动臂塔机力矩限制器最佳安装位置的确定

李 蕾/LI Lei（山东国弘重工机械有限公司，山东 淄博 256401）

动臂塔机力矩限制器最佳安装位置的确定

李 蕾/LI Lei
（山东国弘重工机械有限公司，山东 淄博 256401）

[摘 要]讨论两种力矩限制器在动臂式塔机上的最佳安装位置，通过工程力学的定性分析和有限元方法的定量计算，确定动臂塔机结构上的几个最灵敏位置，并且根据力矩限制器的工作特性，判断最佳安装位置。

[关键词]塔式起重机；动臂式；力矩限制器；安装位置；有限元

塔机的起重力矩限制器用来限制塔机塔身受到的极限力矩，防止塔机超载。根据起重力矩限制器的工作原理，分为拉伸式和压缩式两种常见的类型。本文主要探讨此两种限制器在动臂塔机上的最佳安装位置。

1 限制器理想安装位置的理论分析

如不考虑调试方便与否，力矩限制器的理想安装位置，应该在塔机满载前后该处变形量最明显，此处提及的变形量应以单位长度内的位移(应变)来衡量。塔机钢结构大多属于梁构件，为此我们寻求应变变化最敏感的梁，视为力矩限制器的安装位置。

弹性范围内工作的塔机钢结构符合胡克定律

由胡克定律可知，应变与应力为正比关系，所以应变变化最敏感的位置便是应力变化最明显之处，在保证操作方便的同时，应该选用应力变化最敏感之处作为力矩限制器的安装位置。

2 在动臂塔机上最理想安装位置的探索

2.1 动臂塔机的常见结构形式

图1 动臂塔机的常见结构形式（最小工作半径）

图2 动臂塔机的常见结构形式（最大工作半径）

如图1和图2所示，部件1、2、3、4可以近似看作二力杆，均匀承受轴力，部件5可以近似看作悬臂梁，主要承受弯矩，其根部弯矩最大。

2.2 力矩限制器最佳位置的理论判断

由结构力学可以初步判断，当空载最小幅度时（图1），二力杆1、2、3、4承受着或拉或压的轻微轴力，可以近似认为应力为0，梁5则近似看成悬臂梁，承受着自重带来的弯矩，上表面受拉，下表面受压，主要承受弯曲应力。

当最大幅度起吊相应满载时（图2），二力杆1和4受拉，二力杆2和3受压，悬臂梁5上表面受拉，下表面受压。

压缩式力矩限制器属于受压时限位的限制器，应该安装于非工作状态时受拉而工作时受压的部位，即二力杆2和3，以及梁5上翼缘板根部；拉伸式力矩限制器属于受拉时限位的限制器，应该安装于非工作状态时受压而工作时受拉的部位，即二力杆1和4，以及梁5下翼缘板根部。

2.3 有限元方法精确计算限制器的最佳安装位置

关于拉伸式力矩限制器，2.2已经初步判定最佳安装位置是二力杆1和4，以及梁5下翼缘板根部；而关于压缩式力矩限制器，判定的是二力杆2和3，以及梁5上翼缘板根部，但尚未确定到底哪处为最佳首选。

下面以笔者公司的D5013塔机为例，通过有限元方法精确计算，其有限元模型如图3所示。

图3 D5013有限元模型

选择的对比工况如下。

工况1：无风，最小工作半径（幅度）空载；

工况2：无风，最大工作半径（幅度）起吊对应满载。

通过有限元计算，工况1下杆1、杆2、杆3、杆4以及梁5上下表面的应力如表1所示,工况2下杆1、杆2、杆3、杆4以及梁5上下表面的应力如表2所示，结果验证了2.2的分析。

表1 工况1下各部位应力表

表2 工况2下各部位应力表

根据分析，工况2和工况1的应力差最大的部位方为力矩限制器理论最佳安装位置，应力差如表3所示。

表3 工况2和工况1各部位应力差

由表3所示，梁上表面(平衡臂根部上翼缘板)为压缩式力矩限制器的最佳安装位置，其次是杆1；梁下表面(平衡臂根部下翼缘板)为拉伸式力矩限制器的最佳安装位置，其次是杆1。

3 小 结

通过工程力学分析结合有限元计算，阐述了动臂塔机力矩限制器的确定思路，并以D5013动臂式塔机为例，用该方法确定了压缩式和拉伸式力矩限制器在该机型上的最佳安装位置。结果表明，在不考虑调试方便的情况下，平衡臂根部位置上是最理想的选择，当平衡臂根部位置上无法调试或者难以调试时，杆1也是比较理想的安装位置。

[参考文献]

[1] GB/T 3811—2008，起重机设计规范[S]．

[2] GB/T 13752—1992，塔式起重机设计规范[S]．

（编辑 贾泽辉）

［中图分类号］TH212；TH213.3

［文献标识码］B

［文章编号］1001-1366(2015)04-0043-02

［收稿日期］2014-12-17

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