（甘肃送变电工程公司 甘肃兰州 730050）
摘要: 提出了一种新型全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆设计方案,充分吸收了传统落地抱杆和悬浮抱杆的优点,降低了抱杆的整体重量，提高了抱杆的灵活性和安全性，适宜山区组塔特别是特高压钢管塔、酒杯型角钢塔的组立，实践证明了该抱杆具有较好的经济性和安全性。
关键词: 全液压；自爬式；抱杆；悬浮；组塔
Research and Application of Inner Suspension Double Rocker Derrick by Fully Hydraulic Self-climbing
Fengxian-Miao1，Wenrang-Wang2，Xiaoming-Hu2，Honglei-Song，Jiannan-Liu
(1. State Grid AC Engineering Construction Company，Beijing Xicheng district, 100052;2. Gansu Transmission and Distribution Engineering Company，Gansu Lanzhou, 730050)
ABSTRACT: This paper proposed a novel design of inner suspension double rocker derrick by fully hydraulic self-climbing. The project takes full advantage of traditional grounding hold-pole and suspension pole, which reduces the overall weight of the pole and improves the flexibility and security. It is suitable for tower erection in mountain, especially for the group of UHV steel tubular towers, cup-type steel tower. The practices proved the efficiency and safe of the proposed project.
KEY WORDS: Fully hydraulic; Self-climbing; Derrick; Inner suspension; Group
1.引言
随着电力工程特别是特高压输变电工程的快速建设，输电线路走廊越来越匮乏，不得不在高山大岭、沙漠戈壁等交通运输困难地方立塔，施工安全风险也较大。为尽可能降低安全风险，落地抱杆在特高压工程中得到推广应用，机械化水平高，安全风险明显降低。但落地抱杆自重大、不仅加大了运输难度，而且经济性较差。例如，在山区组立100吨左右铁塔，所使用的落地抱杆自身重量已达到50吨以上。内悬浮外拉线抱杆是中国输电工程专家的智慧结晶，其自身重量轻，应用方便，但不适宜高山大岭等难以搭设拉线的地形条件，而且拉线系统复杂，安全性能低，施工工艺粗放，缺乏设备化，其推广应用受到限制。而内悬浮内拉线抱杆（或带摇臂抱杆），虽解决了外拉线问题，但受其受力结构的局限性，作业安全风险较高。
在总结落地抱杆和悬浮抱杆各自优点并规避二者缺点的基础上，本文提出了一种新型全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆[1-6]，其不仅适用于山区具有高、重、大特点的特高压钢管塔组立，而且解决了特高压酒杯塔杯口高、吊装困难问题，因自身重量较落地抱杆大幅度降低，且解决了悬浮抱杆拉线搭设难题，而且首次应用全液压动力系统和自爬升技术，机械化和设备化水平大幅度提升，可以适用于各种高低塔型组立。
2. 工作原理与特点
动力传动机构：全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆的动力机构由电动机、液压泵组、执行机构及控制阀组成。液压泵组直接与电机相连，将压力传递给执行机构中的卷扬机、主摇臂、辅摇臂、回转机构等各个液压马达油缸。各类油缸均在控制阀设定的阈值范围内开展工作。
主要工作参数：整机重量20000kg，作业半年1.8～21.3m，设主臂和辅臂（主臂设三个等级分别为12、14、16m，辅臂4m），最大不平衡力矩10tm，双侧额定起重10t，回转角度163°。
塔吊主要特点：塔吊采用主臂、辅臂，伸展自如；通过液压装置实现自爬升；控制阀设定阈值实现安全自控；内悬浮有效降低抱杆重量；采用内拉线解决山区及无法搭设外拉线施工环境难题。
3. 性能对比
对比说明：
（1）自爬升（液压顶升）与外动力提升对比：一般落地式抱杆都有提升框架，可实现自提升，但基本属于半自动化自提升；悬浮抱杆是靠外拉力提升，不具备设备化。本设备采用全液压提升，且实现悬浮液压提升，大幅度提升工作效率，这也是本设备一个重要创新点。
（2）有臂展和无臂展对比:有臂展（辅臂）可实现摇臂的水平、高度可调，液压操控实现灵活就位，机械化程度更高，优于无臂展设备，而且摇臂因高度可调优于平臂。
（3）内拉线与外拉线对比：拉线起到稳定抱杆平衡作用。外拉线受地形影响较大，而且，超过120米高的铁塔，外拉线稳定性将非常差。本设备采用内悬浮内拉线设，并且从结构方面改善了原来抱杆内拉线的控制方式，解决了内拉线因铁塔跟开变小抱杆伸出过高而无法搭设的矛盾，从而摆脱铁塔结构以及地形条件影响，加上力矩限控制，保证抱杆系统安全平衡，也是本设备又一重要特点。
（4）悬浮与落地对比：悬浮抱杆较落地抱杆自身重量轻，是输电工程施工专家智慧的结晶，它充分利用了铁塔特殊对称结构，比落地抱杆更加轻型化。
（5）集成化、设备化水平对比：悬浮抱杆全都是外动力提升，自控和平衡性受外动力影响较大。本设采用动力集成设计，自爬升及摇臂起降回转一起化电控操作，方便运行而且安全稳定。
（6）单侧起吊与平衡起吊：悬浮抱杆一般单侧起吊，力矩靠对侧拉线平衡，不利于吊装稳定性。本设备采用双侧平衡起吊，且全部受力矩限制器控制在受力范围内，吊装安全稳定性更高，因此双侧平衡起吊优于单侧起吊。
4、计算验证
4.1 塔身受力验算
双面塔吊主要采用空间桁架结构，主塔塔身为高强矩形材构成的正方形截面，并与钢管腹杆系共同组成空间桁架系统。根据塔吊结构特点及载荷工况情况，建立有限元分析模型,将塔吊离散成65718个单元，见如下有限元分析模型（Y方向（垂向）为沿塔身平行方向，X•Z为水平方向， Z为沿吊臂方向）：
4.1.1抱杆截面计算
塔身截面尺寸为□900mm，变形和应力都满足设计要求。考虑塔吊整体重量轻型化，将对塔身进行多种方案的对比计算（矩形材及壁厚取不同的尺寸），通过计算结果选取理想的设计方案。因塔吊塔身重量占整机重量的60%，在满足强度及变形要求的前提下，应该选择材料壁厚较小、且挡风面积小的设计方案。
通过计算发现，同为□900截面，型材取90mm×8mm的变形性能比该项性能最优的型材100mm×7mm仅低3%；□900mm截面，型材90mm×6mm的分别比□900截面、型材90mm×8mm和□900截面、型材100mm×7mm重量分别轻15%和11.5%。经比较，选择□900截面，型材90mm×6mm与90mm×8mm混搭方式，经最优组合后，可实现塔身重量减轻500kg。
6 总结
从试组进程上看，6月22日前因为作业人员不熟悉工作流程以及自爬升液压系统不同步问题，工作进展较为缓慢，后期随着人员工作的熟悉和提升问题的解决，施工速度明显提升，最快单天完成吊装22吊，28吨的吊装记录，也是因为吊装就位优势明显。通过应用检验，证实了此设备良好的安全性能和机械化作业水平。特别是自爬升技术的成功应用，为抱杆的提升拓出一条新的成功之路，但在使用当中也发现一些问题，具体总结如下：
1.动力系统全部采用液压传动、制动，相比采用机械传动稳定性和安全性能更高。这也是在组塔抱杆中首次采用液压传动。
2.采用悬浮结构，相对落地抱杆减少了整体重量。抱杆固定方式新颖，成功实现悬浮内拉线控制，适应各种地形施工作业，同时也不太受高度限制，可以组立超过160米及更高的铁塔。
3.自爬升方式是通过抱杆与固定框做相对运动，逐步提升抱杆高度，比传统内悬浮提升方式安全性能更好。
4. 两摇臂主、副臂可根据需要做不同步变幅，并可进行回转角度，可实现垂直和水平灵活变幅，塔材安装就位更方便，吊装速度快，作业效率高，并且有效的解决摇臂内倾现象，具有更高的安全性。
5.各项动作采用电控、液控集中操控方式，力矩阈值伺服系统监控，动作切换灵敏，阈值预警可靠，机械化和设备化水平高。
6.相对于其他组塔方式，自爬升系统液压动力平衡不是很理想，
实现原理不是很优需要改进；动力设计复合动作较多，虽然利于工作但动力偏大，因此增加设备负荷和自身总量，中和评判后改进；吊绳系统布置于地面，不能360度旋转，需要改进。
参考文献
1. SD165-87《电力建设施工机具设计基本要求输电线路施工机具篇》；
2. DL5009•2-94《电力建设安全工作规程》；
3.GB/T 3811-2008 《起重机设计规范》；
4.GBJ135-90 《高耸结构设计规范》；
5.GB 6067-85 《起重机械安全规程》
6.GB/T 5905-1986 《起重机试验规范和程序》
7.DL/T319-2010《架空输电线路施工抱杆通用技术条件及实验方法》
作者简介：
王文让（1968.3-），高级工程师，研究方向特高压输变电工程建设。
论文作者:王文让,胡晓明,麻晓军,孙立,石慧琴
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/14
标签：截面论文; 塔吊论文; 设备论文; 重量论文; 动力论文; 作业论文; 液压论文; 《电力设备》2017年第6期论文;