塔式起重機頂升套架設計方法的研究論文

　　塔式起重機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔機)是工程建設過(guò)程中不可缺少的設備之一，其主要功能是完成建設施工材料的水平和垂直的輸送。由于中國自升式塔機具有施工速度快，能夠很方便地完成標準節的頂升加高等工作，從而更好地滿(mǎn)足了建設施工的需要，在當前的工程建設過(guò)程中得到了極為廣泛的應用。按照頂升方式的不同我們可將自升式塔機分為兩種型式，即側面頂升塔機和中心頂升塔機，兩種型式塔機的明顯區別在于前者頂升時(shí)回轉中心與頂升油缸中心不重合，而后者則重合。目前在建設工地上使用較多的是側面頂升塔機，其頂升油缸和頂升橫梁都在同一側面，本文主要分析的是側面頂升塔機。中國該型式塔機在實(shí)施頂升過(guò)程中塔機上下標準節必須斷開(kāi)聯(lián)接，上部的塔身僅僅依靠頂升油缸來(lái)支撐，由于頂升時(shí)回轉中心與油缸中心不重合，假如找平衡不準確或者遇到一些突發(fā)性的事件時(shí)都會(huì )嚴重影響到頂升工作的安全。從以往的塔機事故統計表明，在頂升過(guò)程中發(fā)生安全事故的比例相當高，多數都是人為因素(如違反操作規程等) 造成，但是也有屬于塔機結構本身的因素�；�于以上分析，我們應當在保證工程建設安全的基礎上，對塔機頂升套架的設計進(jìn)行深入的分析和研究。

　　1 塔機頂升套架的結構分析

　　由于頂升套架是塔機在頂升階段的重要受力結構，因此我們在進(jìn)行頂升套架的結構分析時(shí)應當充分考慮影響頂升套架結構重心的所有因素。在實(shí)際的頂升作業(yè)過(guò)程中，如何調整上部塔身的重心，使上部塔身達到平衡穩定是實(shí)現安全頂升作業(yè)的關(guān)鍵。但是由于此時(shí)塔機受到各種載荷(如風(fēng)載荷等)的影響，加載的載荷種類(lèi)十分繁多，載荷的重量又在不斷變化，并且載荷的方向是隨時(shí)變化的，這種情況極易造成塔機的側翻，甚至會(huì )產(chǎn)生塔身的扭轉變形。為了有效的解決這一問(wèn)題，我們通常在套架和塔身之間設計安裝多個(gè)滾輪來(lái)進(jìn)行調整。因為頂升時(shí)塔機所承受的載荷的大小和方向是隨機變化的，光靠若干個(gè)滾輪無(wú)法滿(mǎn)足受力要求，而且此時(shí)的滾輪有一些受力，有一些不受力，所以這種方式能夠有效的避免因壓力作用產(chǎn)生的塔機側翻現象，但是對于中國因拉力作用產(chǎn)生的塔機側翻現象卻無(wú)能為力。另一方面，由于頂升時(shí)套架的上部分和回轉支座連接在一起，因此上部結構所產(chǎn)生的載荷作用能夠通過(guò)回轉支座傳遞到頂升套架上面來(lái)。雖然頂升套架的結構剛度較差，但是回轉支座所具有的剛度非常好，把兩個(gè)不同剛度的框架式結構連接在一起使用是頂升套架結構的一個(gè)主要特性。此外在頂升加高時(shí)把塔機標準節推進(jìn)來(lái)的時(shí)候是通過(guò)頂升結構的側面完成的。也就是說(shuō)，在進(jìn)行頂升套架設計制造時(shí)，其中有一個(gè)側面必須預留足夠的空間，不允許有任何金屬結構出現，才能滿(mǎn)足頂升時(shí)把塔機標準節引入或推出來(lái)，這樣的結構使套架的剛度和抵抗扭轉的能力大大降低。以上這些因素在進(jìn)行套架設計時(shí)必須充分考慮，以確保塔機的安全使用。

　　2 在進(jìn)行頂升套架的設計時(shí)應當注意的問(wèn)題

　　2. 1 套架框架和回轉支座的結構差異造成的剛度差異

　　由于頂升時(shí)套架的上部分和回轉支座連接在一起，套架上部結構的剛度會(huì )受到回轉支座的影響，因此在進(jìn)行頂升套架的設計制造時(shí)可以借助一些剛度較大的撐桿來(lái)替代實(shí)體的回轉支座，該種方式下所獲得的替代效果與實(shí)體回轉支座相比較誤差并不大，因此得到了廣泛的應用和推廣。中國還有另一種方式就是設計時(shí)將回轉支座直接劃歸為實(shí)體單元，把它和下部的套架框架構成一個(gè)混合單元建模進(jìn)行計算，當然這種方式的計算比較麻煩，但是最終獲得的結果較為直觀(guān)。如需轉載請注明摘自：中國

　　2. 2 塔身結構剛度和滾輪之間的相互作用

　　通過(guò)上述分析可知，由于塔機頂升作業(yè)時(shí)上部結構的不平衡，造成其所產(chǎn)生的不平衡力主要由頂升套架與塔身之間的滾輪進(jìn)行支撐。而滾輪的受力情況直接受到套架的剛度和塔身的剛度的共同影響。雖然在設計過(guò)程中已經(jīng)充分考慮了套架的剛度，但是對于滾輪下部的接觸點(diǎn)的支撐情況并不能作出較為準確的判斷。在這種情況下，設計時(shí)我們可以將頂升套架結構和塔身相結合成為一個(gè)有機的整體，借助有限元分析軟件(如ANSYS 軟件)建立有限元模型，根據滾輪所受的壓力或拉力進(jìn)行定義，對創(chuàng )建的有限元模型進(jìn)行計算。由于塔身的高度和滾輪的間隙產(chǎn)生變化時(shí)也會(huì )對塔身的剛度要求產(chǎn)生較大的影響，因此在實(shí)際計算時(shí)需要經(jīng)過(guò)多次反復計算才能得到準確的結果。

　　2. 3 滾輪的受力情況

　　在使用有限元分析軟件進(jìn)行建模時(shí)要注意滾輪的受力情況。由于我們中國知網(wǎng)論文檢測建模時(shí)是用桿單元來(lái)模擬滾輪進(jìn)行計算的，但是在分析研究過(guò)程中發(fā)現，桿件能夠承受拉力，但是滾輪不能夠承受拉力，如此一來(lái)，就要將所創(chuàng )建的結構中承受拉力的滾輪去除，而對于承受壓力的滾輪進(jìn)行保留，再進(jìn)行后續的計算。然而由于去除了受拉力的滾輪，就會(huì )導致原來(lái)承受壓力的某些桿件轉為承受拉力的桿件，只有反復去除承受拉力的滾輪來(lái)進(jìn)行計算才能夠獲得較為準確地結果。需要注意的是，由于去除了承受拉力的滾輪會(huì )導致滾輪單元桿件受力情況的變化，因此在實(shí)際的受力計算過(guò)程中應當將去除的受力滾輪所受的拉力加以恢復，以獲取較為準確的計算結果。

　　3 設計實(shí)例

　　本文主要以TC6016 塔機作為例子對頂升套架的結構進(jìn)行分析，其設計過(guò)程中主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題:

　　(1)按照標準節的大小，對頂升套架鋼結構主弦桿中心距離進(jìn)行確定。兩者外形尺寸之間相差400 ～ 450mm 為最佳。

　　(2)對液壓頂升油缸的安裝距離和液壓油缸的行程進(jìn)行確定。按照中國知網(wǎng)論文標準節的高度A、標準節下部水平腹桿位置大小B 以及滾輪支架上滾輪底部和底板上表面的距離C，將標準節需要的最小空間確定為L(cháng)(L 指的是液壓有缸頂升兩個(gè)行程需要頂升的最低距離)。那么就有L= A + B - C + 30，其中30 指的是兩個(gè)標準節在引進(jìn)時(shí)之間的距離，然后可以對液壓油缸的最低行程Hmin進(jìn)行確定。

　　Hmin = L - A/2 + P，(P 指的是一次頂升的空行程，通常為40mm)油缸安裝的大小和油缸行程主要參考液壓油缸的最低行程Hmin值來(lái)進(jìn)行確定。

　　由于套架整體受力的均勻性和頂升套架上下兩層導向滾輪之間的距離成正比，按照《塔式起重機安全規程》(GB5144) 中的相關(guān)要求:自升式塔機在加節作業(yè)時(shí)，任一頂升循環(huán)中即使頂升油缸的活塞桿全部伸出，塔身上端面至少應比頂升套架上排導向滾輪中心線(xiàn)高60mm。因此上層導向滾輪橫向布置的極限位置需要根據L 和預留余量的要求來(lái)確定。套架在頂升時(shí)，由于需要操作的動(dòng)作比較多，為了保證設計尺寸的合理性，可以對頂升的過(guò)程進(jìn)行模擬，從而確定最后的尺寸進(jìn)行。

　　(3)布置導向滾輪。目前國產(chǎn)塔機頂升套架導向滾輪布置的方式主要有單滾輪和雙滾輪兩種。

　　因為塔機在頂升過(guò)程中往往會(huì )在其頂部產(chǎn)生不平衡載荷，而所產(chǎn)生中國期刊的載荷全部由套架導向滾輪進(jìn)行承擔，而雙滾輪因為其在結構上具有的獨特性質(zhì)，能夠保證塔機在兩個(gè)方向上的受力都保持一致，所以在塔機上的應用較廣泛。單滾輪結構卻不具備這樣的性質(zhì)，因為在頂升作業(yè)時(shí)由于滾輪的輪緣和主弦桿之間的間隙過(guò)大，容易產(chǎn)生導向失效或者啃軌現象。因此單滾輪結構一般應用在中小型的塔機上。由于設備根本需求的差異，在實(shí)際的設備建造和設計過(guò)程中應當充分的考慮設備的真實(shí)需求，從而設計出能夠滿(mǎn)足實(shí)際的施工需求的建筑設備。

　　4 結論

　　綜上所述，在使用上述方法對塔機頂升套架的結構進(jìn)行設計時(shí)，可以確保塔機使用過(guò)程中的安全性和穩定性，安裝和使用也比較方便，具有一定的參考價(jià)值。

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