塔式起重机塔身八杆增强结构的设计

2023-02-04李鹏举

建筑机械化 2023年12期

关键词：杆系弦杆塔机

李辉，李鹏举

（山东丰汇设备技术有限公司，山东济南 250100）

随着海运业务的不断拓展，特别是海上风电装备的吊装需求，对起重机的起升高度要求越来越高，通常达百米以上，门座起重机的起升高度不够，流动式起重机的作业效率低，且岸边抗风能力差，这类起重设备都难以满足安装要求。

带行走门架的塔式起重机（以下简称塔机）相对门座起重机、流动式起重机，其起升高度更大、抗风能力更强。为提高塔身自身刚性，塔身和门架之间通常设置八杆结构[1-3]，本文介绍此类塔机的八杆构造特点和拆分制造工艺。

1 结构简介

八杆增强结构的塔机下部主要由运行机构、门架、八杆、塔身基础节、塔身过渡节和塔身标准节组成。其主要特点是在传统塔机基础上设置的八杆结构，八杆结构下部四角分别固定在门架的四角上，八杆上部固定在塔身过渡节的下部，塔身过渡节上下分别连接塔身标准节和基础节（图1）。

图1 起重机门架简图

2 八杆设计

2.1 构造设计

由于八杆结构的整体高度较大，将其支撑杆结构分为上、下2 层，下层由12 根杆件组成，包括4根下层弦杆和8根下层腹杆；上层由8根弦杆组成，上下层之间设置水平横杆和水平斜杆，用于侧向连接和支承，整体上简称“八杆结构”，如图2 所示。

图2 八杆结构拆分方案

为便于起重机的运输和转场作业，八杆结构采用可拆分式设计。提出2 种拆分方案。

1）全部拆分式将每根杆两端设置横法兰并采用螺栓连接。

2）分片拆分式将上层的8 根弦杆拆为独立构件，下层拆分为4 片框架结构。此种方式接头较少，安拆方便，但是有运输超限部件，这里介绍第二种拆分方式（图3）。

图3 分片拆分式八杆结构图

2.2 实例介绍

根据以上构造特点，给出额定起重量100t、工作级别A5 的起机，其主要结构尺寸如图1 所示，基本参数见表1。

表1 起重机基本参数

结构计算采用杆系模型计算和实体模型计算2种方式，杆系模型计算采用SAP84 有限元软件。杆件计算模型如图4 所示，计算载荷包括塔身标准节4 根弦杆传递给过渡节的轴向力和水平力，门架上部压重和自身风载荷等，杆系模型计算可以得到杆件内力和应力，并依此优化杆件截面。

图4 门架杆系计算

设置八杆后，在八杆连接部位，塔身由受弯构件变为空间刚架结构，刚架的内部杆系在减小塔身受弯的同时，也限制了塔身的位移和转动，大大提高了整机的独立高度，如图5 所示，图5(a)为八杆、塔身和门架结构的整体杆系布置方式，图5(b)为简化后的八杆和塔身结构，图5(c)为塔身对角线方向，八杆结构和塔身的平面受力模型，图5(d)为无八杆结构时的塔身受力模型。在弯矩、竖直力和水平力作用下，塔身承受的载荷减小，载荷转化为八杆内部杆件的拉压作用。

图5 八杆结构模型简化

对于八杆门架的静态刚性，塔机相关规范[4]没有相关要求，仅要求塔身顶部的水平位移，塔身处于独立状态的塔机，在额定起升载荷作用下，起重臂根部连接处的水平静位移不大于1.34h/1 000，其中h为起重臂根部连接处至直接支撑这个塔身的平面的垂直距离。

根据门座起重机相关规范[5-7]的要求，为保证八杆门架有较大的垂直刚度，横梁的跨中挠度不超过其跨度的1/1 500，八杆门架的正面（垂直轨道）和侧面（平行轨道）水平位移δ1、δ2力求相当，且δ1=δ2≤(h1+h2)/1000，八杆门架的变形控制简图如图6 所示，经仿真分析和实际测试本例的塔机满足了八杆门架的刚度控制要求，且该构造形式的八杆门架结构刚度控制较好。