一种轻便型快速架设起重机

陈 浩，李志国，刘 岗，刘 禹，石 友

（中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000）

工业化建筑是未来建筑业发展的一个方向，目前在欧美经济发达地区，已经涌现出了很多工业化建筑项目，传统的建筑施工装备已不能满足工业化建筑施工，迫切需要研发一种结构轻巧、架设迅速、转场方便的小型起重机，使其既可在地面完成平房的施工，也可以放在顶层楼板上吊运小型砌块等建筑物料。

1 国内外发展状况

建筑施工吊装设备起源于欧美等发达国家，从最初功能单一的小型设备，通过不断改进产品结构、完善产品性能，逐步发展为功能较为齐全、结构布局合理的专业化施工设备。

通过对国内工业化建筑发展水平发达地区施工现状的调研发现：目前仍多以塔机吊装配合人工辅助搬运为主，工作效率低，且施工成本高；其它一些类似起吊设备，结构过于简单、功能单一，不适合建筑施工用砌块的灵活多变的使用工况。因此在吸取国外产品设计经验的基础上，研究开发一种系列化、专业化的产品设备，为国内工业化施工提供有力的技术支撑。

2 轻便型快速架设小型起重机

2.1 基本组成和工作原理

本文主要介绍一种机构轻巧、架设迅速、转场方便的小型起重机，其基本组成和工作原理如图1所示。

图1 轻便型起重机整机示意图

其主要工作过程是通过卡车等交通工具将设备运输到指定现场，到达后利用行走底架实现小范围内的转移；当用于建筑主体施工时，通过塔机或者汽车起重机等吊装设备将起重机向上一层转移。

起重机就位后需要进行架设，本过程亦体现出该产品的快速架设特点：在顶升及定位装置的作用下由状态A转变到状态B，这是尾拉索受力的临界状态，顶升及定位装置继续作用使其由状态B转变为状态C，完成起重机的架设过程。整个过程操作简单、方便快捷，不需要任何其他外部力量的辅助即可完成，且本起重机回收和架设是一个互逆过程。

起重机工作模式下，当完成架设工序（图2）后，首先进行一次空载调试运行，即将移动吊钩组吊钩满行程升降一次，变幅动作前后行走一次，手动拖动吊钩使臂架绕回转支承旋转一周，完成以上动作之后即可进行吊装作业。

图2 轻便型起重机架设示意图

2.2 主要技术参数

整机自重 ≤2300kg

额定起重量 400kg

最大工作幅度 5m

最大起升高度 5.25m

起升速度 1.5～9m/min

外形尺寸（长×宽×高） 6.7m×2.3m×2m

尾拉索直径 12mm

钢丝绳安全系数n≥12

2.3 设计计算

2.3.1 液压油缸选型计算

液压油缸受力计算，选取两种典型工况进行计算分析：①初始顶升状态（图3）；②尾拉索的临界状态（图4）。

图3 初始顶升受力简图

2）工况二：选取钢丝绳与塔身轴力会焦点做原点，由力矩平衡可推算出液压缸轴力。

因此，综合两种计算工况，液压缸顶升压力取2500kg。

图4 尾拉索介入后临界状态受力简图

2.3.2 回转支撑选型计算

选型依据GB/T 13752-2017《塔式起重机设计规范》

单排及双排球式回转支承计算公式如下

式中Feq——回转支承当量外载荷，N；

以多种句式混合，造成参差错落的节奏变化，既体现了朱熹碑志铭文的特点，也体现了朱熹对不同诗歌体式的理解与掌握。《知南康军石君墓志铭》的铭文可为例证：

Fv——作用在回转支承中心的轴向力，N；

Fh——作用在回转支承中心的水平力，N；

M——作用在回转支承中心的倾覆力矩，Nm；

D0——滚动体中心圆直径，m。

回转支承当量静容量计算

式中F0——回转支承当量静容量，N；

d0——滚柱直径，mm；

θ——公称接触角，取50°；

f0——净容量系数，取49；

Z0——滚动个数，Z0=(1000πD0-d0)/(d0+b)

其中D0为上排滚动体中心圆直径，mm；b为隔离块有效隔离宽度，mm。

选用回转支承型号：H-230.20.0414，回转支承安全系数Kns=1.45，则

设计计算符合GB/T 13752-2017《塔式起重机设计规范》的相关要求，回转支承选型合适。

2.3.3 起重臂计算

计算工况：臂端吊载400kg，冲击系数1.25。

臂架结构：20#H型钢。

经过计算臂架根部弯矩M=M自重+M吊物+M吊具=391050kgcm，弯曲应力σ=M/W=165MPa。因此针对臂架根部进行局部加强处理，加强长度为1080mm，再次验算，臂架危险截面弯曲应力为115MPa。因此，臂架设计安全合理，能够满足使用要求。

2.3.4 整机稳定性计算（图5）

计算工况：①满载前倾，对前支点取矩；②空载后倾，对后支点取矩。计算风压250N/m2，动载系数1.25。分别计算起重机长度方向和对角线方向的稳定性。

满载前倾矩计算公式

空载后倾矩计算公式

通过以上计算公式，带入理论数据进行计算，将计算结果汇总成表1所示。

表1 整体稳定性倾翻力矩表

如表1可见，吊载时对前支点合力矩为负，说明整机相对前面支点向后倾；空载时对后支点合力矩为正，说明整机相对后面支点向前倾。因此，本起重机的整体稳定性满足设计要求。

图5 整机稳定性受力简图

3 结 语

本起重机在设计过程考虑风载荷和动载荷的影响，通过对液压油缸合理选型，保证了起重机在架设过程中具有充足的顶升驱动力；通过对回转支承的选型计算、起重臂设计计算保证了起重机结构的可靠性；再对整机进行稳定计算，确保起重机在工作过程中不倾翻。通过以上的设计计算确保起重机能够满足机械产品设计的各项指标，以便在生产使用中安全可靠应用。

随着工业化建筑迅速发展，装备技术基础显著增强，但施工效率提高幅度不大。该产品可解决利用大型塔机吊运砌块等构件时造成塔机起重量不能充分发挥的浪费及采用人工搬运施工效率极其低下的难题，还能带动国内许多相关产业的发展，加快实现建筑业的整体现代化。