抱杆摇臂内倒原因及解决方案浅析

童 琦

（浙江省建设工程机械集团有限公司，浙江 杭州 310014）

1 现状分析

在组立中小型电力铁塔过程中，通常采用双平臂落地抱杆或者双摇臂落地抱杆进行吊装工作，抱杆在组立过程中处于铁塔下方的中心位置，对铁塔的组立起到了事半功倍的作用。

本文以双摇臂落地抱杆为例，该抱杆设计为双侧可摇动式吊臂，多采用卷扬机带动摇臂完成仰俯变幅动作：变幅钢丝绳从地面卷扬机出绳后转入塔身内部直至塔顶，通过塔机顶部的转向滑轮后与吊臂头部滑轮组进行倍率组合，完成穿绕，再通过卷扬机收放带动变幅钢丝绳进行幅度的变换，故摇臂的正常仰俯对抱杆的安全至关重要。但现有摇臂抱杆在摇臂空载仰起至较小幅度处会发生内倒现象，撞击塔顶缓冲块，使得抱杆有所晃动。主要原因是现有摇臂抱杆均采用地面卷扬机进行变幅，贯穿抱杆全高的变幅钢丝绳的自重会产生一个向内向上趋势的力矩，当摇臂处于较小幅度时，该力矩会导致摇臂内倒。同时因电力铁塔的结构形式均为下部根开大上部开口小，摇臂在高空吊装时才会使用全幅度进行动作，而低空则只会使用大幅度，所以内倒现象往往发生在高空吊装时。

以某公司30tm 双摇臂落地抱杆为例，该抱杆塔身设计高度为120m，变幅角度为3°～87°，摇臂铰点到塔顶滑轮中心点距离为10 014mm，吊臂长度9 615mm，吊臂重量565kg，吊钩重量280kg，选用∅13-NAT6×29Fi+IWR1770ZS 型号钢丝绳为变幅绳，理论重量71kg/100m。经计算可得摇臂内倒角度，见表1。由表可知摇臂在空载仰起运行过程中，未达到设计最大变幅角87°时就会发生摇臂内倒现象。

表1 不同塔身高度下的摇臂内倒角度

2 解决方案

针对上述摇臂内倒情况，各个制造厂家也给出了不同的解决措施。

2.1 塔顶安装弹簧缓冲器

塔顶安装弹簧缓冲器（图1）为目前制造厂商最常用的一种解决方案。该装置一般安装在摇臂抱杆塔顶上部，采用压缩弹簧来克服变幅钢丝绳的自重，解决摇臂内倒的问题。设计时先计算全高抱杆摇臂内倒的对地最大夹角，再根据该角度与最小变幅角的差值来确定弹簧的压缩量，从而选择合适的弹簧。

图1 弹簧缓冲器

该方案的优点在于弹簧缓冲装置结构简单，性价比高，是目前最常用且有效的解决方案。缺点在于该装置一般安装于塔顶外侧，当双摇臂落地抱杆双侧摇臂收拢时，整个收臂尺寸就会变大，无法正常通过铁塔天窗，因此需要在抱杆完成收臂后高空进行拆除弹簧缓冲器，难度极大，同时高空作业存在安全风险，以致现场工人对此较为排斥。

2.2 改变力臂

改变力臂是对引起内倒的力矩或者抵抗力矩进行改变，以达到增大摇臂内倒角度的目的。故可从2 个方面进行考虑：一是减小变幅钢丝绳自重引起的力矩，根本目的是减小变幅钢丝绳的力臂长，设计时可增大塔顶滑轮距摇臂铰点的垂直高度，以减小变幅钢丝绳对抱杆中心的夹角，使得变幅钢丝绳的力臂变短，从而减小变幅钢丝绳自重引起的力矩；二是增大摇臂及吊钩的抵抗力矩，各厂家现有抱杆的摇臂摇动铰点基本设置在摇臂竖直重心位置。当摇臂处于小幅度时，吊臂重心或吊钩对摇动铰点的作用力臂较小。为减小摇臂内倒情况的发生，设计人员可将摇臂摇动铰点上移至上弦杆中心线上或者更远，在摇臂处于小幅度时，将会增大作用力臂从而达到增大抵抗力矩的目的，见图2。

图2 摇臂结构示意图

上述方法在理想状态下可以消除内倒现象，且该方法无须在抱杆任何部位增加附件，避免高空拆除作业，仅对结构件进行优化以解决问题。但由于抱杆其他边界条件的限制，如收臂尺寸、高度等，抱杆结构的优化往往达不到最佳，故该方法也不能彻底解决内倒问题，仅能在一定程度上减少内倒现象。

2.3 改变变幅机构安装位置

摇臂内倒是由变幅钢丝绳自重引起的，因此消除或者大大减小其自重即可。一般来说可以上提变幅机构至抱杆上部合适位置从而减小钢丝绳自重，但抱杆变幅绳的单绳拉力往往大于1t，致使机构重量、体积较大。因此，对于中大型摇臂落地抱杆可满足机构上提的空间条件，适用此方案。但对于市场占有量更大的小型摇臂抱杆来说，在整体空间上无法布置机构；现场使用上各送变电公司往往不采购抱杆变幅机构，均由机动铰磨代替，更具经济性和可操作性，故该方案不适用于小型摇臂落地抱杆。

2.4 改变摇臂变幅源动力

减少钢丝绳自重可以上提机构，而消除钢丝绳自重的方法就是改变摇臂变幅的源动力。根据汽车起重机的变幅原理，取消变幅机构，由液压泵站和液压油缸提供变幅源动力，彻底消除钢丝绳自重的影响。采用油缸变幅的抱杆可以降低塔顶的高度或者直接取消塔顶，降低抱杆全高，减少制造和运输成本，对于克服摇臂内倒的效果显著。但臂头钢丝绳的取消会改变的摇臂的受力模型，使得摇臂根部受力大大增加，进而影响摇臂的截面形式及尺寸，且液压泵站基本都由电机驱动，降低抱杆组塔的适用面。

3 结语

双摇臂落地抱杆是组立电力铁塔的重要起吊设备，加强对抱杆各部件的研究设计，才能使得抱杆在工作过程中更安全。本文通过4 种方案的分析，从源头上剖析摇臂抱杆吊臂内倒的原因并加以解决，下一步技术人员还需不断深入思考，深入现场，探究更可靠的解决方案，以期在不远的将来实现该问题的攻关。