基于一种高度可变的起重机A字架研究
2014-12-30谢继伟
谢继伟
【摘 要】 目前我国内河打捞起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶为主，起重量一般在20吨～200吨。随着我国经济高速发展的需求，我国内河水运建设与发展实现了历史性突破，长江沿线及三峡库区千吨级运输船的数量不断增大，但内河航道应急抢险船舶的配套能力落后。目前国内还没有一艘能满足内河及三峡库区闸门通航限高要求，起重能力上千吨级的应急救捞船，一旦发生大吨位沉船、沉物事故，这将给应急抢险打捞及河道运输安全带来巨大的不利影响。因此，研制大型且能适应内河通航限高的工程船舶是今后我国内河航道应急抢险船舶发展的必然趋势。
【关键词】 通航限高 起重机 A字架 三峡库区 高度可变
1 难点分析
设计内河打捞起重船舶时，必须考虑起重机在非工作状态下的最大高度以满足通航限高要求，通航限高是指船舶通过航道的桥梁、闸门等建筑底面距平均水位高度。三峡库区建成通航以后，我们内河船舶最小通航限高由原来的24米降为17米，即从内河进入三峡库区的船舶，其通航高度要小于17米。这一指标进一步增加了进入内河打捞起重作业船舶的设计难度，起重打捞船舶与普通运输船不同，其甲板上装有用于起重打捞的起重设备，高度比运输船大且难以临时拆卸。起重设备在非工作状态下，甲板面以上的控制高度是其A字架的结构高度，A字架是起重机主受力结构。传统的设计型式为A字形固定结构，其合理的设计高度与设备的起升高度与起重能力等参数相关。一般起升高度与起重能力越大，A字架相应越高。若为满足通航限高，只降低A字架设计高度，会恶化起重机主结构及变幅机构的受力状态，增加起重机建造成本，甚至带有基座类型的起重设备在因结构形式的需要，降低A字架高度的措施在结构构造上也无法实现。
为此，要建造大型的能在内河及三峡库区打捞起重作业的工程船舶，研发一种既在起重机结构构造上能实现且受力合理，又能满足低通航限高要求的A字架，是解决上述问题的关键。
2 研究介绍
武桥重工集团股份有限公司根据内河桥梁建设施工需求，近10年先后成功研制的2500吨“小天鹅号”、400吨“雪浪号”、1000吨“海宇号”船舶起重机及“海威951号”打桩船等系列起重施工设备均满足内河24米通航限高要求。凭借多年在内河大型起重施工设备积累的设计经验，我公司针对目前三峡库区17米的通航限高的要求，成功研发出了一种可以变高的起重机A字架。即起重机起重打捞作业时，A字架呈最高状态，限高时可通过自身机构变至最低高度。其结构形式及变高原理介绍如下。
2.1 结构设计
如图1，A字架结构采用四连杆原理设计，为A字形可折叠框架结构。主结构由前撑杆和后拉杆组成，后拉杆整体与水平呈80°后倾斜状态，分为上、下两段，各关节采用铰接。起重机通航时A字架可向折叠到下极限位置后，满足起重机最高处距水面17米限高要求。
2.2 变高原理
如图2，A字架从最大高度折叠至最低高度是通过起重机的变幅机构、A字架自重、支撑油缸共同作用下完成的。总过程分为两个阶段，第一阶段A字架在自重作用对变幅机构钢丝绳产生张力，通过变幅机构的卷筒放绳让其自然折叠至前撑杆与水平夹角为15°。第二阶段用支撑油缸代替变幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉杆的支撑油缸收缩将其进一步折叠至前撑杆与水平夹角为1°的下极限位置。A字架复原是折叠的逆过程。前撑杆在15°后采用油缸代替变幅力的原因是15°之后随变幅力平衡A字架自重的力臂减少，变幅力会急剧变大，折叠的安全性可靠性下降。此外，也是避免钢丝绳在受力状态下机房出绳口过大与机房里其他设备干涉问题。
2.3 受力分析
A字架折叠的第一阶段，是通过变幅力来平衡其自重。平衡A字架自重的变幅力同样对吊臂产生一个起臂力矩，A字架能顺利折叠的前提是A字架自重产生的变幅力小于拉起吊臂的变幅力。A字架前撑杆从49°变至15°过程中变幅力的变化见表1，拉起吊臂需要的变幅力见表2。由表1和表2的结果可以得出，A字架折叠的第一阶段，自重产生变幅力小于拉起吊臂所需变幅力，折叠的第一阶段起重机是可行且安全的。
A字架折叠的第二阶段，是通过支撑油缸来平衡其自重。A字架前撑杆从15°变至1°过程中支撑油缸受力变化见表3，根据表3，A字架在折叠过程中油缸受力约为恒定值，对液压系统的冲击小，折叠平稳、安全。
3 结束语
基于4连杆原理设计的可变高A字架，结构简单，受力明确，操作简单，安全可靠，其变高主要是借助起重设备自身原有机构实现，经济性能好。此技术已经应用于长江航道局三峡库区1000吨应急抢险打捞船起重组的设计，成功解决了大型打捞起重设备进入内河、长江沿线及三峡库区的难题，随着我国内河水运建设与发展，该技术在打捞、起重等工程船舶上的应用具有广阔是市场前景。
参考文献：
[1]GB50139-2011.《内河通航标准》.
[2]GB3811-83.《起重机设计规范》.
[3]中国船级社.《船舶与海上设施起重设备规范》（2007）.人民交通出版社.endprint
【摘 要】 目前我国内河打捞起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶为主，起重量一般在20吨～200吨。随着我国经济高速发展的需求，我国内河水运建设与发展实现了历史性突破，长江沿线及三峡库区千吨级运输船的数量不断增大，但内河航道应急抢险船舶的配套能力落后。目前国内还没有一艘能满足内河及三峡库区闸门通航限高要求，起重能力上千吨级的应急救捞船，一旦发生大吨位沉船、沉物事故，这将给应急抢险打捞及河道运输安全带来巨大的不利影响。因此，研制大型且能适应内河通航限高的工程船舶是今后我国内河航道应急抢险船舶发展的必然趋势。
【关键词】 通航限高 起重机 A字架 三峡库区 高度可变
1 难点分析
设计内河打捞起重船舶时，必须考虑起重机在非工作状态下的最大高度以满足通航限高要求，通航限高是指船舶通过航道的桥梁、闸门等建筑底面距平均水位高度。三峡库区建成通航以后，我们内河船舶最小通航限高由原来的24米降为17米，即从内河进入三峡库区的船舶，其通航高度要小于17米。这一指标进一步增加了进入内河打捞起重作业船舶的设计难度，起重打捞船舶与普通运输船不同，其甲板上装有用于起重打捞的起重设备，高度比运输船大且难以临时拆卸。起重设备在非工作状态下，甲板面以上的控制高度是其A字架的结构高度，A字架是起重机主受力结构。传统的设计型式为A字形固定结构，其合理的设计高度与设备的起升高度与起重能力等参数相关。一般起升高度与起重能力越大，A字架相应越高。若为满足通航限高，只降低A字架设计高度，会恶化起重机主结构及变幅机构的受力状态，增加起重机建造成本，甚至带有基座类型的起重设备在因结构形式的需要，降低A字架高度的措施在结构构造上也无法实现。
为此，要建造大型的能在内河及三峡库区打捞起重作业的工程船舶，研发一种既在起重机结构构造上能实现且受力合理，又能满足低通航限高要求的A字架，是解决上述问题的关键。
2 研究介绍
武桥重工集团股份有限公司根据内河桥梁建设施工需求，近10年先后成功研制的2500吨“小天鹅号”、400吨“雪浪号”、1000吨“海宇号”船舶起重机及“海威951号”打桩船等系列起重施工设备均满足内河24米通航限高要求。凭借多年在内河大型起重施工设备积累的设计经验，我公司针对目前三峡库区17米的通航限高的要求，成功研发出了一种可以变高的起重机A字架。即起重机起重打捞作业时，A字架呈最高状态，限高时可通过自身机构变至最低高度。其结构形式及变高原理介绍如下。
2.1 结构设计
如图1，A字架结构采用四连杆原理设计，为A字形可折叠框架结构。主结构由前撑杆和后拉杆组成，后拉杆整体与水平呈80°后倾斜状态，分为上、下两段，各关节采用铰接。起重机通航时A字架可向折叠到下极限位置后，满足起重机最高处距水面17米限高要求。
2.2 变高原理
如图2，A字架从最大高度折叠至最低高度是通过起重机的变幅机构、A字架自重、支撑油缸共同作用下完成的。总过程分为两个阶段，第一阶段A字架在自重作用对变幅机构钢丝绳产生张力，通过变幅机构的卷筒放绳让其自然折叠至前撑杆与水平夹角为15°。第二阶段用支撑油缸代替变幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉杆的支撑油缸收缩将其进一步折叠至前撑杆与水平夹角为1°的下极限位置。A字架复原是折叠的逆过程。前撑杆在15°后采用油缸代替变幅力的原因是15°之后随变幅力平衡A字架自重的力臂减少，变幅力会急剧变大，折叠的安全性可靠性下降。此外，也是避免钢丝绳在受力状态下机房出绳口过大与机房里其他设备干涉问题。
2.3 受力分析
A字架折叠的第一阶段，是通过变幅力来平衡其自重。平衡A字架自重的变幅力同样对吊臂产生一个起臂力矩，A字架能顺利折叠的前提是A字架自重产生的变幅力小于拉起吊臂的变幅力。A字架前撑杆从49°变至15°过程中变幅力的变化见表1，拉起吊臂需要的变幅力见表2。由表1和表2的结果可以得出，A字架折叠的第一阶段，自重产生变幅力小于拉起吊臂所需变幅力，折叠的第一阶段起重机是可行且安全的。
A字架折叠的第二阶段，是通过支撑油缸来平衡其自重。A字架前撑杆从15°变至1°过程中支撑油缸受力变化见表3，根据表3，A字架在折叠过程中油缸受力约为恒定值，对液压系统的冲击小，折叠平稳、安全。
3 结束语
基于4连杆原理设计的可变高A字架，结构简单，受力明确，操作简单，安全可靠，其变高主要是借助起重设备自身原有机构实现，经济性能好。此技术已经应用于长江航道局三峡库区1000吨应急抢险打捞船起重组的设计，成功解决了大型打捞起重设备进入内河、长江沿线及三峡库区的难题，随着我国内河水运建设与发展，该技术在打捞、起重等工程船舶上的应用具有广阔是市场前景。
参考文献：
[1]GB50139-2011.《内河通航标准》.
[2]GB3811-83.《起重机设计规范》.
[3]中国船级社.《船舶与海上设施起重设备规范》（2007）.人民交通出版社.endprint
【摘 要】 目前我国内河打捞起重船因通航高度的限制，主要以小型工程船舶为主，起重量一般在20吨～200吨。随着我国经济高速发展的需求，我国内河水运建设与发展实现了历史性突破，长江沿线及三峡库区千吨级运输船的数量不断增大，但内河航道应急抢险船舶的配套能力落后。目前国内还没有一艘能满足内河及三峡库区闸门通航限高要求，起重能力上千吨级的应急救捞船，一旦发生大吨位沉船、沉物事故，这将给应急抢险打捞及河道运输安全带来巨大的不利影响。因此，研制大型且能适应内河通航限高的工程船舶是今后我国内河航道应急抢险船舶发展的必然趋势。
【关键词】 通航限高 起重机 A字架 三峡库区 高度可变
1 难点分析
设计内河打捞起重船舶时，必须考虑起重机在非工作状态下的最大高度以满足通航限高要求，通航限高是指船舶通过航道的桥梁、闸门等建筑底面距平均水位高度。三峡库区建成通航以后，我们内河船舶最小通航限高由原来的24米降为17米，即从内河进入三峡库区的船舶，其通航高度要小于17米。这一指标进一步增加了进入内河打捞起重作业船舶的设计难度，起重打捞船舶与普通运输船不同，其甲板上装有用于起重打捞的起重设备，高度比运输船大且难以临时拆卸。起重设备在非工作状态下，甲板面以上的控制高度是其A字架的结构高度，A字架是起重机主受力结构。传统的设计型式为A字形固定结构，其合理的设计高度与设备的起升高度与起重能力等参数相关。一般起升高度与起重能力越大，A字架相应越高。若为满足通航限高，只降低A字架设计高度，会恶化起重机主结构及变幅机构的受力状态，增加起重机建造成本，甚至带有基座类型的起重设备在因结构形式的需要，降低A字架高度的措施在结构构造上也无法实现。
为此，要建造大型的能在内河及三峡库区打捞起重作业的工程船舶，研发一种既在起重机结构构造上能实现且受力合理，又能满足低通航限高要求的A字架，是解决上述问题的关键。
2 研究介绍
武桥重工集团股份有限公司根据内河桥梁建设施工需求，近10年先后成功研制的2500吨“小天鹅号”、400吨“雪浪号”、1000吨“海宇号”船舶起重机及“海威951号”打桩船等系列起重施工设备均满足内河24米通航限高要求。凭借多年在内河大型起重施工设备积累的设计经验，我公司针对目前三峡库区17米的通航限高的要求，成功研发出了一种可以变高的起重机A字架。即起重机起重打捞作业时，A字架呈最高状态，限高时可通过自身机构变至最低高度。其结构形式及变高原理介绍如下。
2.1 结构设计
如图1，A字架结构采用四连杆原理设计，为A字形可折叠框架结构。主结构由前撑杆和后拉杆组成，后拉杆整体与水平呈80°后倾斜状态，分为上、下两段，各关节采用铰接。起重机通航时A字架可向折叠到下极限位置后，满足起重机最高处距水面17米限高要求。
2.2 变高原理
如图2，A字架从最大高度折叠至最低高度是通过起重机的变幅机构、A字架自重、支撑油缸共同作用下完成的。总过程分为两个阶段，第一阶段A字架在自重作用对变幅机构钢丝绳产生张力，通过变幅机构的卷筒放绳让其自然折叠至前撑杆与水平夹角为15°。第二阶段用支撑油缸代替变幅力平衡A字架的自重，借助靠近后拉杆的支撑油缸收缩将其进一步折叠至前撑杆与水平夹角为1°的下极限位置。A字架复原是折叠的逆过程。前撑杆在15°后采用油缸代替变幅力的原因是15°之后随变幅力平衡A字架自重的力臂减少，变幅力会急剧变大，折叠的安全性可靠性下降。此外，也是避免钢丝绳在受力状态下机房出绳口过大与机房里其他设备干涉问题。
2.3 受力分析
A字架折叠的第一阶段，是通过变幅力来平衡其自重。平衡A字架自重的变幅力同样对吊臂产生一个起臂力矩，A字架能顺利折叠的前提是A字架自重产生的变幅力小于拉起吊臂的变幅力。A字架前撑杆从49°变至15°过程中变幅力的变化见表1，拉起吊臂需要的变幅力见表2。由表1和表2的结果可以得出，A字架折叠的第一阶段，自重产生变幅力小于拉起吊臂所需变幅力，折叠的第一阶段起重机是可行且安全的。
A字架折叠的第二阶段，是通过支撑油缸来平衡其自重。A字架前撑杆从15°变至1°过程中支撑油缸受力变化见表3，根据表3，A字架在折叠过程中油缸受力约为恒定值，对液压系统的冲击小，折叠平稳、安全。
3 结束语
基于4连杆原理设计的可变高A字架，结构简单，受力明确，操作简单，安全可靠，其变高主要是借助起重设备自身原有机构实现，经济性能好。此技术已经应用于长江航道局三峡库区1000吨应急抢险打捞船起重组的设计，成功解决了大型打捞起重设备进入内河、长江沿线及三峡库区的难题，随着我国内河水运建设与发展，该技术在打捞、起重等工程船舶上的应用具有广阔是市场前景。
参考文献：
[1]GB50139-2011.《内河通航标准》.
[2]GB3811-83.《起重机设计规范》.
[3]中国船级社.《船舶与海上设施起重设备规范》（2007）.人民交通出版社.endprint
