基于一種高度可變的起重機A字架研究

謝繼偉

【摘 要】 目前我國內河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國經濟高速發展的需求，我國內河水運建設與發展實現了歷史性突破，長江沿線及三峽庫區千噸級運輸船的數量不斷增大，但內河航道應急搶險船舶的配套能力落后。目前國內還沒有一艘能滿足內河及三峽庫區閘門通航限高要求，起重能力上千噸級的應急救撈船，一旦發生大噸位沉船、沉物事故，這將給應急搶險打撈及河道運輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應內河通航限高的工程船舶是今后我國內河航道應急搶險船舶發展的必然趨勢。

【關鍵詞】 通航限高 ?起重機 ?A字架 ?三峽庫區 ?高度可變

1 難點分析

設計內河打撈起重船舶時，必須考慮起重機在非工作狀態下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫區建成通航以后，我們內河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內河進入三峽庫區的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標進一步增加了進入內河打撈起重作業船舶的設計難度，起重打撈船舶與普通運輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設備，高度比運輸船大且難以臨時拆卸。起重設備在非工作狀態下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結構高度，A字架是起重機主受力結構。傳統的設計型式為A字形固定結構，其合理的設計高度與設備的起升高度與起重能力等參數相關。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設計高度，會惡化起重機主結構及變幅機構的受力狀態，增加起重機建造成本，甚至帶有基座類型的起重設備在因結構形式的需要，降低A字架高度的措施在結構構造上也無法實現。

為此，要建造大型的能在內河及三峽庫區打撈起重作業的工程船舶，研發一種既在起重機結構構造上能實現且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團股份有限公司根據內河橋梁建設施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號”、400噸“雪浪號”、1000噸“海宇號”船舶起重機及“海威951號”打樁船等系列起重施工設備均滿足內河24米通航限高要求。憑借多年在內河大型起重施工設備積累的設計經驗，我公司針對目前三峽庫區17米的通航限高的要求，成功研發出了一種可以變高的起重機A字架。即起重機起重打撈作業時，A字架呈最高狀態，限高時可通過自身機構變至最低高度。其結構形式及變高原理介紹如下。

2.1 結構設計

如圖1，A字架結構采用四連桿原理設計，為A字形可折疊框架結構。主結構由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態，分為上、下兩段，各關節采用鉸接。起重機通航時A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機的變幅機構、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個階段，第一階段A字架在自重作用對變幅機構鋼絲繩產生張力，通過變幅機構的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態下機房出繩口過大與機房里其他設備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對吊臂產生一個起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對液壓系統的沖擊小，折疊平穩、安全。

3 結束語

基于4連桿原理設計的可變高A字架，結構簡單，受力明確，操作簡單，安全可靠，其變高主要是借助起重設備自身原有機構實現，經濟性能好。此技術已經應用于長江航道局三峽庫區1000噸應急搶險打撈船起重組的設計，成功解決了大型打撈起重設備進入內河、長江沿線及三峽庫區的難題，隨著我國內河水運建設與發展，該技術在打撈、起重等工程船舶上的應用具有廣闊是市場前景。

參考文獻：

[1]GB50139-2011.《內河通航標準》.

[2]GB3811-83.《起重機設計規范》.

[3]中國船級社.《船舶與海上設施起重設備規范》（2007）.人民交通出版社.endprint

【摘 要】 目前我國內河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國經濟高速發展的需求，我國內河水運建設與發展實現了歷史性突破，長江沿線及三峽庫區千噸級運輸船的數量不斷增大，但內河航道應急搶險船舶的配套能力落后。目前國內還沒有一艘能滿足內河及三峽庫區閘門通航限高要求，起重能力上千噸級的應急救撈船，一旦發生大噸位沉船、沉物事故，這將給應急搶險打撈及河道運輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應內河通航限高的工程船舶是今后我國內河航道應急搶險船舶發展的必然趨勢。

【關鍵詞】 通航限高 ?起重機 ?A字架 ?三峽庫區 ?高度可變

1 難點分析

設計內河打撈起重船舶時，必須考慮起重機在非工作狀態下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫區建成通航以后，我們內河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內河進入三峽庫區的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標進一步增加了進入內河打撈起重作業船舶的設計難度，起重打撈船舶與普通運輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設備，高度比運輸船大且難以臨時拆卸。起重設備在非工作狀態下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結構高度，A字架是起重機主受力結構。傳統的設計型式為A字形固定結構，其合理的設計高度與設備的起升高度與起重能力等參數相關。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設計高度，會惡化起重機主結構及變幅機構的受力狀態，增加起重機建造成本，甚至帶有基座類型的起重設備在因結構形式的需要，降低A字架高度的措施在結構構造上也無法實現。

為此，要建造大型的能在內河及三峽庫區打撈起重作業的工程船舶，研發一種既在起重機結構構造上能實現且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團股份有限公司根據內河橋梁建設施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號”、400噸“雪浪號”、1000噸“海宇號”船舶起重機及“海威951號”打樁船等系列起重施工設備均滿足內河24米通航限高要求。憑借多年在內河大型起重施工設備積累的設計經驗，我公司針對目前三峽庫區17米的通航限高的要求，成功研發出了一種可以變高的起重機A字架。即起重機起重打撈作業時，A字架呈最高狀態，限高時可通過自身機構變至最低高度。其結構形式及變高原理介紹如下。

2.1 結構設計

如圖1，A字架結構采用四連桿原理設計，為A字形可折疊框架結構。主結構由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態，分為上、下兩段，各關節采用鉸接。起重機通航時A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機的變幅機構、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個階段，第一階段A字架在自重作用對變幅機構鋼絲繩產生張力，通過變幅機構的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態下機房出繩口過大與機房里其他設備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對吊臂產生一個起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對液壓系統的沖擊小，折疊平穩、安全。

3 結束語

基于4連桿原理設計的可變高A字架，結構簡單，受力明確，操作簡單，安全可靠，其變高主要是借助起重設備自身原有機構實現，經濟性能好。此技術已經應用于長江航道局三峽庫區1000噸應急搶險打撈船起重組的設計，成功解決了大型打撈起重設備進入內河、長江沿線及三峽庫區的難題，隨著我國內河水運建設與發展，該技術在打撈、起重等工程船舶上的應用具有廣闊是市場前景。

參考文獻：

[1]GB50139-2011.《內河通航標準》.

[2]GB3811-83.《起重機設計規范》.

[3]中國船級社.《船舶與海上設施起重設備規范》（2007）.人民交通出版社.endprint

【摘 要】 目前我國內河打撈起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶為主，起重量一般在20噸～200噸。隨著我國經濟高速發展的需求，我國內河水運建設與發展實現了歷史性突破，長江沿線及三峽庫區千噸級運輸船的數量不斷增大，但內河航道應急搶險船舶的配套能力落后。目前國內還沒有一艘能滿足內河及三峽庫區閘門通航限高要求，起重能力上千噸級的應急救撈船，一旦發生大噸位沉船、沉物事故，這將給應急搶險打撈及河道運輸安全帶來巨大的不利影響。因此，研制大型且能適應內河通航限高的工程船舶是今后我國內河航道應急搶險船舶發展的必然趨勢。

【關鍵詞】 通航限高 ?起重機 ?A字架 ?三峽庫區 ?高度可變

1 難點分析

設計內河打撈起重船舶時，必須考慮起重機在非工作狀態下的最大高度以滿足通航限高要求，通航限高是指船舶通過航道的橋梁、閘門等建筑底面距平均水位高度。三峽庫區建成通航以后，我們內河船舶最小通航限高由原來的24米降為17米，即從內河進入三峽庫區的船舶，其通航高度要小于17米。這一指標進一步增加了進入內河打撈起重作業船舶的設計難度，起重打撈船舶與普通運輸船不同，其甲板上裝有用于起重打撈的起重設備，高度比運輸船大且難以臨時拆卸。起重設備在非工作狀態下，甲板面以上的控制高度是其A字架的結構高度，A字架是起重機主受力結構。傳統的設計型式為A字形固定結構，其合理的設計高度與設備的起升高度與起重能力等參數相關。一般起升高度與起重能力越大，A字架相應越高。若為滿足通航限高，只降低A字架設計高度，會惡化起重機主結構及變幅機構的受力狀態，增加起重機建造成本，甚至帶有基座類型的起重設備在因結構形式的需要，降低A字架高度的措施在結構構造上也無法實現。

為此，要建造大型的能在內河及三峽庫區打撈起重作業的工程船舶，研發一種既在起重機結構構造上能實現且受力合理，又能滿足低通航限高要求的A字架，是解決上述問題的關鍵。

2 研究介紹

武橋重工集團股份有限公司根據內河橋梁建設施工需求，近10年先后成功研制的2500噸“小天鵝號”、400噸“雪浪號”、1000噸“海宇號”船舶起重機及“海威951號”打樁船等系列起重施工設備均滿足內河24米通航限高要求。憑借多年在內河大型起重施工設備積累的設計經驗，我公司針對目前三峽庫區17米的通航限高的要求，成功研發出了一種可以變高的起重機A字架。即起重機起重打撈作業時，A字架呈最高狀態，限高時可通過自身機構變至最低高度。其結構形式及變高原理介紹如下。

2.1 結構設計

如圖1，A字架結構采用四連桿原理設計，為A字形可折疊框架結構。主結構由前撐桿和后拉桿組成，后拉桿整體與水平呈80°后傾斜狀態，分為上、下兩段，各關節采用鉸接。起重機通航時A字架可向折疊到下極限位置后，滿足起重機最高處距水面17米限高要求。

2.2 變高原理

如圖2，A字架從最大高度折疊至最低高度是通過起重機的變幅機構、A字架自重、支撐油缸共同作用下完成的。總過程分為兩個階段，第一階段A字架在自重作用對變幅機構鋼絲繩產生張力，通過變幅機構的卷筒放繩讓其自然折疊至前撐桿與水平夾角為15°。第二階段用支撐油缸代替變幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉桿的支撐油缸收縮將其進一步折疊至前撐桿與水平夾角為1°的下極限位置。A字架復原是折疊的逆過程。前撐桿在15°后采用油缸代替變幅力的原因是15°之后隨變幅力平衡A字架自重的力臂減少，變幅力會急劇變大，折疊的安全性可靠性下降。此外，也是避免鋼絲繩在受力狀態下機房出繩口過大與機房里其他設備干涉問題。

2.3 受力分析

A字架折疊的第一階段，是通過變幅力來平衡其自重。平衡A字架自重的變幅力同樣對吊臂產生一個起臂力矩，A字架能順利折疊的前提是A字架自重產生的變幅力小于拉起吊臂的變幅力。A字架前撐桿從49°變至15°過程中變幅力的變化見表1，拉起吊臂需要的變幅力見表2。由表1和表2的結果可以得出，A字架折疊的第一階段，自重產生變幅力小于拉起吊臂所需變幅力，折疊的第一階段起重機是可行且安全的。

A字架折疊的第二階段，是通過支撐油缸來平衡其自重。A字架前撐桿從15°變至1°過程中支撐油缸受力變化見表3，根據表3，A字架在折疊過程中油缸受力約為恒定值，對液壓系統的沖擊小，折疊平穩、安全。

3 結束語

基于4連桿原理設計的可變高A字架，結構簡單，受力明確，操作簡單，安全可靠，其變高主要是借助起重設備自身原有機構實現，經濟性能好。此技術已經應用于長江航道局三峽庫區1000噸應急搶險打撈船起重組的設計，成功解決了大型打撈起重設備進入內河、長江沿線及三峽庫區的難題，隨著我國內河水運建設與發展，該技術在打撈、起重等工程船舶上的應用具有廣闊是市場前景。

參考文獻：

[1]GB50139-2011.《內河通航標準》.

[2]GB3811-83.《起重機設計規范》.

[3]中國船級社.《船舶與海上設施起重設備規范》（2007）.人民交通出版社.endprint