动臂式塔机若干设计问题初探
温涛 徐慧 赖裕凤
摘 要：对于当前动臂式塔机设计中存在的问题，文章从结构设计、安全保护等方面对设计中的问题展开了具体的分析，并提出了优化方法，提升动臂式塔机运行的安全性与可靠性，使动臂式塔机的操作更加方便快捷。
关键词：动臂式塔机；结构型式；变幅机构；起重特性
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.061
动臂式塔机是我国诸多生产领域广泛应用的机械设备，其具有作业空间大的特点，尤其是在建筑工程领域的应用，完成了诸多人工不能完成的操作。近年来，为了扩大动臂式塔机的应用范围，在该设备的设计上也提出了新的想法，但是具体实践过程中也暴露出诸多问题，影响着设计的效果与质量。为此，对于动臂式塔机的设计优化十分必要。
1 主要结构型式的选择与分析
1.1 臂架截面型式及材料
为了提升塔机的性能，在当前的设计中中小型设备大多采用质量较轻的三角形截面臂架，可以减少腹杆、臂根、臂头等的应用数量，但是会导致整体构造偏心、臂架自重增加、臂架内力降低。对于这种情况来讲，从动臂塔机的性能以及作用而言，矩形截面的抗扭性能更佳，应保持主肢数为4，才能保障设备的承载能力[1]。而对于臂架来讲采用强度较高、质量较轻的材料也不利于设备的稳定运行，尤其是这种情况下，一旦材料焊接出现问题导致应力过于集中，减弱骨架抗冲能力，将会导致严重的事故发生。
1.2 臂根铰点
臂根铰点事影响拉臂阻力转动效率的重要因素，通常效果处于0.75-0.85范围内，但臂架回转平面如果出现变形会导致效率降低，甚至造成结构破坏，因此，合理选择摆动压力十分重要，并做好球面关节轴承的补偿。
1.3 回转平台的支承
回转平台承载者臂根铰点制作、变幅机构、A形架、起升机构，其作用相当于水平比塔机中的塔顶，位置也基本相同。目前，对于回转平台的支承主要有两种方式，一种是将回转平台上与支座连接层一个实体，一种是将回转平台铰点设置在三角支架上，三角支架与回转支座相连，再利用撑杆支承回转平台后部。这两种方式都不能避免支架受扭转过程中冲击载荷的影响，而且结构安装相对繁琐，尤其是第二种形式，制作与平衡臂之间连接利用的连杆十分复杂，需要高精尖的加工工艺，才能保障其稳定性与灵活性[2]。
2 变幅机构中的第二制动器的控制方法
在动臂机变幅过程中，需要臂架、变幅动滑轮组、拉杆等多项构件的配合，才能保障钢丝绳的方向发生改变，但是这个过程中运动铰点的摩擦阻力存在差异，产生的振动也会对塔机结构造成影响，这就需要更完善性能的起重力矩限制器。国外机械设备设计中，这个问题与流动式起重机的设计一样，已经有效的被解决，但是由于国内设备制造环节应用的是国内的保护装置，导致这一问题仍然普遍存在，导致动臂塔机在运行过程中，起重力矩限制器无法可靠的运行而无法吹实际作用，造成更多的事故发生。对于这种问题，除了通过利用电子式保护装置进行处理外，也可以利用机械式力矩限制器代替传统使用的起重力矩限制器，但在应用过程中需要对起重力矩限制器运行的曲线进行科学的计算以及分析，绘制出具体的运动特性曲线，以便根据实际情况进行合理的选择。
3 风载荷相关问题
动臂式塔机的臂架仰角处于15°- 86°范围之间，导致动臂塔机无论是否处于工作状态都需要对其仰角随着各力矩变大而增大的特点进行考虑，这也是依据臂架长度确定动臂塔机塔身自立高度的原因。当塔机处于非工作状态时，臂架仰角应满足自重力矩尽可能最小、短平衡臂后倾力矩尽可能最大、臂架仰角适宜，降低臂架迎风高度、回转部分可以随风回转、保持尾吹风状态等条件，以便提升臂架抵抗强风侵袭的能力。
具体设计过程中发现，塔顶力矩当臂架仰角读数不同时其参数也会产生变化，而且风载荷条件下，需要保持塔顶力矩处于最大的状态，才能保障塔身回转支承部分的稳定。而这种设计并不保险，由强风前吹导致的动臂塔机事故仍然频繁发生，分析问题出现原因，主要由于防后倾装置在设计上存在缺陷导致的，具体原因为缓冲能力达不到标准、A形架支撑力度不足、防后倾装置支杆与臂架之间的接触不平稳等。对于这些确定可以通过油压缓冲器的应用来解决，主要原理是通过在前方设置安装拉住臂架的防后倾装置，保障臂架与防后倾支杆稳定接触，具体应用中还需要结合实际情况进行进一步的改进与优化。
4 动臂变幅时吊钩水平移动问题
传统动臂塔机应用中以补偿卷筒或滑轮来补偿水平变幅的方式已经被当前的设计所淘汰了，主要是这种设计方式见会导致钢丝绳过于复杂的缠绕，长时间的高负荷运行提升其磨损效率，导致设备运行中的效率受到极大的影响。而使用离合器换挡、差动装置协调起升等方式对变幅运动进行补偿时只适用于某种特殊情况，不具有普适性，而且实际应用过程中也具有冲击力大、机械磨损严重、缺少可靠性、技术落后等弊端，并便于大规模的推广使用。因此，随着科学技术的进步，目前出现了吊钩水平移动的方式，通过吊装精准定位作业地点，提升作业效率，而且减少了不必要的资源与能力浪费；在当前的发展形势下，可以实现与电子技术的有效结合，通过安装高度与幅度传感器接受信号进行自动化控制，能够有效的控制设备运行的速度以及微动性能，目前已有产品进行使用，可以做更广泛的推广。
5 结束语
动臂式塔机设计中存在的问题严重影响着其运行的稳定性与安全性。文章对动臂式塔机设计中具有代表性的问题进行了分析，避光提出了具体的优化设计策略，总结了合理的优化动臂式塔机设计系统性方案，全面优化动臂式塔机性能。同时，也希望广大设计人员在设计实践中不断创新设计方式方法，提升动臂式塔机设计的科学性。
参考文献：
[1]韩松君，张恩，杨传宁等.平头塔式起重机起重臂变幅运动过程中的振动响应分析[J].工程机械，2018，49（09）：16-20.
[2]黄涛.快架塔式起重机起重臂折叠过程動力学分析[J].南方农机，2018，49（17）：39.
[3]李江滔，刘炳杜，杨宏等.超高层动臂塔式起重机附着结构补强分析[J].建筑技术，2018，49（10）：1072-1074.
