一種起重機用標準化欄桿技術方案

王凌云，董志偉，劉獻峰，朱東科，秦 毅，郅有勇

(1.太原重工股份有限公司 起重機分公司，山西 太原 030024；2.太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024)

0 引言

起重機用欄桿是應用于走臺類的一種防護保護裝置，傳統欄桿主要以角鋼立柱欄桿型式為主，其主體由扶手、橫桿、中間立柱、端部立柱和連接銷等組成，為避免現場的施焊作業，欄桿與對應走臺連接方式為螺栓連接。但是傳統欄桿的高度、立柱間距、欄桿拐角長度等型式多樣，同時存在施工周期長、生產成本高、平臺預裝欄桿時高空作業安全隱患大等問題。本文在對傳統欄桿分析的基礎上，設計了一種標準化欄桿的型式，并著重對欄桿與平臺的連接型式進行創新設計，以實現欄桿的標準化制作。

1 傳統欄桿簡介

起重機產品用傳統欄桿主要以角鋼立柱欄桿型式為主，其主體由扶手、橫桿、中間立柱、端部立柱和連接銷等組成，如圖1所示。

1-橫桿;2-中間立柱;3-端部立柱;4-扶手;5-連接銷;6-平臺;7-平臺加強筋

1.1 扶手

扶手的一般規格為鋼管D42.4×3.5和鋼管D33.7×3.2兩種，長度尺寸沒有標準化；拐彎處為扶手自身彎曲成型，且彎曲半徑尺寸未標準化。

1.2 橫桿

橫桿的一般規格為鋼管D26.9×2.8，長度尺寸沒有標準化；橫桿間距S1、S2為300 mm～450 mm不等，沒有標準化；拐彎處為橫桿自身彎曲成型，彎曲半徑未標準化。

1.3 立柱

立柱分別有中間立柱和端部立柱兩種，長度尺寸L0在1 050 mm～1 350 mm之間(未標準化),立柱本身的穿橫桿孔位置S1未標準化，以某中間立柱為例，其結構如圖2所示，欄桿立柱間距J1一般為800 mm～1 400 mm。

圖2 傳統欄桿的中間立柱

1.4 連接銷

連接銷起欄桿片之間連接作用，根據對應扶手和橫桿的規格分別對應為銷釘D20-70、D34-70等，其為實心圓鋼加工件，尺寸如圖3所示。

圖3 傳統欄桿中銷子 圖4 平臺加強筋

1.5 欄桿與平臺連接型式

為減少現場的施焊作業量，相關欄桿連接處都采用螺栓連接，螺栓連接就需要配鉆，故欄桿出廠前需與對應走臺進行預裝。如圖1中A向視圖，預裝包括配欄桿、定位點焊、高空配鉆打孔、裝配螺栓副、清磨點焊疤痕等工序，且預裝工序均在平臺外側完成。傳統欄桿即使在廠內預裝，通常欄桿預裝對應走臺往往離地面高達3 m～5 m,此種預裝作業存在極大的高空作業安全隱患。

1.6 預裝欄桿對應的平臺

預裝欄桿對應的平臺中有加強筋，如圖4所示。

2 標準化欄桿零件設計

本標準化欄桿主體由扶手、橫桿、立柱、連接管和連接板等組成。下面對其型材選型、高度和長度、立柱間距、欄桿片間連接型式、欄桿拐彎處等按照相關技術資料[1]進行標準化設計，尤其對欄桿與平臺的連接型式進行創新設計，以實現欄桿的標準化制作。

由于市場的鋼管及角鋼標準長度為6 m,為減少欄桿中扶手和橫桿的二次加工，故欄桿的標準長度設計為6 m,高度根據用戶的不同要求統一為1.05 m或1.2 m。

2.1 扶手

選用規格為D42.4×3.5-6 m鋼管作為扶手。

2.2 橫桿

選用規格為D26.9×2.8-6 m鋼管作為橫桿。

2.3 立柱

選用規格為∠50×50×5角鋼作為立柱材料，立柱設計圖樣如圖5所示。

圖5 標準化欄桿立柱標準圖

2.3.1 立柱長度

根據相關技術資料立柱長度L0一般為1.05 m或1.2 m,而市場上一根角鋼長度為6 m,可分5段，利用率很高，可代替傳統端部立柱和中間立柱兩種類型，詳見圖5。

2.3.2 橫桿間距

根據相關技術資料橫桿間距S1≤500 mm,故本欄桿橫桿間距S1和S2都設計為350 mm。

2.3.3 各種孔類直徑和輔助尺寸

欄桿的各種孔類相關尺寸如表1所示。

表1 各種孔類直徑和輔助尺寸

2.3.4 立柱下部與平臺銜接處的連接孔間距計算過程

立柱原材料化學成分及主要性能參數如表2所示。

表2 立柱原材料化學成分及主要性能參數[2]

欄桿防護安裝后頂部欄桿應能承受水平方向力F1≥890 N集中載荷。

利用杠桿原理計算立柱下部與平臺銜接處的連接孔間距L2如圖6所示，具體計算如下：

F1·L1=F2·L2.

(1)

其中：F1為按照標準取滿足使用要求的水平方向力的最小值，F1=890 N；F2為立桿自身連接孔處可承受的最大極限力。

圖6 利用杠桿原理計算立柱孔間距示意圖

根據圖6，L1和L2存在如下尺寸關系：

L1=L0-L2-25 mm.

(2)

其中：L0為欄桿高度極大值，取1 200 mm。

根據壓力計算公式(3)，求得立柱連接孔處可承受的最大力值F2為：

(3)

其中：ReH為材料的屈服強度,取值235 N/mm2；S為連接孔處接觸面積；h為立柱連接孔處的厚度，取值5 mm;D為連接孔直徑,取值18 mm;η為安全系數1.2～2[3]，取最大值2。

將式(2)、式(3)代入式(1)，并代入相關參數值，計算得L2=59.78 mm,即滿足欄桿扶手處最小拉力時，立柱與平臺銜接處的最小孔間距為59.78 mm，最后確定L2取值80 mm。

2.4 連接管

選用兩種鋼管D32×3-70、D20×3-70代替傳統的銷釘D20-70、D34-70等，選用標準彎管代替扶手和橫桿自身彎曲成型，詳見圖7。

圖7 標準欄桿片直線段及拐彎處間的標準化連接管

2.5 連接板

根據對應立柱選用鋼板8×60-130作為連接板，代替傳統欄桿對應平臺的加強筋(見圖4)。此時連接板可實現平臺加強筋的功能，同時也可實現銜接欄桿與平臺的功能，詳見圖8。

圖8 標準欄桿與平臺銜接處的標準連接板

3 標準化欄桿結構件設計

(1) 為保證欄桿銜接處的整體美感，將每片標準欄桿銜接處設定在超起始立柱50 mm處，以保證欄桿的剛性和直線度。

(2) 標準欄桿片與連接板配鉆，用螺栓連接后，裝配到走臺圍板里側，連接板與平臺接觸位置形成L型狀焊縫，進行單面施焊。

(3) 欄桿片之間采用連接管連接后，現場裝配焊。形成標準化的欄桿如圖9所示。

4 總結

標準化后的欄桿可滿足其使用要求，且制作簡單、方便，降低了制作成本，縮短了施工周期(預裝效率提高至少1倍)，同時大大降低了高空作業安全隱患。

1-橫桿;2-立柱;3-扶手;4-連接管;5-連接板;6-平臺圍板