大型平臂式塔机变幅功率的确定

侯清涛，王永新，李鹏举

（山东电力建设第一工程公司，山东 济南 2 5 0 1 3 1）

1 概 述

平臂塔式起重机（以下简称塔机）采用钢丝绳牵引式变幅机构，牵引钢丝绳从卷筒上引出，一进一出，并分别固定在变幅小车两端，变幅机构通过驱动钢丝绳带动小车前后运动，实现变幅。

平臂塔机有尖头塔机和平头塔机两种，其钢丝绳缠绕方式基本相同。常见的钢丝绳缠绕方式如图1所示。

2 牵引阻力

变幅机构的布置方式、绕绳方式、运行位置和运行方向不同时，其牵引阻力也不同。最大牵引阻力根据满载、上坡、迎风的工况来确定，所以小车沿着臂架轨道运行时产生的总阻力Fj包括：摩擦阻力Ff、坡道阻力Fs、迎风阻力Fw、起升绳阻力Fh和保持钢丝绳一定垂度所需的张力Fd。

式中：Fj为稳定牵引阻力，N。

1）摩擦阻力Ff摩擦阻力包括车轮沿轨道的滚动摩擦、车轮轴承摩擦、车轮轮缘与轨道的摩擦等。

其中：FQ为起重量，FG为小车、吊钩、钢丝绳重，μ为轴承摩擦系数，d为与轴承配合处轴的直径，f为滚动摩擦系数，β为附加摩擦阻力系数。

2）坡道阻力Fs考虑制造、安装、受载后，小车沿臂架轨道爬坡产生的阻力。

其中：α为轨道坡度。对于尖头塔机，α为0.5°～ 1.5°；对于平头塔机，α为 1.5°～ 2.5°。

3）迎风阻力Fw风作用在小车和物品上引起的小车风阻力FwIG和物品风阻力FwIQ。

4）起升绳阻力Fh由起升绳的僵性和滑轮轴的摩擦引起的阻力，起升绳阻力与起升绳绕过的滑轮数量及起升载荷有关。

其中：α为起升滑轮组的倍率，K为滑轮阻力系数，采用滚动轴承时K=1.03。

5）牵引绳下垂阻力Fd保持钢丝绳一定垂度所需的张力为

其中：q为牵引绳单位长度自重，l为钢丝绳自由悬垂部分长度，h为牵引绳下垂度。

3 功率选择

考虑主动端导向滑轮效率，驱动卷筒需要的牵引力为

其中：η1为单个导向滑轮效率，m为主动端牵引绳到小车所通过的滑轮数量。

稳定运行时的牵引扭矩为

其中：D为驱动卷筒直径，η2为卷筒效率，η3为减速机效率。

稳定运行时的驱动功率为

其中：P为驱动功率，k W；n为卷筒转速；v为变幅速度，m/m in。

由以上公式可知，驱动功率为

4 实例分析

4.1 尖头塔机

某系列尖头塔机（额定起重量60t、80t、100t），变幅速度为v=30m/m in，小车轨道坡度α=1°，塔机各种阻力及功率大小对比见表1。

由表1可知：①不同额定起重量的尖头塔机各载荷阻力所占的比例大致不变，起升绳阻力最大，约占50%，其次是坡道阻力，约占20%；摩擦阻力约占15%，迎风阻力和牵引绳下垂阻力最小；②起升绳阻力对变幅功率的影响最大，减小起升绳阻力对降低变幅功率的效果最明显；③起升绳阻力的优化。

表1 尖头塔机各牵引阻力及功率对比表

在起升绳阻力公式中，载荷FQ、FG固定不变，设计阶段能够选择的是滑轮组倍率α，为考察倍率对起升绳阻力的影响，取φα=(Kα+1-1)/α，则Fh=(FQ+FG)φα不同倍率对应的φα值不同，倍率对起升绳阻力的影响见表2。

表2 倍率对起升绳阻力的影响

由表2可知，起升滑轮组选择8倍率最理想，此时起升绳阻力最小，推荐倍率为6、8、10。选择2倍率时起升绳阻力最大，倍率大于8时滑轮组效率较低。

4.2 平头塔机

某系列平头塔机（额定起重量60t、80t、100t），变幅速度为v=30m/m in，小车轨道坡度α=2°，塔机各种阻力及功率大小对比见表3。

平头塔机变幅功率的计算与尖头塔机相同，但某些参数取值不同。

表3 平头塔机各牵引阻力及功率对比表

平臂塔机臂架都设置有上翘度，以保证在最大载荷和力矩作用下臂架接近水平，确保安全。但平头塔机和尖头塔机臂架因受力形式不同，其上翘度也不同。

尖头塔机通常有两道斜拉杆设置在臂架中，靠拉杆的长短保证起重臂的上翘度，平头塔机无斜拉杆，臂架悬臂布置，其结构特点决定了受载时，平头塔机臂架下挠要大很多。所以平头塔机臂架制作时要设置更大的上翘。

在自重和吊重载荷作用下，塔身、回转塔身和臂架受载变形，臂架的上翘度减小，最终形成运行小车的轨道坡度。吊重在不同位置（不同力矩）时，轨道坡度是变化的。当最大力矩时，轨道坡度最小，此时小车处的臂架接近水平；当小幅度时，臂架下挠小，轨道坡度大，坡道阻力随之增大。平头塔机最大变幅阻力工况为最小幅度、满载、迎风、爬大坡。

由表1、表3可知：①不同额定起重量的平头塔机各载荷阻力所占的比例大致不变，起升绳阻力最大，约占40%，其次是坡道阻力，约占36%，摩擦阻力约占12%，迎风阻力和牵引绳下垂阻力最小；②同等额定起重量时，平头塔机的摩擦阻力、迎风阻力、起升绳阻力、牵引绳下垂阻力和尖头塔机对应的阻力相同；③同等额定起重量时，平头塔机的坡道阻力是尖头塔机坡道阻力的2倍左右；④相同吨位时，平头塔机的牵引阻力和变幅功率比尖头塔机大得多，从变幅功率角度分析，大吨位时选用尖头塔机更加经济合理。 O

5 结 语

1）起升绳阻力对平臂塔机变幅功率的影响最大。

2）同等吨位时，平头塔机的摩擦阻力、迎风阻力、起升绳阻力、牵引绳下垂阻力和尖头塔机对应的阻力相同。

3）平头塔机的臂架设置有更大的上翘度，坡道阻力更大，相同吨位时，平头塔机的牵引阻力和变幅功率比尖头塔机大很多。 O

[1] 张质文，王金诺，程文明，等.起重机设计手册(第二版)[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[2] 柳江坤，潘志毅，蔡福海，等.平头塔式起重机起重臂设计的计算工况研究[J].建筑机械技术与管理，2012，（11）：122-124.

[3] 李鹏举，王永新.动臂塔式起重机变幅力的计算[J].建筑机械化，2009，（9）：52-54.

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