平臂吊改造门式桅杆

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摘要：采用已有平臂吊标准节及液压提升装置，增加相应辅助结构，构成大型塔式设备安装的机械设备，替代大型履带吊等机械，从而节约大量施工成本。

关键词：平臂吊标准节；液压提升装置；大型塔式设备安装

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

近年国内大型机械制造业蓬勃发展，更新换代频繁，满足了市场多样化的需求，但也带来了一些列的问题，比如机械的使用与淘汰问题，此批机械具备使用性能要求，但效率较新型机械低下、安装不便，因此对于此批机械的处置成为了难题，本文从设备技术改造再利用角度拓展机械设备的利用领域，从而增大了技术落后的平臂吊的利用价值。

针对大型塔式设备安装，改造门式桅杆（双桅杆），对现有资源加以利用，设计改造专用桅杆，为吊装大型塔式设备提供除履带吊外的另一种解决方案。

一、平臂吊改造门式桅杆

1.1 结构组成

利用平臂吊基础节，标准节，爬升套框，回转平台（需改造或重新制作），新制作吊装大梁（60t），配上老辛格，组成门式桅杆（如图1、图2）。

图1

图2

1.1.1 自顶升系统：

分别在两个塔架柱脚处各布置一台卷扬机，利用卷扬机、滑轮组将标准节提升到一定高度后，利用倒链和引进梁将标准节就位，具体顶升方式同ZSC系列平臂吊。顶升状态如图3

图3

1.2 强度核算

此套设备各部件未注明的材料均为Q345B。其屈服强度为：

σs＝325Mpa，板厚t＞16～35mmGB/T1591-1994

σs＝295Mpa，板厚t＞35～50mmGB/T1591-1994

根据现行的国家标准《起重机设计规范》（GB3811-2008），取载荷组合类别Ⅱ―恶劣条件下产生的最大荷载，安全系数可以取nⅡ＝1.34。主梁上翼板后25mm.

当板厚t＞16～35mm时：

拉伸、压缩、弯曲许用应力[σ]Ⅱ=σs/1.34=244Mpa

剪切许用应力：[r]Ⅱ＝[σ]Ⅱ/=140Mpa

1.2.1平臂吊标准节及基础节框架结构：

主柱为H414*405*18*28/Q345

缀条为H200*204*12*12/Q235

图4 图5

（1）结构参数：

H414*405*18*28/Q345 结构参数为

IX=91511.31 cm4

IY=31018.12 cm4

WX=4420.83 cm4

WY=91511.31 cm4

=17.72cm

=10.32cm

SZ=2476.98 cm3

A=291.24 cm2

故整体结构惯性半径为：

==141.1 cm

==140.3 cm

故整体结构抗弯系数径为：

WX=(491511.31+4291.241402)/160=144995.384 cm3

WY=(431018.12+4291.241402)/160=143483.053 cm3

假设塔身高120m 则l=12000 cm

（1）构件长细比：

==85.05< 150

==85.5 < 150

===87.2

===87.6

注:A1Y 构件截面中垂直于Y轴的各斜缀条毛截面面积之和

（2）分肢长细比：

基础节：

==16.48< 0.787.2=61.04

==28.3< 0.787.5=61.25

标准节：

==16 < 0.787.2=61.04

==16 < 0.787.2=27.5

构件稳定性：

根据施工经验：大梁受力点距离塔身中心3米（塔式中心距离塔身边缘不到2米）,

（1）如大梁与塔身间为刚接形式（螺栓连接等）：

244>N1000/144995384+N/(0.517429124)

244>3.6610-5 N

N

本套设备自重413t

故 载重为625t 考虑1.3倍安全系数后实际承载量为480t。

故2个塔架可达到1000t级。

（2）大梁与塔身为铰接形式（球铰结构），大梁弯矩不作用于塔身。塔身结构只有正压力

故244>N/(0.517429124)=1470t 扣除自重，考虑1.3倍安全系数后，每个塔身可达到813t。2个塔架承载力可达到1600t级。

轴心受压构件中的剪力：

V=244=244= 40.5 t

缀条内力计算：

ND=40.5/2/sin42°=30.3 t

=30.3104/6304=48.1 (MPa)

按照第四强度理论：

=244>=

N=575 t

1.2.2大梁强度校核受力分析：

跨中截面特性：

图6

=-

=1.59×1012-1.33×1012

=2.26×1011

=B()+

=

=+40×

=62660000+56169000

=118829000

W===1.84×108

端部截面特性：

图7

=-

=8.67×1010

=B()+

=

=+40×=63664000

W==1.08×108

吊装梁截面几何特征表

截面位置 面积A

/ 惯性矩I

/ 截面模量W

面积矩S

跨中 246200 2.26×1011 1.84×108 118829000

梁端 195200 8.67×1010 1.08×108 63664000

梁的强度及稳定性校核

最大起重量发生在距离主梁支点4.5米处，最大受力450t，

集中载荷、均部载荷及其合成剪力、弯矩图如下：

图8

由上图可知：跨中截面A承受最大弯矩2188.5tm、剪力477.8t，两端截面B承受最大弯矩1327.5tm，最大剪力460t。

根据《起重机设计手册》，核算过程取动载系数K=1.1；不均匀系数K=1.2；最大正应力/

最大剪应力

正应力、剪应力为腹板计算高度边缘的应力值

折算应力

A-A跨中强度校核：

===157（Mpa)

=41.5(Mpa)＜

折算应力==172.8(Mpa) ＜

= 6.81pl^3/(384EI). ==0.02（mm）

B-B端部强度校核：

===162.3（Mpa)

=55.7(Mpa)＜

折算应力==188.8(Mpa) ＜

平衡梁各截面强度计算结果如表5所示：

截面位置 最大弯曲应力

最大剪应力

折算应力

A-A 157 41.5 172.8

B-B 162.3 55.7 188.8

强度准则为：

由此可见，平衡梁的强度满足要求。

2）局部压（拉）应力校核。由《钢结构设计手册》第三版3.1节表3-1知：在梁上集中载荷处当设计了支撑加强筋时，不需要作局部压应力的校核计算。梁跨中和两端的集中载荷处均设置了加强筋，以确保其局部的稳定性和局部的强度。

3） 稳定性校核

（1）由《起重机设计手册》第四篇-第一章-第五节可知，跨中截面高度h=2450mm与两腹板间距b=1020mm之比h/b=2.4

（2） 由《钢结构设计手册》8.7.3可知，跨中截面和两端截面均为：

b/t=1020/40=25.540=33，满足局部稳定性要求。

（3） 跨中腹板高厚比：h/t=2370/40=59.25

t>/15=6.62mm,取t=20mm。横向加强筋的理论要求间距：a=(0.5~2.0) h=0.52450=1225mm取1000mm。两端腹板高厚比：h/t=1520/40=38

（4） 大梁螺栓校核：

10.9级高强螺栓预拉力355KN。其抗剪应力NV=0.9×2×0.5×355=219.5KN

大梁中心最大扭矩（弯矩）为：2188.5tm。中心最大剪力：477.8t。

估计螺栓数：

==22.3

修正==21.8

取22个

验算受力最大螺栓强度如下：

=24×(52+152+252+352+452+552+652+752+852+952+1052）

=24×44275

验算受力最大的螺栓强度

=216.3kN

==217kN

故螺栓方案可行

1.2.3 铰座平台设计：

（1）根据使用要求，铰座平台结构如图所示：

图9

(2)主梁结构:

铰座平台主要结构由四条腿儿对角线方向的两条大梁及其他配筋组成。内部主梁结构如图：

图10

=-

=1.19×1011

W===0.3989×108

设计平台承载800t，平台结构每个梁承载400t

==200.56（Mpa)

(3) 球铰设计：

球铰材质为45号钢（锻造件），经过1：1实物测量，不再校核。

1.2.4 横梁校核：

横梁结构与顶部平台内部主梁相同

则横梁强度为

==260（Mpa)

因横梁两端有支撑可以起到辅助支撑作用，这里为简化设计

取值为345/1.34=257.5(MPa)

1.2.5 大型耳板设计：

图11

本吊耳板根据临港1600t罐体吊装实际测绘，且经过实际验证不在校核。

1.2.6 缆风绳设计

缆风绳主要作用是防止塔架在风载作用下倾翻，按照带载和不带载两种情况考虑。

受力简图：

=-xq 0/l

=- x2q 0/2l+C1

=- x3q 0/6l+ C1x+C2

=- x4q 0/24l+ 1/2C1 x2+C2 x+C3

=- x4q 0/120l+ 1/2C1 x2+C2 x+C3x+C4 挠曲线微分方程

当x=0时，=0 C4=0

当x=0时，=0 C3=0

当x=0时，F(S)=FRA= lq0/2C1= lq0/2

当x=0时, M=- q0l2/3 C2=- q0l2/3

=.........挠曲线微分方程

风载计算

(1)大梁风载计算：

，参考《建筑结构荷载规范》

，参考3.2.10项

(2)塔身风载计算：

（a）不带载时，

每米长度内，在10m基本风压处风载荷：取

=1.41.5（0.414121.3+0.21.481.3+0.20.51.3）1.01.60.22=1.18 KN/m

120m高度处，取

=99.96 KN

塔顶全部水平力之和H：

H=99.96+19.1=119.1 KN=11.9 T

（b）带载时：

按照设备直径8m，110m高度核算。

设备

=1.41.5（11023.1440.8）1.01.60.22

=14.85 KN/m

=1156KN=115.6 T

塔顶全部水平力之和H：

H=115.6+11.9=127.5t

（3）缆风绳布置：

缆风绳与地面夹角理想状态按照45°计算

则缆风绳强度为：127.52/1.414/cos21.8=195t

由于每侧2个缆风绳，单组缆风绳承载100t。

风缆绳用液压油缸操控，钢绞线拉塔架，吊装架是整体提升的主要设备，高达120米，如用传统的钢丝绳滑车组卷扬机施工不能反映风缆绳受风荷载等因素反映力的变化，改为用油缸，钢绞线就解决风缆绳受力明确而保证了计算和实际施工的安全性。使用了钢绞线拉风绳受力大，重量轻，弹性收缩量小，操作方便，不要使用笨重的滑车组和卷扬机的配套机构。

综上采用直径18mm的钢绞线，3倍安全系数，每根钢绞线12.8t。故每组缆风绳由8根钢绞线组成。

1.2.7 配套监控装置：

1）激光测距仪：在每个提升吊点处，选择适当的位置，安装1台激光测距仪。激光测距仪放置在地面上，激光打在被提升结构上，随着被提升结构的提升，激光测距仪的测量距离越来越长。激光传感器量程为300米，测量精度可达1.5mm；

2）压力传感器：在提升过程中，为了监视每台油缸的载荷变化，在每台油缸上安装一个压力传感器，这样计算机控制系统可以实时地感知油缸载荷大小。根据采集的载荷数据，计算机控制系统可准确地协调整个提升系统工作，并对提升系统载荷的异常变化做出及时处理；

3）锚具及油缸位置传感器：在每台提升油缸的上下锚具油缸上各安装一只锚具传感器，在主缸上安装一只油缸位置传感器。通过这些传感器，计算机控制系统可以实时地知道当前提升油缸的工作状态，根据当前状态来决定下一步动作。这是提升系统动作同步的基础；

1.3 辅助机械。

安装时，需要200t汽车吊即可完成

塔架拆除时，需要使用600t履带吊将大梁拆除后再进行降节，此时600t履带工况为主臂超起132m，0t超起配重，额定负荷77t，（大梁重60t，吊索具5t）负荷率86%

结语

综上所述：平臂吊改造门式结构后有以下几个特点

1）起重能力大（双桅杆起重能力能达到1600t）

2）运输方便，其中塔架6m一节（销轴连接），吊装大梁11m一节（螺栓连接）

3）安装方便（自顶升），且市场上多此结构，便于生产施工。

故经过改造后，可以满足目前市场的需要。