倒A型截面新型平頭塔機起重臂設計

張通友，仉健康，孟慶琳，史海紅，李 輝

（山東豐匯設備技術有限公司，山東 濟南 250200）

目前，國內電力行業針對節能、環保要求，采取“上大壓小”政策，中國電力建設已轉向大力發展核電及1000MW以上更高參數的火力發電廠。電力建設傳統吊裝機械主要為動臂塔機，但隨著電廠向大體量化發展，作業幅度不斷擴大，動臂塔機起吊幅度有限，電力建設領域需要性能優異更大規格幅度更大的塔機。平頭塔機超長幅度、變幅速度快等優點正可助力電力建設向大體量化發展。傳統平頭塔機起重臂大多比較粗大、笨重，成為大型平頭塔機發展的關鍵技術瓶頸。

1 新型平頭塔機起重臂整體結構分析

隨著電力建設及高層建筑領域向大體量化發展，針對傳統平頭塔機起重臂大多比較粗大、笨重的缺點，設計出一種性能優異更大規格幅度更大的新型平頭塔機起重臂。本新型平頭塔機起重臂下弦設置限位塊，在臂節安裝時，楔形斜面起導向作用，也可抵抗回轉側載，很好地限制側向錯動。各臂節均勻上翹，使起重臂整體上翹過渡平滑，牽引小車運行更加平穩。

起重臂的設計是否合理不僅影響起重臂本身，而且對塔身受力和整機的起升特性都會有較大的影響，在滿足起重臂強度和剛度的前提下，盡量減輕起重臂的重量，對改善塔身受力和提升整機起升性能非常必要。起重臂結構設計的太輕，即使能滿足強度要求，對于超長臂架也很難滿足剛度的要求，甚至無法正常工作；起重臂結構設計的偏重，將影響起升特性，還會導致成本增加。所以，設計起重臂時要在安全、性能、經濟性方面權衡考慮，不可偏廢。

傳統正三角形截面起重臂結構中，通常上弦采用圓鋼或圓管，下弦采用拼接方管，下弦即是主要承載桿件，其頂面又是小車的軌道。這種結構型式的變幅小車寬度較寬，重量也較大，對整機起升性能有所減損。

本新型平頭塔機起重臂突破傳統結構型式，截面采用整體倒A形截面型式，如圖1所示。上主弦可采用矩形截面或圓管，鑒于上主弦受拉，宜采用實心截面以減小受風面積改善起重臂受力狀況，比如鋼板拼接的矩形截面即是實心截面。下主弦可采用拼接箱型梁或工字梁，由于下主弦受壓，考慮到穩定性的限制，下主弦宜采用慣性矩較大的空心截面以提高其穩定性，比如采用慣性矩較大拼焊箱型梁截面。下主弦既是主要承載桿件，其底面又是小跑車的軌道。這種結構型式的變幅小車寬度較窄，重量也較輕，能有效提升整機起升性能。腹桿在能滿足受力和供貨的前提下，最好選用圓管，因為圓管在任一方向剛度一致，具有流線型表面，體形系數小，風載荷相對較小，也能改善起重臂的受力狀況，甚至可以改善塔身等整機的受力。

圖1 新型平頭塔機起重臂斷面圖

本新型平頭塔機起重臂臂節包括上弦、下弦和腹桿，兩上弦與下弦通過腹桿連接構成倒A形結構，如圖2所示。兩臂節上弦通過銷軸連接，兩臂節下弦接口處設置有呈楔形的公限位塊和2塊母限位塊，公限位塊嵌入兩母限位塊中導向和限位；各臂節均勻上翹，使起重臂整體上翹過渡平滑，受力較好,牽引小車運行更加平穩。

圖2 新型平頭塔機起重臂主視圖

在材料選用上本新型平頭塔機起重臂主弦突破傳統材料的單一化應用模式，采用高強材質，腹桿采用Q345普通材質。這種倒A形截面形式起重臂采用混合材料管桁結構，極大地降低了起重臂自重及風載荷，從而提升了遠端起升特性。

2 關鍵設計要點及其優勢

本新型平頭塔機起重臂下弦采用閉口箱型，兩端均設置頂板，如圖3所示，接口處截面高度較矮的一側設置過渡板，可增大受力面，使受力更好，且能緩解因制造誤差造成的接口錯位，有更好的容錯性，更利于生產制造。

圖3 新型平頭塔機起重臂下主弦局部過渡圖

圖4 新型平頭塔機起重臂側向限位示意圖

本新型平頭塔機起重臂兩臂節下弦接口處設置有公限位塊和母限位塊，如圖4所示，公限位塊和母限位塊均呈楔形，在臂節安裝時，楔形斜面起導向作用，也可抵抗回轉側載，很好地限制側向錯動。當臂節安裝時，先把上弦通過銷軸連接起來，然后臂節擺動旋轉下落，當下弦接口較接近時，公限位塊及母限位塊的楔形斜面起導向作用，使公限位塊準確快速地嵌入母限位塊中，最終公限位塊及母限位塊的楔形斜面徹底吻合。當起重臂回轉工況工作時，有較大側載，由于公限位塊及母限位塊的楔形斜面緊密貼合，故楔形斜面恰好抵抗回轉側載，很好地限制側向錯動，工作非常穩固、實用。與傳統的螺栓連接相比，本新型平頭塔機起重臂安裝也更加簡便、省時。

3 結 語

本設計是對傳統平頭塔機起重臂的一次重大改進，將對電力建設及高層建筑施工領域產生重要的積極作用，這種新型平頭塔機起重臂的主要優勢如下。

1）兩臂節下弦接口處設置限位塊，一方面起導向作用，另一方面可限制側向錯動，與傳統的螺栓連接相比，安裝時更加簡便、省時，工作時更加穩固、實用、安全可靠。

2）下弦接口處設置頂板，增大受力面，使受力更好，更利于制作。

3）各臂節均勻上翹，使起重臂整體上翹過渡平滑，受力較好。

4）起重臂采用混合材料管桁結構，極大地降低了起重臂自重及風載荷，從而提升了遠端起升特性。

5）下主弦既是主要承載桿件，其底面又是小跑車的軌道。這種結構型式的變幅小車寬度較窄，重量也較輕，能有效提升整機起升性能。