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摘要：文章以基于拉锁悬挂装置设计的绕桩式起重机变幅缠绕避让方式优化为研究对象，首先对绕桩式起重机设计的难点进行了探讨分析，随后探讨了变幅缠绕拉锁悬挂装置设计，最后分析了设计变幅缠绕拉锁悬挂装置应注意的问题，以供参考。
关键词：绕桩式起重机；变幅缠绕；拉锁悬挂装置；设计
在我国沿海风电事业快速发展的大背景之下，风电设备安装数量与日俱增，绕桩式起重机作为风电设备安装的重要装置，在提升风电设备安装效率上发挥着重要作用。然而由于绕桩式起重机在变幅缠绕上依然存在一定的问题，因此需要通过对其进行变幅缠绕拉锁悬挂装置设计，有效解决上述问题，对于绕桩式起重机作用价值发挥具有重要的意义。
一、起重机变幅缠绕系统
变幅缠绕系统是起重机重要组成部分，在起重机进行吊重作业时，变幅缠绕系统能够通过控制变臂架，促使吊重靠近或远离回转中心。起重机在向上变幅时，吊重的运动轨迹图如图一所示，数字1是指起升卷筒，2是指变幅卷筒，3是指动力单元，4是指人字架，5是指臂架。当臂架俯仰角增大β时，吊重由A位置运动至Ｂ位置，完成向上变幅动作。起重机变幅系统主要由以下装置构成，一是液压系统，该系统是变幅机构的驱动系统，二是中间速度转换机构，主要起到速度传递作用，三是吊摆机构，来控制吊重的摆动。起重机在进行变幅缠绕作业时，液压泵斜盘会改变液压泵排量，从而改变马达转速，马达会带动变幅卷筒转动，控制变幅绳的收放，变幅绳拉动臂架，使臂架俯仰角发生变化。
图一 “起重机吊重运动轨迹”
二、绕桩式起重机设计难点分析
对于绕桩式类型起重机而言，变幅缠绕是其中一个非常典型的设计难点，相对于一般的起升缠绕，变幅缠绕更加特殊，它缠绕倍率更大，缠绕钢丝绳更多，主要用于人字架与臂架变幅滑轮间的连接，受缠绕多倍率的影响，因此在起重机运动空间中，便会有很多 钢丝绳贯穿其中，对于常规非绕桩式起重机而言，由于在其中部不受桩腿空间的限制，因此可以直接由机构 直接将钢丝绳引出，然后多倍率的缠绕在人字架与壁架之间。而对于绕桩式起重机而言，由于该机械中心位置有桩腿占据，从而绕装式起重机“一分为二”，分别立于左右两侧，在这一情况下，再 利用钢丝绳进行变幅缠绕时，就需要有意识的避开桩腿。通常情况下，主要有以下三种避让方式：
一是围绕变幅滑轮人字架，将其分为左右 2 套滑轮组，在臂架头部，同样分成 2 套滑轮组，并且在人字架侧的开档与左右开档保持相同状态，与此同时，在人字架侧，通过设置左右平衡改向滑轮，从而使得变幅复杂、缠绕多问题得到有效解决，并且有效避开了桩腿空间，更加有助于起重机运营。这种避让设计方式主要有着如下优点：首先，整体结构形式更加简单，实际制作更加容易，但在臂架头部，受左右两侧开档与人字架侧开档需要保持一致性影响，因此在臂架头部，箱体横向将会挑出更多，从而使得臂架头部的结构重量大大增加，因此对绕 桩式起重机实现轻量化设计带来一定的不利影响，并且受整体结构重量影响，对于变幅钢丝绳选型也提出了更高的要求。
二是同样围绕变幅滑轮人字架侧，分别进行2套滑轮组的设置，在臂架的头部，同样分成 2 套滑轮组，但在左右开档方面上，与人字架侧开档相比，左右开档相对较小一些。受上述两种开档不同的影响，为确保钢丝绳在进出滑轮时，具有足够的偏斜角度，在设计时，需要人字架左右两侧的滑轮组，均向中心偏转一定的角度，与此同时，在臂架侧，其左右滑轮组同样要向外偏转一定的角度。这种避让设计方式主要有着如下优点：首先，有效减少了臂架头部箱体的体积，从而能够将人字架侧左右平衡改向滑轮设置直接取消，达到更好的控制起重机重量的目的，有利于实现绕桩式起重机轻量化设计。但与同时，我们也应认识到，由于两侧滑轮组均需要偏转一定的角度，因此使得实际设计及制作难度大大增加。除此之外，对于变幅缠绕人字架与臂架间夹角而言，它会随着起升角度的变化，而发生相应的变化，同时钢丝绳的入绳角，也会会随着间距的变化。而不断出现变化，因此钢丝绳的入绳角也在时刻发生变化，基于这种不确定的变化，在实际设计滑轮组偏转角度时，只 能依赖于设计者本身的设计经验，来选择一个合适的偏移数值，而经验本身有着不确定性，因此无法保障最终偏移数值一定准确稳定，从而为项目后期带来了一定的人为风险。
三是围绕变幅滑轮人字架侧，分别进行2套滑轮组的设置，在臂架的头部，由铰轴拉板中引出 2 根拉锁，与一组平衡梁滑轮组相连（该平衡梁滑轮组安装与人字架滑轮组跨距相同），从而在拉锁的牵引下，能够形成一个三角形式的拉锁悬挂装置，该装置便是本文主要研究的一种为系统。在人字架侧左右滑轮组间，同样通过平衡改向滑轮进行引导。该缠绕方式臂架头部箱体较小，使得臂架头部重量得到有效的控制，与此同时，由于与人字架左右滑轮有着相同的跨距，因此整体受力更加明确直观。
三、变幅缠绕拉锁悬挂装置设计
变幅缠绕拉锁悬挂装置如图二所示，从图中我们可以认识到，该装置主要由 3 部分组成，在前部，是臂架头部悬索固定端，在中部，是左右 2 根拉锁，在后侧，是由拉锁连接的带有左右滑轮组的平衡梁。在臂架头部悬索固定端，在铰轴、滑动轴承的配合下，通过与臂架头部耳板相连，在装置整个变幅过程中，主要起到绕轴自由旋转的作用，与此同时，在该固定端左右两侧，分别伸出有耳板，该耳板与拉锁锁具相连，在中部位置，左右 2 根拉锁负责连接头部悬索固定端与后侧平衡梁滑轮组，与此同时，为确保由拉锁组成的悬挂装置能够实现左右平衡平衡，在拉锁一端，通过各预留前后各 50 mm 螺纹，从而为左右两侧平衡预留了调节空间，能够有效避免在设计制造阶段，由于两侧拉锁制作时，长度存在较大误差，而出现左右平衡梁受力不均匀现象，影响变幅缠绕拉锁悬挂装置的应用效果。对于后部的滑轮组平衡梁来说，主要构成分为两部分，一是左右滑轮组支架，二是拉锁固定的耳板结构，同时滑轮布置与人字架滑轮有着相同的中心距离，因此可以有效明确起重机变幅受力。
四、设计变幅缠绕拉锁悬挂装置应注意的问题
在做完上述合理分析与计算的基础之上，完成了变幅缠绕拉锁悬挂装置设计，并将设计方案提交审核后，将该套拉锁悬挂装置应用于某公司自主设计的一台绕桩式起重机之上，并对其整体进行相应测试，最终该台起重机变幅缠绕系统圆满完成了各项性能测试，并且整体表现良好，证明了变幅缠绕拉锁悬挂装置有着良好的稳定性能，但在实际应用过程中，依然需要注意以下问题：一是为了确保在现场之中，变幅缠绕拉锁悬挂装置能够有着准确平衡的安装定位，需要在拉锁的前后一端，各预留50 mm 的螺纹配合调节量，为左右两侧平衡预留了调节空间，能够有效避免在设计制造阶段，由于两侧拉锁制作时，长度存在较大误差，而出现左右平衡梁受力不均匀现象，影响变幅缠绕拉锁悬挂装置的应用效果。在完成现场的实际调整安装后，在螺纹配合位置处，应用紧定的螺钉进行固定，以此保证随着时间的推移，螺纹不会因现场实际工作带来的影响（例如变幅缠绕频繁）而出现松动问题。与此同时，在螺纹配合处，应做好相应油漆的标记，并对船体维护人员提出明确要求，具体要求内容为定期定点对该处拉锁进
行检查及维护。此外，还应注意，在拉锁调平后，会对螺钉带来一定的松动隐患，因此为解决这一问题，可以考虑在此处螺纹调整前，先进行热态胶涂抹，然后在热态胶凝固前，及时做好调整，从而更好地对螺纹进行加固，以确保螺纹不会受到外界干扰而出现松动问题。如果条件允许，还可以在该处 位置，设置 1 个限位，一旦出现了螺纹相对滑动问题，在松动至限制位置时，便会发出相应的警报，起重机在接收到警报后，便会立即进入紧急维修状态。
二是在多倍率缠绕系统中，对于钢丝绳而言，每通过 1 个滑轮滚动轴承，便会产生一定的摩擦力损失，因此在实际进行所多倍率缠绕时，应注意第 1 根钢丝绳与最后 1根钢丝绳缠绕，两者之间受力存在很大的差异性，结合本拉锁悬挂装置设计，在实际进行钢丝绳缠绕时，应遵循从右绕到左的顺序进行掺绕，现场虽然工作正常，但随着钢丝绳收紧，平衡杆会存在一定的左右高低差，从而对钢丝绳左右受力带来一定不利影响，为有效消除这一不利影响，在后续设计优化时，可运行钢丝绳花绕形式，并在人字架后方，增设 1 组平衡改向滑轮，从而有效保障了左右平衡梁滑轮组的受力均匀性，促使结构设计计算上更加科学合理。
五、总结
综上所述，绕桩式起重机在风电安装领域有着非常 广泛的应用，并且自身有着非常丰富的避桩方式，在本次设计研究中，文章提出了一种拉锁悬挂装置设计方案，虽然自身也存在一些缺陷问题，但在实际应用时均能够采取有效措施实现妥善处理，更为重要的是，该装置在减轻起重机自重、优化结构设计方面发挥着重要的作用，因此仍有着较为重要的参考价值。
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论文作者:曹海军
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/26
标签：拉锁论文; 起重机论文; 装置论文; 钢丝绳论文; 滑轮论文; 人字论文; 机变论文; 《防护工程》2019年第6期论文;