào)的塔機(jī)按兩種方法計(jì)算扭矩得到的結(jié)果，該表所列塔機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均采用兩臺(tái)3.7kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)；表2為其他廠家的塔機(jī)（情況類似）按回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)功率和回轉(zhuǎn)速度計(jì)算的扭矩，也比說(shuō)明書提供的扭矩小很多。

表1 重慶長(zhǎng)風(fēng)制造廠部分塔機(jī)型號(hào)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)

表2 其他制造廠部分塔機(jī)型號(hào)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)

兩種計(jì)算方式的計(jì)算結(jié)果發(fā)生差異的原因是對(duì)風(fēng)載荷的取值不同。附著裝置的扭矩即為塔機(jī)的回轉(zhuǎn)等效阻力矩?；剞D(zhuǎn)等效阻力矩Meq包括3項(xiàng)之和：回轉(zhuǎn)支承摩擦阻力矩+正常工作狀態(tài)等效風(fēng)阻力矩+等效坡道阻力矩。其中結(jié)構(gòu)和吊重的等效風(fēng)阻力矩Pw占的權(quán)重最大，作用的方位在回轉(zhuǎn)平面，風(fēng)載荷垂直于起重臂軸線。

根據(jù)GB/T13752—2017《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.3.3.1.1工作狀態(tài)風(fēng)載荷的估算，垂直作用在塔機(jī)構(gòu)件軸線上的風(fēng)載荷按式（10）計(jì)算：

驗(yàn)算塔機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)Pw1=PwCA；

驗(yàn)算起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力時(shí)Pw2=εjPwCA，εj=0.7；

驗(yàn)算控制運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力時(shí)Pw3=εmPwCA，εm=0.37。

按公式（1）計(jì)算的電機(jī)功率，其風(fēng)載阻力矩是按驗(yàn)算控制運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力時(shí)的系數(shù)取值，該系數(shù)為結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)風(fēng)阻力矩系數(shù)的0.37倍。按公式（2）計(jì)算的扭矩必然比按驗(yàn)算結(jié)構(gòu)時(shí)得到的扭矩小很多。

按回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)選型計(jì)算的扭矩比按驗(yàn)算結(jié)構(gòu)時(shí)得到的扭矩小很多但卻能滿足塔機(jī)的正常工作，是因?yàn)樗C(jī)在工作中遇到風(fēng)壓值達(dá)到250Pa的幾率很小，回轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力能夠滿足。即使在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)偶遇風(fēng)壓250Pa，電機(jī)有短時(shí)超載能力，回轉(zhuǎn)電機(jī)的最大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2～2.8倍，能提供正常工作狀態(tài)風(fēng)力作用下起動(dòng)和控制運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

附著裝置是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的組成部分，我們認(rèn)為應(yīng)按驗(yàn)算塔機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)的風(fēng)載荷取值，同時(shí)考慮起、制動(dòng)慣性力，也就是應(yīng)按結(jié)構(gòu)計(jì)算出的扭矩作為附著裝置的扭矩，這樣偏于安全。同樣，也考慮塔機(jī)在實(shí)際工作狀態(tài)，起重臂迎風(fēng)起動(dòng)、制動(dòng)和回轉(zhuǎn)過(guò)程中最大風(fēng)壓值（pω=250Pa）同時(shí)出現(xiàn)的概率很小，可將附著裝置的扭矩按結(jié)構(gòu)計(jì)算值乘以系數(shù)0.9予以折減。

綜上所述，塔機(jī)在工作狀態(tài)，附著裝置的水平力按沿起重臂和垂直起重臂兩個(gè)方位分別計(jì)算，然后求矢量和。附著裝置的扭矩按結(jié)構(gòu)計(jì)算的扭矩取值。在非工作狀態(tài)，附著裝置的水平力只按風(fēng)向沿起重臂軸線方位計(jì)算，回轉(zhuǎn)扭矩為零。