动臂塔机变幅机构的绕绳方法改进

洪郴，沈兰华，范开英

（山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

动臂塔机通过变幅机构卷扬变幅钢丝绳实现起重臂俯仰角度变化，从而实现工作幅度调整。与平头塔机不同，动臂塔机变幅机构运行时要克服起重力矩和起重臂等结构自重力矩，故变幅力大，钢丝绳倍率高，绕绳方式复杂，且受人字架结构滑轮安装方案影响较大。

变幅机构有单机构单卷筒出绳方式，单机构双联卷筒驱动型式，也有双机构双卷筒共同驱动形式。变幅机构安装在机台上，经人字架滑轮绕向起重臂。变幅动滑轮组一般不直接固定在起重臂头部上，而是通过拉板或拉索结构连接到起重臂头部固定端，以降低变幅绳成本，减少变幅绳安装穿绕工作量。动臂塔机结构设计时，起重臂、机台和人字架多为对称结构，当变幅滑轮组的倍率为双倍率对称型式时，结构受力对称没有偏载问题。当变幅机构出绳不对称时，以及考虑滑轮组本身效率问题，容易导致结构受力不均和滑轮组偏斜，需要进行优化改善。

1 单联卷筒后置绕绳方案

1.1 存在的问题

单联卷筒配合人字架结构时多为A 字型人字架，人字架上端宽度较小，滑轮布置紧凑，但变幅卷筒绕绳需有一定宽度，且沿卷筒左右摆动，因此变幅钢丝绳从卷筒绕向人字架上端时容易出现干涉问题。

1.2 优化方案

为解决此问题，变幅机构在机台上通常有2种布置方案，一种为人字架后端，一种为人字架前端。当机台设计不受限制时，通常变幅机构放置在人字架后侧，变幅钢丝绳绕绳方案如图1 所示。此时变幅绳起始导向滑轮和最终钢丝绳固定端可以沿人字架上端对称布置，人字架上端结构也比较紧凑，结构受力较好。

图1 变幅钢丝绳绕绳方案

动滑轮与起重臂头部通过拉板（或拉索）连接，因起重机工作时存在侧向风载荷，在回转工况时起重臂和起升载荷都会产生回转惯性力，且此载荷组合对起重臂影响较大，会引起拉板的受力不均衡。变幅动滑轮组虽然在竖直平面和水平面内都可以认定为铰接结构，但因为滑轮效率问题，仍有可能会出现小角度偏斜，导致滑轮磨损增加，寿命降低。

图2 所示方案也是单卷筒出绳方案，在人字架头部设置了平衡滑轮，与起重臂前端的双侧拉板布置相对称，可有效调节在回转或者偏摆过程中起重臂受侧向载荷的影响，使动滑轮组钢丝绳更均匀受力，从而减小动滑轮组的偏斜问题。

图2 单卷筒出绳方案

2 单联卷筒前置绕绳方案

2.1 存在的问题

超高层建筑塔机要求结构回转半径小，通常机台很短，此时人字架竖直布置，变幅机构需要放置在机台前侧，从人字架前端中部绕道后端上部，因变幅卷筒绳槽宽度引导着变幅钢丝绳在人字架头部相对摆动，对钢丝绳避让结构提出构造要求。

当机台结构越来越紧凑，变幅机构从人字架后拉杆后侧转移到前侧，变幅绳和后拉杆结构需要相互避让，如果仍采用顺向缠绕的方式，则会导致人字架支点和主结构件偏心受力，人字架头部需要改为滑轮梁并进行加固，对人字架受力产生影响。

2.2 优化方案

为避免变幅绳与人字架结构干涉，减少对人字架结构设计的影响，变幅钢丝绳首个导向滑轮需要走滑轮组中间，且从动滑轮组中部的滑轮向外侧滑轮穿绕，这样就可以利用人字架中部的空隙避免干涉，且滑轮组依然能够对称排列在人字架上端。这种绕绳方式通常需要配置平衡滑轮，当滑轮组倍率较低时可采用图3（a)方式在中间布置1 片平衡滑轮，当滑轮倍率较高时，可如图3（b)方式在两侧位置各布置1 片平衡滑轮。平衡滑轮与定滑轮组都固定在人字架上端，通常平衡滑轮布置略低于定滑轮。此绕绳方案在FHTD400和FHTD900 塔机上获得应用，解决了钢丝绳干涉和受力偏心的问题，而且人字架结构紧凑，外形美观。

图3 优化后的出绳方案

随着塔机起升高度的提升，起升卷筒容绳量需求越来越大，受人字架高度的限制，起升钢丝绳越来越多从起重臂上方导向到起重臂头部滑轮，为变幅钢丝绳绕人字架提供了更多空间，使变幅绳在A 型人字架中间布置初始导向滑轮和尾绳固定端更加方便。

3 双联卷筒绕绳方案

随着大型塔机起重力矩和变幅力的增加，单联卷筒方案不经济时，常采用双联卷筒出绳方案。此时随着结构受力的增加，人字架结构型式也从A 型尖顶变为梯形或H 型宽顶结构，结构刚性增强降低了侧向载荷影响。

3.1 存在的问题

传统的双卷筒驱动变幅机构采用平衡滑轮将两侧卷筒钢丝绳连接到一起。如图4 所示，卷筒出绳后从H 型人字架头部经外侧导向滑轮绕向动滑轮组，与定滑轮组缠绕后经中间的平衡滑轮与另一侧对称穿绕。此方案变幅钢丝绳为整根绳，在多层卷筒上存在一侧钢丝绳旋向与卷筒绳槽旋向不匹配的问题，此方案为单绳变幅，因钢丝绳磨损断裂可能导致起重臂坠落，有重大安全隐患。在现场施工前，需要准确放样钢丝绳长度，并且双联变幅机构的同步性要完全一致，实际效果不理想，应用较少。

图4 双联单绳

3.2 优化方案

为解决卷筒和钢丝绳旋向匹配问题，将动滑轮组分开，左侧采用左旋卷筒右旋钢丝绳，右侧采用右旋卷筒左旋钢丝绳，对称布置。动滑轮分开后，通过动滑轮横梁连接2 组平衡滑轮，解决因结构受力等原因引起的滑轮组偏斜问题。将平衡滑轮间的中段变幅绳断开，采用楔形接头进行连接固定，这样既可以解决单根穿绕时间长难度大的问题，又可以更好地避免2 根钢丝绳长度测量误差。变幅钢丝绳绕绳如图5 所示，FZQ1650动臂塔机采用此方案，钢丝绳在穿装时可两侧同步穿装，试运行之后，将钢丝绳中段末端调整固定，有效解决了钢丝绳旋转内力的问题，提升了工作效率，延长了钢丝绳使用寿命。

图5 双联双绳

在履带起重机和桅杆起重机等大型起重机上，因结构尺寸限制，通常超起桅杆上只设置变幅导向滑轮，绕绳方案如图6 所示。定滑轮组固定在定滑轮横梁上，横梁与桅杆通过拉板连接。同理变幅动滑轮组也固定在动滑轮横梁上，横梁的设计降低了对结构的尺寸要求，也有利于结构的稳定和约束。

图6 带有固定横梁的变幅绕绳图

4 结论

本文列举了动臂塔机常见的变幅机构钢丝绳绕绳方按，分析了各绕绳方案的受力特点和适用机型，阐述了变幅机构动滑轮偏斜产生的原因和危害，提出了变幅机构钢丝绳绕绳的改进方案，并与结构设计相结合，提升了设计的安全性，通过钢丝绳使用状态的改善延长了使用寿命。

1）变幅机构设计要注重对称结构，钢丝绳绕绳要均衡受力，通过平衡滑轮设计解决结构侧向受力及滑轮组效率损失等原因引起的动滑轮组偏斜问题，从而改善钢丝绳使用状态，延长钢丝绳寿命。

2）变幅机构定滑轮组中的导向滑轮和钢丝绳固定端走中，可有效减小结构尺寸，使载荷传递更均衡简洁。

3）在大型塔机结构设计时，滑轮组固定横梁的设计对简化人字架设计，约束动滑轮组偏斜有良好效果。