上回转塔式起重机平衡重计算方法研究

姚 萃，惠 鹏，李 攀

（陕西建设机械股份有限公司，陕西 西安 710000)

随着城镇化建设的飞速发展，在塔式起重机（以下简称塔机)使用性能日益提高的同时，对塔机的安全要求也越来越高。平衡重是塔机的重要组成部分，对塔机的平衡稳定起着关键的作用。

1 塔机平衡重的作用和影响

1)作用 在工作状态时，产生后倾力矩以便在工作状态减少由吊重引起的前倾力矩，在非工作状态下，减少强风引起的前倾力矩，保证其抗倾翻稳定性，保证整机平衡。另外，平衡重还要根据起重臂的不同长度进行相应的调整。

2)影响 平衡重过重和过轻都会造成塔机出现倾翻，造成严重事故，发射人员伤亡和机具损坏。平衡重过重，会增加平衡臂的自重，影响塔身的静刚度，也会增大后倾覆力矩，破坏平衡并因此引发安全事故；平衡重过轻，塔机的整体性能就降低了，也会影响塔机的整体稳定性。

因此，准确计算平衡重在塔机的设计及安全运行中就显得尤为重要。

2 塔机平衡重的计算方法

计算塔机平衡重时，首先根据塔机部件参数进行初步计算，根据计算结果匹配相应的平衡重，然后根据塔机整体计算的塔顶载荷数据及顶升配平前后倾数据，对平衡重数量或重量进行相应调整，使其数据调整在合理的范围内后，最终确定配重的数量及重量。平衡重的设计计算，不仅要满足结构的受力强度，还要满足安装、使用、拆卸的实际需要。

3 平衡重的初步计算

根据上回转塔机可按塔身承受力矩最小的原则确定平衡重质量。

式中M1——最小幅度、且不吊重、吊钩在最高的高度倍置时整机相对于回转中心的力矩；

M2——最大吊重在对应的最大幅度处，且吊重只离地时整机相对于回转中心的力矩；

Mjib——起重臂一侧各部件的自重相对于回转中心所产生的力矩；

Mc-jib——平衡臂一侧各部件的自重相对于回转中心所产生的力矩；

Mp——平衡重相对于回转中心所产生的力矩；

Mload——吊重相对于回转中心所产生的力矩；

Mtrolly——小车相对于回转中心所产生的力矩；

Mrope——钢丝绳相对于回转中心所产生的力矩。

以某公司QTZ160 塔机为例，该塔机属于水平起重臂，小车变幅，上回转，自升式平头塔机，起重臂长65m，臂尖吊重1.5t，最大吊重8t，额定起重力矩160tm。根据该塔机的部件数据，按照上述公式，平衡重初步计算值见表1。

平衡重初步设计了3 种规格，分别为A=3000kg，B=2500kg，C=1300kg，根据表1 中平衡重理论值的计算结果，匹配了不同臂长的平衡重组合，见表2。

表1 QTZ160平衡重理论计算值

表2 平衡重的匹配

4 平衡重的调整

按照以上公式确定得到平衡重不能作为最终确定值，在塔机的总体计算中，平衡重计算还要参考塔顶载荷及顶升时的配平前后倾数据进行相应调整。

4.1 根据塔顶载荷数据调整

在塔机的总体计算中，塔顶载荷数据包含了垂直载荷、工况下重力矩、非工况重力矩、风力矩及回转惯性力矩等数据，这些数据与平衡重的质量息息相关。表3 中给出了QTZ160 塔机的部分塔顶载荷数据。

表3 中，有系数重力矩及非工况自重力矩数据非常关键，对塔身（标准节、基础节、爬升架)载荷、塔机基础（固定式混凝土基础或其他基础)载荷及支座反力（附着或内爬)等有着极大的影响，计算数据直接影响塔机的整体抗倾翻稳定性。如果这两行数据在合理的设计要求内，则平衡重暂时不调整；如果两者相差较大，或超出了额定起重力矩，则需调整平衡重组合，使其达到设计要求。

表3 塔顶载荷数据（部分）

4.2 根据顶升配平数据调整

QTZ160 塔机的顶升方式为液压油缸单缸顶升，顶升油缸布置在套架侧方，支撑点并不在回转中心，而在靠近平衡臂一侧。塔机的顶升配平直接影响在顶升作业时的受力状态。表4 为QTZ160 塔机的顶升配平数据。

表4 顶升配平数据

其中M——以顶升点为中心时的塔顶力矩；

G——配平重量（包含小车、吊钩和吊物重量)；

L——配平距离（距离回转重心的距离)。由表4 可以看出，未配平前，M均为负值，说明顶升时塔机处于后倾状态，如果出现正值，说明塔机处于前倾状态，此种状态无法配平，更不能进行顶升作业，则需调整平衡重组合，增加平衡重重量，是整机处于后倾状态才可配平。

在塔机顶升作业中，大多数采用吊1 个或2个标准节进行配平，所以表4 中配平重量G，除了小车与吊钩的重量，重物多以1 个或2 个标准节的重量进行配平计算。表4 中65～45m 幅度的配平重量，吊物为1 个标准节，40～30m 幅度的配平重量，吊物为2 个标准节。

根据配平后前后倾力矩相等的原则，可计算出配平距离L。配平倍置需要在一个合理的范围内，要考虑小车的行驶幅度，不可过于靠近臂根或臂尖倍置。

5 结语

经过QTZ160 塔机实际验证，本文研究的平衡重计算方法准确，能在满足塔机使用需求的情况下优化塔机结构受力，为以后起重设备平衡重研究提供参考依据。在设计平衡重时，除了计算重量之外，其外形、安装方式也要根据整机方案做设计考虑。在使用过程中，一定要按照说明书严格操作，切不可随意更换、调整平衡重，以免引发安全事故。