動臂式塔機若干設計問題初探

溫濤 徐慧 賴裕鳳

摘 要：對于當前動臂式塔機設計中存在的問題，文章從結構設計、安全保護等方面對設計中的問題展開了具體的分析，并提出了優化方法，提升動臂式塔機運行的安全性與可靠性，使動臂式塔機的操作更加方便快捷。

關鍵詞：動臂式塔機；結構型式；變幅機構；起重特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.061

動臂式塔機是我國諸多生產領域廣泛應用的機械設備，其具有作業空間大的特點，尤其是在建筑工程領域的應用，完成了諸多人工不能完成的操作。近年來，為了擴大動臂式塔機的應用范圍，在該設備的設計上也提出了新的想法，但是具體實踐過程中也暴露出諸多問題，影響著設計的效果與質量。為此，對于動臂式塔機的設計優化十分必要。

1 主要結構型式的選擇與分析

1.1 臂架截面型式及材料

為了提升塔機的性能，在當前的設計中中小型設備大多采用質量較輕的三角形截面臂架，可以減少腹桿、臂根、臂頭等的應用數量，但是會導致整體構造偏心、臂架自重增加、臂架內力降低。對于這種情況來講，從動臂塔機的性能以及作用而言，矩形截面的抗扭性能更佳，應保持主肢數為4，才能保障設備的承載能力[1]。而對于臂架來講采用強度較高、質量較輕的材料也不利于設備的穩定運行，尤其是這種情況下，一旦材料焊接出現問題導致應力過于集中，減弱骨架抗沖能力，將會導致嚴重的事故發生。

1.2 臂根鉸點

臂根鉸點事影響拉臂阻力轉動效率的重要因素，通常效果處于0.75-0.85范圍內，但臂架回轉平面如果出現變形會導致效率降低，甚至造成結構破壞，因此，合理選擇擺動壓力十分重要，并做好球面關節軸承的補償。

1.3 回轉平臺的支承

回轉平臺承載者臂根鉸點制作、變幅機構、A形架、起升機構，其作用相當于水平比塔機中的塔頂，位置也基本相同。目前，對于回轉平臺的支承主要有兩種方式，一種是將回轉平臺上與支座連接層一個實體，一種是將回轉平臺鉸點設置在三角支架上，三角支架與回轉支座相連，再利用撐桿支承回轉平臺后部。這兩種方式都不能避免支架受扭轉過程中沖擊載荷的影響，而且結構安裝相對繁瑣，尤其是第二種形式，制作與平衡臂之間連接利用的連桿十分復雜，需要高精尖的加工工藝，才能保障其穩定性與靈活性[2]。

2 變幅機構中的第二制動器的控制方法

在動臂機變幅過程中，需要臂架、變幅動滑輪組、拉桿等多項構件的配合，才能保障鋼絲繩的方向發生改變，但是這個過程中運動鉸點的摩擦阻力存在差異，產生的振動也會對塔機結構造成影響，這就需要更完善性能的起重力矩限制器。國外機械設備設計中，這個問題與流動式起重機的設計一樣，已經有效的被解決，但是由于國內設備制造環節應用的是國內的保護裝置，導致這一問題仍然普遍存在，導致動臂塔機在運行過程中，起重力矩限制器無法可靠的運行而無法吹實際作用，造成更多的事故發生。對于這種問題，除了通過利用電子式保護裝置進行處理外，也可以利用機械式力矩限制器代替傳統使用的起重力矩限制器，但在應用過程中需要對起重力矩限制器運行的曲線進行科學的計算以及分析，繪制出具體的運動特性曲線，以便根據實際情況進行合理的選擇。

3 風載荷相關問題

動臂式塔機的臂架仰角處于15°- 86°范圍之間，導致動臂塔機無論是否處于工作狀態都需要對其仰角隨著各力矩變大而增大的特點進行考慮，這也是依據臂架長度確定動臂塔機塔身自立高度的原因。當塔機處于非工作狀態時，臂架仰角應滿足自重力矩盡可能最小、短平衡臂后傾力矩盡可能最大、臂架仰角適宜，降低臂架迎風高度、回轉部分可以隨風回轉、保持尾吹風狀態等條件，以便提升臂架抵抗強風侵襲的能力。

具體設計過程中發現，塔頂力矩當臂架仰角讀數不同時其參數也會產生變化，而且風載荷條件下，需要保持塔頂力矩處于最大的狀態，才能保障塔身回轉支承部分的穩定。而這種設計并不保險，由強風前吹導致的動臂塔機事故仍然頻繁發生，分析問題出現原因，主要由于防后傾裝置在設計上存在缺陷導致的，具體原因為緩沖能力達不到標準、A形架支撐力度不足、防后傾裝置支桿與臂架之間的接觸不平穩等。對于這些確定可以通過油壓緩沖器的應用來解決，主要原理是通過在前方設置安裝拉住臂架的防后傾裝置，保障臂架與防后傾支桿穩定接觸，具體應用中還需要結合實際情況進行進一步的改進與優化。

4 動臂變幅時吊鉤水平移動問題

傳統動臂塔機應用中以補償卷筒或滑輪來補償水平變幅的方式已經被當前的設計所淘汰了，主要是這種設計方式見會導致鋼絲繩過于復雜的纏繞，長時間的高負荷運行提升其磨損效率，導致設備運行中的效率受到極大的影響。而使用離合器換擋、差動裝置協調起升等方式對變幅運動進行補償時只適用于某種特殊情況，不具有普適性，而且實際應用過程中也具有沖擊力大、機械磨損嚴重、缺少可靠性、技術落后等弊端，并便于大規模的推廣使用。因此，隨著科學技術的進步，目前出現了吊鉤水平移動的方式，通過吊裝精準定位作業地點，提升作業效率，而且減少了不必要的資源與能力浪費；在當前的發展形勢下，可以實現與電子技術的有效結合，通過安裝高度與幅度傳感器接受信號進行自動化控制，能夠有效的控制設備運行的速度以及微動性能，目前已有產品進行使用，可以做更廣泛的推廣。

5 結束語

動臂式塔機設計中存在的問題嚴重影響著其運行的穩定性與安全性。文章對動臂式塔機設計中具有代表性的問題進行了分析，避光提出了具體的優化設計策略，總結了合理的優化動臂式塔機設計系統性方案，全面優化動臂式塔機性能。同時，也希望廣大設計人員在設計實踐中不斷創新設計方式方法，提升動臂式塔機設計的科學性。

參考文獻：

[1]韓松君，張恩，楊傳寧等.平頭塔式起重機起重臂變幅運動過程中的振動響應分析[J].工程機械，2018，49（09）：16-20.

[2]黃濤.快架塔式起重機起重臂折疊過程動力學分析[J].南方農機，2018，49（17）：39.

[3]李江滔，劉炳杜，楊宏等.超高層動臂塔式起重機附著結構補強分析[J].建筑技術，2018，49（10）：1072-1074.