金文忠
（广东省建筑机械厂有限公司，广东，广州，510095）
【摘 要】在建筑工程施工中，对于高度在20~40m的建筑，如果使用自升塔机进行施工，显得有些浪费，如果使用非自升轻型塔机，其提升高度又无法达到规定要求。为满足施工要求，轻型折臂式起重机被设计出来。在轻型折臂式结构中，折臂机构是一个重要的组成部分，对其进行合理的设计具有重要意义。基于此，本文重点对轻型折臂式塔机起升中折臂机构的设计措施进行探讨。
【关键词】轻型折臂；塔机起升；折臂机构；设计
一、QT20的结构特征
1.1长起重臂的可折性
QTZ20机起重臂的长度是25m,作业覆盖面积被增大;平衡臂的长度为12米。起重臂又前臂与后臂组成,其中，前后臂折成的夹角度数为60°~2000°之间, 折臂拓架存在于前后臂铰接处,折臂析架、后臂、塔帽、折臂析架拉索四部分组成的结构呈平行四边形,后臂还可以成一定度数的仰角，但是为了实现小车变幅需要保持前臂的水平状态，保证非折臂与折臂两种工作状态存在于塔机中。非折臂的工作状态,其最大的工作幅度、最大的起升高度分别是25m、26m,如果建筑物大于此高度，经过约半小时其可以转变为折臂状态;当后臂的仰角为45°时,工作幅度为21.3m,起升高度为34.3m;当后臂的仰角为80°时,最大的起升高度为38.3m。
1.2塔帽与平衡臂
该机塔帽的结构式两片矩形片式析架,呈后倾的“认”字形样式,这样能够很好的改善折臂状态下的塔机受力情况。平衡臂跟起重臂机构一样截面为三角结构,同时平衡臂和塔帽的宽度尺寸等于起重臂两下弦杆外缘的宽度尺寸，所以这两者的加工都可以在起重臂工装上进行,使生产成本大大降低。
1.3安全保护装置的装设
该机以GB5144-85《塔式起重机安全规程》的规范为标准,完整的安全保护装置被设置,主要有起重力矩限制器与起重量限制器、起升高度限位器与工作幅度限位器、回转限位器,这项规定还可以应用到非折臂状态与折臂工作状态中,同时，折臂仰角限位器与完善的电气过载保护装置也同时被设置。
二、安装及折臂方法的使用
2.1安装可折式起重臂
该机的其它部件的安装都已经是比较成熟的技术，但是起重臂除外。该机将前后臂铰接的结构特点巧妙使用, 死点位置可以利用起重臂自身反拱克服实现,先将后臂扳平、再利用折臂析架扳平前臂的分步架设方法[1]。相关证明表明此方法的构思比较巧妙、新颖性强、比较简便省力。
2.2转换折臂状态
该机实现起升与折臂转换利用同一机构、同一根钢丝绳利用的是钢丝绳的缠绕技术。折臂时需要将起重吊钩升高到最高的位置，并且与小车相接触,然后将起升机构开动, 慢慢仰起后臂,仰到适当的角度，再将后臂拉索调整好,就进入到了折臂工作状态。
三、验证轻型塔机折臂机构的合理性
描述轻型塔机的理想状态如下:
①设计一种提升高度比非自升式轻型塔机高是该问题的最终目的, 但是塔机本身的重量不能太大；
②使轻型塔机的提升高度增加是理想解；
③轻型塔机不能自行升高是实现理想解的阻碍物；
④导致此障碍出现的结果: 由于最大提升高度对其的限制,若建筑物施工达到一定的高度, 轻型塔机不能正常工作;
⑤此障碍被消除的方法: 当施工达到某一高度,塔机的最大提升高度增加；可用资源:当建设到一定高度后, 塔臂就可以是塔身的一部分, 从而增加最大提升高度也就是折臂式( 图 1a) , 或者建到某一高度后增加塔身的高度, 也就是塔身利用自升式, 如（图 1b）。
图1轻型塔机自行升高的两种方法
现阶段，大中型塔机包括折臂式与自升式塔机,现在很少见折臂式轻型塔机和自升式轻型塔机，折臂式与自升式可以实现轻型塔机的折臂或自升。此形式都具有比较成熟的技术, 至今折臂机构与自升机构都发展了很长时间，但将专门的折臂或顶升系统用在轻型塔机上是很浪费的行为,应该寻找其他可利用的资源。相比而言，实现轻型折臂式塔机可以有很多资源利用, QT20型的折臂转换就是利用了轻型塔机的起升机构, 这个设计与理想解的前 3 个特点相吻合,但是缺点是要重新缠绕钢丝绳再进行折臂转换,所以如果想使该设计满足理想解的 4 大特点就可以消除这一缺陷[2]。下面利用 Pro/I 系统分析轻型折臂式塔机的起折臂机构, 同时提出创新方案设计折臂机构。
四、轻型塔机起升——折臂机构的创新方案
Pro/I 的系统分析可以利用功能模型的建立进行全面描述,使各部件在系统中的功能明晰, 将当前系统存在的不足找出来,讲系统中存在的问题提示出来。Pro/I 问题分解主要从三方面分析产生问题的原因：时间历程、因果关系、外部环境, 将复杂的问题转换为比较简单的问题。图2是QT20 型折臂式塔机起升折臂机构是运用 Pro/I 进行的系统分析图。由图显示,系统图的末端, 起升机构与折臂机构不是完全合并的,所以为了把两机构合并起来,需要将起升机构和折臂机构的滑轮组用一根钢丝绳同时绕起来。将导向滑轮装设在小臂末端, 卷筒一端固定的是起升钢丝绳, 另一端绕过起升滑轮组, 然后再绕开小臂末端的导向滑轮和折臂滑轮组, 最后将其固定在塔帽的滑轮上,图2展示了缠绕的方式。
图2 折臂绕绳示意图
如果利用图2展示的绕绳方式, 钢丝绳固定装置需要设置在前臂末端。将连接板焊接在起重臂前臂末端的下腹板上, 凸台和耳板也焊接在该连接板上, 转动轴将固定板与耳板联结, 弹簧将固定板的中部与连接板撑开, 在弹簧的弹力下，钢丝绳被其前部的凸台与连接板的凸台夹紧。如果塔机起吊重物, 要夹紧钢丝绳，如果转换折臂时, 向上的力被吊钩装置施加在固定板的后部，如果力量足够大, 会分离连接板凸台与固定板凸台, 钢丝绳会被松开, 然后起升机构被继续开动,慢慢仰起后臂, 仰到适合的高度时将后臂拉索调整好, 然后固定前臂末端的钢丝绳，由此进入折臂的工作状态。当完成折臂动作后,将吊钩装置固定, 在弹簧力的作用下，固定装置夹紧钢丝绳。
五、结束语
综上所述，早期施工中，由于轻型折臂式塔机在进行折臂转换时需要将起升钢丝绳拆下,将折臂钢丝绳重新穿绕, 完成折臂后再将起升钢丝绳穿绕, 操作过程比较繁琐,时间和人力都会被浪费, 所以没有实现大批量的推广。本文的塔机的创新设计应用了 TRIZ 理论, 创新了轻型折臂式塔机的起升折臂转换机构的绕绳方式, 相比于传统的绕绳方式, 进行折臂转换时，采用新的绕绳方式不需要将起升钢丝绳拆下, 有利于人力与时间的节省, 此折臂方式不仅可以用在轻型塔机上, 还可以用在大中型塔机中。
参考文献：
[1]檀润华.创新设计TRIZ: 发明问题解决理论[M].北京:科学出版社.2002:25-26.
[2]高顺德,牟晶晶,宋晓光,等.折臂式随车起重机力矩限制器算法研究与实现[J].建筑机械,2012,(08):92-97.
作者简介：
金文忠（1988-）男，广东湛江人，助理工程师，本科，从事工程技术及管理工作。
论文作者:金文忠
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/26
标签：重臂论文; 塔机论文; 钢丝绳论文; 机构论文; 高度论文; 前臂论文; 状态论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;