倒A型截面新型平头塔机起重臂设计

张通友，仉健康，孟庆琳，史海红，李 辉

（山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

目前，国内电力行业针对节能、环保要求，采取“上大压小”政策，中国电力建设已转向大力发展核电及1000MW以上更高参数的火力发电厂。电力建设传统吊装机械主要为动臂塔机，但随着电厂向大体量化发展，作业幅度不断扩大，动臂塔机起吊幅度有限，电力建设领域需要性能优异更大规格幅度更大的塔机。平头塔机超长幅度、变幅速度快等优点正可助力电力建设向大体量化发展。传统平头塔机起重臂大多比较粗大、笨重，成为大型平头塔机发展的关键技术瓶颈。

1 新型平头塔机起重臂整体结构分析

随着电力建设及高层建筑领域向大体量化发展，针对传统平头塔机起重臂大多比较粗大、笨重的缺点，设计出一种性能优异更大规格幅度更大的新型平头塔机起重臂。本新型平头塔机起重臂下弦设置限位块，在臂节安装时，楔形斜面起导向作用，也可抵抗回转侧载，很好地限制侧向错动。各臂节均匀上翘，使起重臂整体上翘过渡平滑，牵引小车运行更加平稳。

起重臂的设计是否合理不仅影响起重臂本身，而且对塔身受力和整机的起升特性都会有较大的影响，在满足起重臂强度和刚度的前提下，尽量减轻起重臂的重量，对改善塔身受力和提升整机起升性能非常必要。起重臂结构设计的太轻，即使能满足强度要求，对于超长臂架也很难满足刚度的要求，甚至无法正常工作；起重臂结构设计的偏重，将影响起升特性，还会导致成本增加。所以，设计起重臂时要在安全、性能、经济性方面权衡考虑，不可偏废。

传统正三角形截面起重臂结构中，通常上弦采用圆钢或圆管，下弦采用拼接方管，下弦即是主要承载杆件，其顶面又是小车的轨道。这种结构型式的变幅小车宽度较宽，重量也较大，对整机起升性能有所减损。

本新型平头塔机起重臂突破传统结构型式，截面采用整体倒A形截面型式，如图1所示。上主弦可采用矩形截面或圆管，鉴于上主弦受拉，宜采用实心截面以减小受风面积改善起重臂受力状况，比如钢板拼接的矩形截面即是实心截面。下主弦可采用拼接箱型梁或工字梁，由于下主弦受压，考虑到稳定性的限制，下主弦宜采用惯性矩较大的空心截面以提高其稳定性，比如采用惯性矩较大拼焊箱型梁截面。下主弦既是主要承载杆件，其底面又是小跑车的轨道。这种结构型式的变幅小车宽度较窄，重量也较轻，能有效提升整机起升性能。腹杆在能满足受力和供货的前提下，最好选用圆管，因为圆管在任一方向刚度一致，具有流线型表面，体形系数小，风载荷相对较小，也能改善起重臂的受力状况，甚至可以改善塔身等整机的受力。

图1 新型平头塔机起重臂断面图

本新型平头塔机起重臂臂节包括上弦、下弦和腹杆，两上弦与下弦通过腹杆连接构成倒A形结构，如图2所示。两臂节上弦通过销轴连接，两臂节下弦接口处设置有呈楔形的公限位块和2块母限位块，公限位块嵌入两母限位块中导向和限位；各臂节均匀上翘，使起重臂整体上翘过渡平滑，受力较好,牵引小车运行更加平稳。

图2 新型平头塔机起重臂主视图

在材料选用上本新型平头塔机起重臂主弦突破传统材料的单一化应用模式，采用高强材质，腹杆采用Q345普通材质。这种倒A形截面形式起重臂采用混合材料管桁结构，极大地降低了起重臂自重及风载荷，从而提升了远端起升特性。

2 关键设计要点及其优势

本新型平头塔机起重臂下弦采用闭口箱型，两端均设置顶板，如图3所示，接口处截面高度较矮的一侧设置过渡板，可增大受力面，使受力更好，且能缓解因制造误差造成的接口错位，有更好的容错性，更利于生产制造。

图3 新型平头塔机起重臂下主弦局部过渡图

图4 新型平头塔机起重臂侧向限位示意图

本新型平头塔机起重臂两臂节下弦接口处设置有公限位块和母限位块，如图4所示，公限位块和母限位块均呈楔形，在臂节安装时，楔形斜面起导向作用，也可抵抗回转侧载，很好地限制侧向错动。当臂节安装时，先把上弦通过销轴连接起来，然后臂节摆动旋转下落，当下弦接口较接近时，公限位块及母限位块的楔形斜面起导向作用，使公限位块准确快速地嵌入母限位块中，最终公限位块及母限位块的楔形斜面彻底吻合。当起重臂回转工况工作时，有较大侧载，由于公限位块及母限位块的楔形斜面紧密贴合，故楔形斜面恰好抵抗回转侧载，很好地限制侧向错动，工作非常稳固、实用。与传统的螺栓连接相比，本新型平头塔机起重臂安装也更加简便、省时。

3 结 语

本设计是对传统平头塔机起重臂的一次重大改进，将对电力建设及高层建筑施工领域产生重要的积极作用，这种新型平头塔机起重臂的主要优势如下。

1）两臂节下弦接口处设置限位块，一方面起导向作用，另一方面可限制侧向错动，与传统的螺栓连接相比，安装时更加简便、省时，工作时更加稳固、实用、安全可靠。

2）下弦接口处设置顶板，增大受力面，使受力更好，更利于制作。

3）各臂节均匀上翘，使起重臂整体上翘过渡平滑，受力较好。

4）起重臂采用混合材料管桁结构，极大地降低了起重臂自重及风载荷，从而提升了远端起升特性。

5）下主弦既是主要承载杆件，其底面又是小跑车的轨道。这种结构型式的变幅小车宽度较窄，重量也较轻，能有效提升整机起升性能。