田 源

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

在我國(guó)，山地風(fēng)能資源十分豐富，是建設(shè)風(fēng)場(chǎng)的首選地區(qū)之一，也是風(fēng)電吊裝發(fā)展的重點(diǎn)市場(chǎng)[1]。市場(chǎng)上現(xiàn)有的履帶式桁架臂起重機(jī)及全地面桁架式起重機(jī)，其接臂方式大多為桅桿或超起桅桿通過(guò)拉板形式在臂架底節(jié)處連接，其它臂節(jié)通過(guò)兩臺(tái)輔助吊共同抬吊逐一安裝或整體安裝其它臂節(jié)，這種安裝方式組裝效率低、拆裝成本高、在山地風(fēng)場(chǎng)使用有一定的局限性。

為了增強(qiáng)桁架臂起重機(jī)對(duì)山地風(fēng)場(chǎng)的適應(yīng)性，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，特針對(duì)大臂長(zhǎng)桁架臂進(jìn)行山地風(fēng)電吊裝適應(yīng)型改進(jìn)。在臂架拆裝過(guò)程中增加懸空接臂功能，旨在解決在山地風(fēng)場(chǎng)組裝大臂長(zhǎng)吊臂場(chǎng)地空間不足，場(chǎng)地土建施工成本高，拆裝效率低等問(wèn)題。

1 工況研究對(duì)象

此次懸空接臂研究工況為超起風(fēng)電固臂工況，主臂為組合臂，其長(zhǎng)度為114～147 m，包括主臂底節(jié)、加強(qiáng)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、輕型節(jié)，頂節(jié)、固臂連接頭。風(fēng)電固臂長(zhǎng)度為12 m，超起長(zhǎng)度為37.5 m，如圖1所示，臂架工況表如表1所示。

圖1 臂架組合示意圖

表1 臂架工況表

2 懸空接臂總體思路

在主臂底節(jié)處設(shè)置自拆裝連接板，將超起動(dòng)滑輪處拉板連接在底節(jié)自拆裝板上，將主臂底節(jié)拉至

水平位置，懸空安裝到最大許可吊臂長(zhǎng)度，在最大吊臂處下方支撐使臂架處于水平位置，將變幅拉板在底節(jié)處脫開(kāi)，并將拉板連接至下一臂節(jié)自拆裝節(jié)連接板處，超起變幅卷?yè)P(yáng)收繩，將臂架拉至水平位置，再次進(jìn)行懸空接臂到最大許可長(zhǎng)度，直至安裝完成。懸空接臂自拆裝臂節(jié)的設(shè)置數(shù)量及合理位置的確定、變幅拉板的受力、臂架受力等均通過(guò)Ansys建立懸空接臂的力學(xué)模型進(jìn)行模擬以確定合理約束邊界及加載方式。

3 基于Ansys的懸空接臂有限元計(jì)算

3.1 力學(xué)模型的建立及邊界約束條件的施加

主臂為空間桁架結(jié)構(gòu)，對(duì)于弦桿和腹桿采用梁?jiǎn)卧獦?gòu)建模型，弦桿與腹桿位置以其軸線的位置來(lái)確定。加強(qiáng)部分由板結(jié)構(gòu)組成，因此采用板單元構(gòu)建模型，各板厚度方向的位置以板厚中分面位置來(lái)確定[2-3]，拉板單元類型為L(zhǎng)INK180。主臂底節(jié)根鉸點(diǎn)限制的自由度為UX、UY、UZ、MY、MZ（放開(kāi)繞銷軸旋轉(zhuǎn)約束），超起動(dòng)滑輪處拉板限制的自由度為UX、UY、UZ，重力加速度為9.8 m/s2。因Ansys中力學(xué)模型均為簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)模型，但在實(shí)際中還有很多附件、滑輪、銷軸等，因此模型重量與實(shí)際重量相比有較大出入，而懸空接臂的重力為主要受力，為跟實(shí)際情況吻合，通過(guò)為每節(jié)臂設(shè)置不同密度來(lái)模擬。

3.2 主要計(jì)算內(nèi)容

懸空接臂主要計(jì)算為114～147 m的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，拉板在不同的自拆裝位置時(shí)的最大接臂長(zhǎng)度，其主要步驟為：拉板連接在主臂底節(jié)處時(shí)，計(jì)算一級(jí)最大接臂長(zhǎng)度；拉板連接在一級(jí)計(jì)算最大接臂長(zhǎng)度位置時(shí)，計(jì)算二級(jí)最大接臂長(zhǎng)度；拉板連接在二級(jí)計(jì)算位置時(shí)，計(jì)算三級(jí)最大接臂長(zhǎng)度；直至懸空接臂完成。

圖2 拉板接至主臂底節(jié)時(shí)臂架位移（mm）云圖

圖3 拉板接至主臂底節(jié)時(shí)臂架應(yīng)力（MPa）云圖

3.3 懸空接臂有限元分析結(jié)果

1）拉板連接在主臂底節(jié)處時(shí)，計(jì)算一級(jí)最大接臂長(zhǎng)度，其最終計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3所示。經(jīng)有限元計(jì)算，拉板連接在主臂底節(jié)時(shí)，最大接臂長(zhǎng)度為62m。

2）拉板連接在62 m處時(shí)，計(jì)算二級(jí)最大接臂長(zhǎng)度，其最終計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。經(jīng)有限元計(jì)算，拉板連接在62 m處時(shí)，其二級(jí)最大接臂長(zhǎng)度為134 m（不帶臂頭），或?yàn)?20 m+12 m（帶固定風(fēng)電臂、撐桿及前后拉板），或?yàn)?35 m（帶固定連接頭）。因篇幅有限，下圖顯示的是二級(jí)接臂長(zhǎng)度為135 m（帶固定連接頭）。

圖4 拉板連接至62 m處時(shí)臂架位移（mm）云圖

圖5 拉板連接至62 m處時(shí)臂架應(yīng)力（MPa）云圖

3）拉板連接至86 m處時(shí)，計(jì)算三級(jí)最大接臂長(zhǎng)度，其最終計(jì)算結(jié)果如圖6、圖7所示。經(jīng)有限元計(jì)算，拉板連接在86 m處時(shí)，其三級(jí)最大接臂長(zhǎng)度為135 m（帶固定連接頭），或?yàn)?35 m+12 m（帶固定風(fēng)電臂、撐桿及前后拉板）。因篇幅有限，圖6、圖7顯示的是三級(jí)接臂長(zhǎng)度為135 m+12 m。

圖6 拉板連接至86 m處時(shí)臂架位移（mm）云圖

4 不同臂長(zhǎng)下超起風(fēng)電固臂工況懸空接臂解決方案

根據(jù)有限元分析結(jié)果，對(duì)于114～120 m懸空接臂，需通過(guò)兩次拉板變換位置，即底節(jié)與62 m處的3 m自拆裝節(jié)，即可完成主臂+固臂的安裝；對(duì)于123～135 m懸空接臂，需通過(guò)三次拉板變換位置，即底節(jié)、62 m處的3 m自拆裝節(jié)、86 m處的12 m自拆裝節(jié)，即可完成主臂+固臂的安裝；對(duì)于123～135 m懸空接臂，需通過(guò)三次拉板變換位置，即底節(jié)、62 m處的3 m自拆裝節(jié)、86 m處的12 m自拆裝節(jié)，即可完成主臂的安裝，固臂需要單獨(dú)安裝。

圖7 拉板連接至86 m處時(shí)臂架應(yīng)力（MPa）云圖

5 結(jié)論

本研究以公司生產(chǎn)的TZL750全地面桁架臂起重機(jī)為原型，對(duì)其主臂+固定副臂的懸空接臂方法進(jìn)行研究，旨在解決當(dāng)風(fēng)機(jī)位于山地型風(fēng)場(chǎng)時(shí)因地面凹凸不平造成增加的大量土建工程及臂架組裝效率低下的問(wèn)題。懸空接臂技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以節(jié)約組裝場(chǎng)地，節(jié)約吊裝成本，還可在小轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)帶底節(jié)整體移動(dòng)，大大地提高了拆裝效率。