大型平头塔机回转驱动功率的确定

李鹏举，韦 清，范开英LI Peng-ju, WEI Qing, FAN Kai-ying（山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

Design & Research 设计研究

大型平头塔机回转驱动功率的确定

李鹏举，韦 清，范开英
LI Peng-ju, WEI Qing, FAN Kai-ying
（山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

[摘 要]介绍平头塔式起重机回转机构的载荷工况，分析各载荷工况下的计算载荷，根据工况及载荷确定回转阻力矩；比较各载荷工况下的阻力矩大小，并选取驱动功率；通过实例分析不同工况、不同计算载荷对阻力矩大小的影响，及对驱动功率的影响，给设计人员、使用者提供学习和参考。

[关键词]平头塔式起重机；回转；功率

1 概 述

平头塔机没有塔头和拉杆，起重臂和平衡臂悬臂布置，构造简单、受力明确、安拆便捷，具有工作幅度大、互换性好等优点，近几年来得到了广泛应用，并朝着大吨位、大型化方向发展。

由于大吨位平头塔机回转部分自重较大，塔机回转时，自身回转部分及重物沿塔身轴向水平转动，其回转驱动功率与尖头塔机的驱动功率有较大差异。驱动功率太小影响塔机的回转性能，驱动功率太大又造成部件及资源的浪费，如何选取功率大小十分重要。塔机上部构造简图如图1所示。

图1 塔机上部构造简图

通过对塔机工况及载荷的阐述，计算回转阻力矩和等效功率，分析各载荷及相关参数等因素对驱动功率的影响，并最终选取合理的回转驱动功率。

2 工况及载荷

塔机有多个工况及对应的多种载荷，计算不同部件时，各载荷的相关参数选择也不相同。工作状态最大计算风压pII和钢丝绳最大偏摆角αII用来计算机构、结构的强度及稳定性，工作状态正常计算风压pI和钢丝绳正常偏摆角αI用来计算机构的驱动功率及零件的疲劳强度。

与计算回转支承的载荷工况略有不同，计算驱动功率时的载荷工况如下：工况A——起重机的静载试验工况；工况B——起重机最大额定起重量工况，不计动载系数，承受风压pI下的风载荷，钢丝绳偏斜角为αI；工况C——起重机最大幅度工况，不计动载系数，承受风压pI下的风载荷，钢丝绳偏斜角为αI；工况D——起重机空钩最大回转速度工况。各工况对应的载荷见表1。

表1 各工况对应的载荷

3 回转阻力矩

对载荷工况A、B、C、D分别计算，求出最大的回转阻力矩来确定驱动功率。

起重机回转时需要克服的回转阻力矩T包括摩擦阻力矩Tm、坡道阻力矩Tp、风阻力矩Tw和惯性阻力矩Tg。

3.1 静载试验工况A

1)摩擦阻力矩Tm

滚动轴承式回转支承装置在回转起动时产生的摩擦阻力矩为

其中，μ为当量摩擦系数；D为回转支承滚道中心圆直径，ΣF为滚动体法向反力绝对值之和。

静载试验工况没有坡道阻力矩、风阻力矩和惯性阻力矩。

3.2 最大起重量工况B

1)摩擦阻力矩Tm

算法同工况A。

2)坡道阻力矩Tp

由地面坡度、土壤沉降、支腿不平、塔身歪斜等产生的阻力矩为

其中，Gi为起重机回转部分质量的重力；li为回转各部分重心到回转轴线的距离;θ为坡道角度。

3)风阻力矩Tw

风作用在塔机回转部分和物品上产生的阻力矩为

Twmax=FwQdwQ+FwGdwG(3)

其中，FwQ为物品受的风力；dwQ为物品受风力对应的幅度；FwG为起重机回转部分受的风力；dwG为风力作用线到起重机回转中心线的距离。

4)惯性阻力矩Tg

回转起、制动时，塔机回转部分和物品产生的阻力矩为

Tg=TgQ+TgG(4)

其中，TgQ为物品的惯性阻力矩；TgG为回转部分的惯性阻力矩。

3.3 其它工况

最大幅度工况C、最大回转速度工况D时，回转阻力矩的计算同工况B。

4 驱动功率

当回转部分惯性阻力矩较小时，驱动功率按下式计算（算法一）

其中，n为回转速度；η为传动效率；TαI为钢丝绳偏摆产生的扭矩，TaI=FshS=FQStanαI，S为幅度。

当回转部分静阻力矩较小，惯性阻力矩较大时，驱动功率按下式计算（算法二）

其中，λAS为电机平均起升转矩倍数。

在计算阻力矩和驱动功率时，钢丝绳偏摆阻力矩和物品产生的阻力矩（风阻力矩、惯性阻力矩等）不能同时出现，避免重复计入。

物品产生的风阻力和惯性力等载荷是通过钢丝绳传递给臂架的，所以物品产生的风阻力矩和惯性阻力矩等由物品（包括下垂钢丝绳）本身产生的阻力矩之和应该等于钢丝绳偏摆阻力矩。

从阻力矩的计算结果大小看，钢丝绳偏摆阻力矩比物品产生的阻力矩之和要大得多，所以用钢丝绳偏摆阻力矩取代物品产生的阻力矩是更安全的，也是比较合适的。

比较公式(5)和(6)两种算法，驱动功率取其大者。

5 实 例

某塔机最大额定起重量60t，最大幅度70m，其它性能参数如表2所示。

表2 某塔机性能参数表

表3 各工况阻力矩及功率对比表

该塔机最终选取驱动功率之和为40kW，各工况阻力矩及功率对比如表3所示。由表3可得如下结论。

1）相同起动时间时，各工况中，算法二得到的功率比算法一得到的功率大许多，说明平头塔机静阻力较小，惯性阻力较大。应按算法二计算平头塔机的回转驱动功率。

2）相同起动时间时，按照算法二，工况C和工况D得到的功率比工况B得到的功率大，说明最大幅度工况和空钩最大回转速度工况需要更大的驱动功率。

3）适当延长工况C和工况D的起动时间后，惯性阻力矩大幅降低，其所需功率与工况B所需功率相当。此时各阻力矩中，惯性阻力矩和风阻力距最大，风阻力矩约占35%～45%，惯性阻力矩约占50%～55%，坡道阻力矩较小。

通常情况下，塔机回转机构的起动时间一般为5～10s，根据平头塔机臂架惯性较大的特点，尤其是大吨位平头塔机，起动时间取为10～20s更合适。

平头塔机三大机构（起升、变幅、回转）驱动功率的特点是：正常使用时需要功率小，个别工况下需要功率大。根据这种特点，建议采用液压驱动，兼顾三机构的功率需要，使得某机构个别工况下，峰值功率得到有效输出，比如变幅和回转共用一套液压动力，最大幅度工况和空钩最大回转速度工况时，变幅需要功率小，而回转需要功率大，此时功率能够得到合理分配和充分利用。

6 结 语

1）大吨位平头塔机，相同起动时间时，最大额定起重量工况需要功率相对小，最大幅度工况和空钩最大回转速度工况需要功率大。

2）大吨位平头塔机的回转阻力矩中，惯性阻力矩和风阻力距最大，风阻力矩约占35%～45%，惯性阻力矩约占50%～55%。

3）大吨位平头塔机，回转机构起动时间取为10～20s更加合适。

4）对于大吨位平头塔机，建议采用液压驱动方式，使各工况下三大机构驱动功率得到合理分配和充分利用。

[参考文献]

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[4] 陈红静，陈 进，李 甦．塔机液压回转机构的研究[J]．建筑机械化，2010，（2)：58-60．

[5] 侯清涛，王永新，李鹏举．大型平臂式塔机变幅功率的确定[J]．建筑机械化，2014,（11）：46-48．

（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)05-0025-03

［收稿日期］2015-03-24

The determination of large flat tower crane slewing drive power