塔机专用检具设计与应用

雷晶涛， 李鹏飞， 陈勇卫， 郑国穗， 朱毅

（陕西建设机械股份有限公司，西安 710032）

0 引言

塔机在专业性工厂进行生产时，其主要结构件在专业工装的控制下，随着塔机批量的提升，塔机的质量要求也越来越高。以塔机起重臂为例，在制作时虽然一套起重臂由各个臂节工装保证，但是起重臂焊接后的变形不可避免，在结构件出厂前，将每个关键部位的尺寸能顺利地连接到一起，是塔机产品发往用户并满足用户需求的关键控制项目。为此，设计塔机专用检具问题就显得非常重要，通过专用检具对连接部位检测，可以在出厂前有效地对焊后变形进行必要的矫正，以确保产品进入施工现场进行顺利的组装。

1 塔机专用检具设计的特点

1）塔机检具需要质量轻，便于检验人员测量移动。根据检具质量轻的特点，在材质选用上通常选取铝合金型材作为检具的首选材质，其经济性较好，适合检验人员在工作中进行移动测量。

2）塔机专用检具需要足够的强度，测头需要一定的耐磨度。检具的强度要高，最好选用内部结构加筋的铝合金型材，这样能够保证较高的强度，不易产生变形，适合检具的多次重复测量，延长检具的性能寿命。

3）检验人员对塔机专用检具施力情况。根据人体工学的要求，以一个成年人的臂力计算，通常在保持2 min时间内，其施力在150 N以内较为适宜，超过此数值后检验人员就会感到疲劳，甚至无法完成检测工作[1]。

基于以上特点，塔机检具在设计上必须注意以上事项，以确保设计出的检测器具具有实用性、便捷性、准确性。

2 塔机专用检具设计的关联尺寸确定

以某平头塔机为例，从平衡臂到起重臂之间（俗称塔机上一横）主要是由平衡臂、回转塔身、起重臂这3部分组成，而起重臂又由数节节臂组成，如图1所示。

图1 平衡臂回转塔身与起重臂连接图

为此，在设计检具时，首先要考虑的是连接关系（尺寸）问题，往往这些连接关系在实际检测中是重要控制的因素之一，仅靠拿卷尺逐一测量尺寸效率低且误差大。

2.1 关联尺寸的确定

通过图1看出，回转塔身是连接平衡臂、起重臂的关键部件，为此，将回转塔身两端的连接尺寸定为重要关联尺寸，用检具进行快速检测，是提高检测效率的关键所在。回转塔身三维图如图2所示。

图2 回转塔身三维图

其前端为三角构架结构，后方为长框结构，设计一种立体结构检具很有必要。

实际上检测回转塔身的连接尺寸就是检测了塔机起重臂（通常起重臂1一直到臂头这些部件要在制造单位进行组装）、回转塔身、平衡臂的连接关系[2]。

2.2 检具图的设计

将回转塔身尺寸进行三视图排放后，如图3所示。可以看出，三视图中可以看到与塔臂1相连的尺寸965 mm和尺寸2166.4 mm是关键尺寸，根据图2看出，从轻量化设计的角度考虑采用倒T形框架方式为最佳[3]。

图3 回转塔身三视图

通过三维设计后其具体检具结构形状如图4所示。

图4 回转塔身三角构架检具图

检具下端中心尺寸测量965 mm开档尺寸，中心孔高度为测量2166.4 mm尺寸，这样可以方便地解决塔臂与回转塔身连接的问题，只是更换3个测头（2个下测头，1个上测头）即可测量塔臂与回转塔身的连接问题。

回转塔身的另一端连接平衡臂，平衡臂的开档尺寸为965 mm，此检具的下端可以用于检测回转塔身与平衡臂的连接问题，同理更换测头后可以直接检测平衡臂。

关于测头的配套：继续以图2为例，回转塔身前端与起重臂相连，检测回转塔身的测头可采用起重臂与回转塔身连接的起重臂尺寸；检测塔臂的测头可采用回转塔身端的尺寸；这样更有利于实际检测。同理回转塔身与平衡臂相连，检测回转塔身端用平衡臂端作为测头，检测平衡臂用回转塔身端作为测头即可。

2.3 塔机检具设计的注意事项

1）检具变形最小原则。由于塔机型号及大小不同，在检具设计时，一定要考虑检具制作过程中和今后使用中的变形情况，故在加工制作完成后还要考虑变形最小原则，这样可以对今后检测工作起到积极的效果。

2）易于检测原则。在检具制作完成后要方便检验人员操作检具，达到两人操作即可完成塔机关键的尺寸检测工作，通过实际检具设计后，一个检具最多以检测2～3组数据最为理想，在一套检具内测量数据太多，实际操作起来较为困难，也增加了检测人员的工作量，从而影响检测数据的准确性，也违反检具设计的初衷。

3）一具多用的思考。从上面检具设计可以看出，在设计塔机检具时尽量做到一具多用，上面的检具不仅可以检测回转塔身的空间尺寸，反过来换上回转塔身连接头，还可检测起重臂的连接尺寸；也可以检测回转塔身的另一端平衡臂的连接关系，做到一具多用。在设计塔机检具时尽量遵照该思路，通过更换检测头的方式快速满足检测的要求。

3 塔机专用检具的材质选取

塔机专用检具一般由检测头、检测支架组成，检测支架由支杆、撑杆、横杆组成，这些专用杆件一般采用刚性好、质量轻的材质进行制作，这样能有效减少抗击变形问题，尤其在大跨度长杆件测量的情况下材质选用要求较为严格，检测支架通常选择铝合金型材作为杆件的首选材料，这样的选择性价比较高，而且刚度大、变形小，检测人员也易于挪动检测，检测头通常选择普通钢材质（或铝合金），经常对接塔机平衡臂、回转塔身、起重臂节臂1等关联尺寸，其测头不易变形且耐用。

在经济条件允许的情况下，也可以采用3D堆材打印技术，采用高强、超轻材质（碳纤维）更便于检验人员测量使用，这也是今后塔机检具设计与制作的一个发展方向。

4 塔机专用检具的应用

塔机专用检具在应用中，应轻拿轻放，由于采用杆板结合方式，框架较大，在测量中其连接销与连接孔的配合可以选用小间隙配合，这样便于检验人员快速试装检测，以提高检测效果。测量完成后要检具采用悬挂放置，不能随意放置以免产生检具变形，影响今后的检测使用。检具在每次使用前，有条件的情况下对其要进行测量的尺寸进行一次标定，以确保测出数据的真实性，避免出现批量检测事故。

5 结语

通过对塔机专用检具设计研究，从检具的材质、关联尺寸的确定、一具多检等问题的思考，得到一款科学、合理的塔机专用检具，不断提高塔机检测效率，为今后塔机检测工作提供一种新的检测方法，为专业性塔机厂家提供塔机快速检测开辟出一种新的途径。