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日志

 
 

动臂塔式起重机及其发展趋势  

2009-05-20 08:50:21|  分类: 行业资讯 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[摘 要]简述了动臂塔式起重机的发展历史与现状,着重从结构、设计方法、应用及自动控制方面叙述了动臂塔式起重机的未来发展,提出应加强设计原理方面的研究,站在设计哲学的高度,审视未来的设计。
[关键词]起重机;动臂塔式起重机;发展趋势;人性化设计

1 动臂式塔机的发展与应用

动臂式塔机(即俯仰臂架塔机)是历史上最早出现的塔机型式,其经历过一段辉煌的历史。从工业建筑到民用建筑,从造船厂到港口码头,从钢结构建筑到电站建设,动臂式塔机都发挥了巨大的作用。回顾动臂式塔机的发展历程,不仅受一个国家工业水平的限制,同时又和一个国家的经济发展、文化及整体的科学技术水平相关。二次世界大战之后,战后重建带动了塔机的发展,此时的建筑物高度不高,轨行式、下回转的动臂式塔机占有统治地位。20世纪50年代,随着高层建筑的增多,出现了上回转自升式动臂塔机。20世纪60年代,大中型塔机中,动臂式塔机的市场份额占近70%左右。但是从20世纪70年代开始,小车变幅塔机取代了动臂式塔机的地位。

为了适应市场的需求,要求塔机具有更大的灵活性,澳托·凯赛尔(Otto Kaiser)在20世纪60年代提出了一种不同寻常的塔机概念—HBK系列折曲臂架式塔机,即可实现小车变幅/动臂变幅的混合体,大大提高了设备的利用率,使塔机设计向人性化设计迈出了坚实可靠的一步。其好处是:当塔机处于小车变幅臂架位置时,其工作幅度最大;当仰起臂架时,在不额外增加塔身节的情况下,其臂架在几分钟内就可以转变为增加塔身的高度,大大拓宽了设备的功能和工作范围,适用于冷却塔、电视塔及摩天大楼等建筑物的施工。折曲臂架式塔机的出现,使小车变幅式和动臂变幅式塔机的界限不再分明,但其制造成本较普通塔机要高。

随着经济的发展,建筑楼群的密集,使塔机的工作空间受限。基于高层建筑的发展,新制定的领空权许可制度及跨占邻居领地产生的纠纷等因素,迫使人们改变已有的传统观念,从小车变幅改变为臂架俯仰,为塔机作业创造有利空间,推动了各种类型动臂塔机的改造和发展,全世界塔机生产厂家在设计时都考虑了这些因素,研制出了相应的改进型塔机。对动臂塔机而言,当动臂变幅时,由此会产生附加的静载力矩,想办法平衡这一力矩会大大提高塔机的起重能力,这显然是非常重要的。在机械上解决方法是移动配重,并与动臂仰俯时所需配重相适应。所采取的方法有以下3种:①钢丝绳移动配重方法;②利用连杆的作用,使配重移动;③采用悬挂的配重、吊臂联动装置,达到移动配重的目的。

目前,许多国家在建筑法规中明文规定,吊装作业不能超出施工的作业领域即臂架不能超出建筑围栏,加之动臂塔机可避免多台塔机作业的干涉,以及在非工作状态的平衡稳定性优于水平臂塔机,因此在国外建筑行业中动臂塔机应用较为普遍。动臂塔机在国内建筑行业中尚未得到广泛的应用,究其原因是动臂塔机比同吨位、同起重力矩的水平臂塔机的销售价格高;动臂塔机在吊运重物时变幅速度比水平臂塔机变幅速度慢,工作效率相对较低。但是超高层钢结构工程占地面积小,钢结构构件重,多数在10~40t,水平臂塔机很难起重量和起重力矩都满足要求,尤其是这种工程都是选择内爬式塔机,为提高作业效率设置多台塔机同时作业,使用动臂式塔机既可以避免塔机间的干涉又能满足大起重量的要求。从建筑行业发展趋势来看,城市愈来愈拥挤,在拥挤的城市里施工唯有动臂式塔机能满足施工要求,动臂式塔机的应用会愈来愈多。

目前国内生产动臂塔机的厂家较少,仅有沈阳三洋建机、四川建机、抚顺永茂等几家公司,其动臂塔机的起重量为4~24t,销售对象主要是出口。在这几家中沈阳三洋建机24t动臂塔机的技术水平和产品质量达到了国外同等水平。国外生产动臂塔机的厂家较多,其品种系列为4~80t动臂塔机,尤其以WOLF公司的技术性能国际领先,FAVCO公司生产的大吨位动臂塔机在性价比、内爬技术方面占优,销售的比较好。北京、上海、广州、深圳等城市建设的工程中选用FAVCO的M440D、M900D、M1280D等。

2 动臂塔机的发展趋势

目前,在设计理论上,仍然基于钢结构设计原理,它的基础仍是理论力学、材料力学、结构力学,可靠性学等理论。在设计方法上,我国仍基于经验设计、仿型设计,这与我国的科学技术体系分不开。国外在设计原理方面开展了一系列工作,具备了拥有知识产权的设计体系。在设计与计算手段上,从国外的计算资料上看,手算与计算机计算相结合,并更重视手算;全部由计算机绘图。根据多年教学科研工作,纵观国内外的动臂式塔机设计现状及样机的使用情况,动臂式塔机的发展主要体现以下方面。

2.1 材 料

采用高强度结构钢,最大限度地减轻臂架重量而增加吊重,提高吊重与机重的比例系数而增加配重。同时选材最好选冲击韧性高的材料。臂架选用高性能材料使动臂式塔机重量变轻,可提高变幅速度和工作效率。

2.2 规 模

向大型化发展,特别是钢结构安装和国防需要大吨位吊重、大幅度的起重机,如德国克虏伯的3220tm动臂塔机及德国的2006年制造的1300t起重机。

2.3 结 构

1)模块化设计与拆装 设计。
2)日趋紧凑设计。尽量减少体积,特别是减少平衡臂长度,目的是减少尾部回转半径,扩展其工作范围。
3)简捷设计。最大限度地使结构简单,尽量减短力的传递路线和改善力的传递路径,提高其结构可靠性,改善加工工艺,降低制造成本。选择好的结构和制造工艺,使力流按照捷径由载荷附加点传到支承,使传递力的杆件数量尽可能减少,并保证力流平滑,避免应力集中。

2.4 人性化设计

人性化设计是一种新的设计哲学观,这一理念是为了在设计文化的范畴中,提升人的价值,尊重人的自然属性和社会需求,改变以往以技术化的含量作为产品发展和深化的标志,是以人为未来展开设计思考。人性化设计是站在人性的高度来把握设计方向,以综合协调产品开发的所涉及的深层次问题。人性化设计开始成为时代的新潮。人性化设计主要体现在以下两方面。

1)自动化与智能化 提高设备的自动化和智能化是当前主要的发展方向。由于计算机的出现,使得计算数学得到了空前的发展,为测量仪器仪表的发展提供了广阔的前景,在起重机的各个运动环节及动力设备上,实现在线监测、故障诊断,提供了提前报警,如起重机的工作状况监测;卫星定位,可实现远程监测和维护,大大提高了设备安全性和可靠性。司机室中装有液晶触摸显示器,可以显示吊重、吊钩高度、幅度、风速等数据,同时还装有载荷、力矩测量装置和臂架高度、起升高度等编码装置,通过PLC随时将实际值与允许值比较进行安全保护。

2)产品的外观 产品的外观及颜色也是人性化设计一个方面,同时也是提高产品卖点的主要原因,应该引起人们的重视,不仅重视产品的内在文化,还应提高产品的外在文化,引起人们对该产品的好感,提高产品情感和产品的品位。

2.5 设计原理与方法

产品的质量首先是设计出来的,因此把握住设计质量关是至关重要的。应做好以下工作。

1)许用应力向极限应力设计发展。目前,我国的起重机设计的原则是基于许用应力设计,还没有实现极限应力设计,随着研究工作的进展,逐步向极限应力设计过渡。
2)等寿命设计。目前对于起重机,基本实现了等应力设计,但等寿命设计还有待于专业工作者继续做工作。应具备明确的载荷谱,加强这方面的工作迫在眉睫。由于目前这方面的工作开展的不好,以至于影响了等寿命设计方法的实施。
3)站在设计哲学的高度,审视未来设计,加强设计原理研究对提高拥有自己知识产权和产品竞争力尤为重要。

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