姚 萃，惠 鵬，李 攀

（陜西建設(shè)機(jī)械股份有限公司，陜西 西安 710000)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的飛速發(fā)展，在塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔機(jī))使用性能日益提高的同時(shí)，對(duì)塔機(jī)的安全要求也越來(lái)越高。平衡重是塔機(jī)的重要組成部分，對(duì)塔機(jī)的平衡穩(wěn)定起著關(guān)鍵的作用。

1 塔機(jī)平衡重的作用和影響

1)作用 在工作狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生后傾力矩以便在工作狀態(tài)減少由吊重引起的前傾力矩，在非工作狀態(tài)下，減少?gòu)?qiáng)風(fēng)引起的前傾力矩，保證其抗傾翻穩(wěn)定性，保證整機(jī)平衡。另外，平衡重還要根據(jù)起重臂的不同長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2)影響 平衡重過(guò)重和過(guò)輕都會(huì)造成塔機(jī)出現(xiàn)傾翻，造成嚴(yán)重事故，發(fā)射人員傷亡和機(jī)具損壞。平衡重過(guò)重，會(huì)增加平衡臂的自重，影響塔身的靜剛度，也會(huì)增大后傾覆力矩，破壞平衡并因此引發(fā)安全事故；平衡重過(guò)輕，塔機(jī)的整體性能就降低了，也會(huì)影響塔機(jī)的整體穩(wěn)定性。

因此，準(zhǔn)確計(jì)算平衡重在塔機(jī)的設(shè)計(jì)及安全運(yùn)行中就顯得尤為重要。

2 塔機(jī)平衡重的計(jì)算方法

計(jì)算塔機(jī)平衡重時(shí)，首先根據(jù)塔機(jī)部件參數(shù)進(jìn)行初步計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果匹配相應(yīng)的平衡重，然后根據(jù)塔機(jī)整體計(jì)算的塔頂載荷數(shù)據(jù)及頂升配平前后傾數(shù)據(jù)，對(duì)平衡重?cái)?shù)量或重量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使其數(shù)據(jù)調(diào)整在合理的范圍內(nèi)后，最終確定配重的數(shù)量及重量。平衡重的設(shè)計(jì)計(jì)算，不僅要滿足結(jié)構(gòu)的受力強(qiáng)度，還要滿足安裝、使用、拆卸的實(shí)際需要。

3 平衡重的初步計(jì)算

根據(jù)上回轉(zhuǎn)塔機(jī)可按塔身承受力矩最小的原則確定平衡重質(zhì)量。

式中M1——最小幅度、且不吊重、吊鉤在最高的高度倍置時(shí)整機(jī)相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心的力矩；

M2——最大吊重在對(duì)應(yīng)的最大幅度處，且吊重只離地時(shí)整機(jī)相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心的力矩；

Mjib——起重臂一側(cè)各部件的自重相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩；

Mc-jib——平衡臂一側(cè)各部件的自重相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩；

Mp——平衡重相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩；

Mload——吊重相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩；

Mtrolly——小車相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩；

Mrope——鋼絲繩相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的力矩。

以某公司QTZ160 塔機(jī)為例，該塔機(jī)屬于水平起重臂，小車變幅，上回轉(zhuǎn)，自升式平頭塔機(jī)，起重臂長(zhǎng)65m，臂尖吊重1.5t，最大吊重8t，額定起重力矩160tm。根據(jù)該塔機(jī)的部件數(shù)據(jù)，按照上述公式，平衡重初步計(jì)算值見表1。

平衡重初步設(shè)計(jì)了3 種規(guī)格，分別為A=3000kg，B=2500kg，C=1300kg，根據(jù)表1 中平衡重理論值的計(jì)算結(jié)果，匹配了不同臂長(zhǎng)的平衡重組合，見表2。

表1 QTZ160平衡重理論計(jì)算值

表2 平衡重的匹配

4 平衡重的調(diào)整

按照以上公式確定得到平衡重不能作為最終確定值，在塔機(jī)的總體計(jì)算中，平衡重計(jì)算還要參考塔頂載荷及頂升時(shí)的配平前后傾數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4.1 根據(jù)塔頂載荷數(shù)據(jù)調(diào)整

在塔機(jī)的總體計(jì)算中，塔頂載荷數(shù)據(jù)包含了垂直載荷、工況下重力矩、非工況重力矩、風(fēng)力矩及回轉(zhuǎn)慣性力矩等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與平衡重的質(zhì)量息息相關(guān)。表3 中給出了QTZ160 塔機(jī)的部分塔頂載荷數(shù)據(jù)。

表3 中，有系數(shù)重力矩及非工況自重力矩?cái)?shù)據(jù)非常關(guān)鍵，對(duì)塔身（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、基礎(chǔ)節(jié)、爬升架)載荷、塔機(jī)基礎(chǔ)（固定式混凝土基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ))載荷及支座反力（附著或內(nèi)爬)等有著極大的影響，計(jì)算數(shù)據(jù)直接影響塔機(jī)的整體抗傾翻穩(wěn)定性。如果這兩行數(shù)據(jù)在合理的設(shè)計(jì)要求內(nèi)，則平衡重暫時(shí)不調(diào)整；如果兩者相差較大，或超出了額定起重力矩，則需調(diào)整平衡重組合，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3 塔頂載荷數(shù)據(jù)（部分）

4.2 根據(jù)頂升配平數(shù)據(jù)調(diào)整

QTZ160 塔機(jī)的頂升方式為液壓油缸單缸頂升，頂升油缸布置在套架側(cè)方，支撐點(diǎn)并不在回轉(zhuǎn)中心，而在靠近平衡臂一側(cè)。塔機(jī)的頂升配平直接影響在頂升作業(yè)時(shí)的受力狀態(tài)。表4 為QTZ160 塔機(jī)的頂升配平數(shù)據(jù)。

表4 頂升配平數(shù)據(jù)

其中M——以頂升點(diǎn)為中心時(shí)的塔頂力矩；

G——配平重量（包含小車、吊鉤和吊物重量)；

L——配平距離（距離回轉(zhuǎn)重心的距離)。由表4 可以看出，未配平前，M均為負(fù)值，說(shuō)明頂升時(shí)塔機(jī)處于后傾狀態(tài)，如果出現(xiàn)正值，說(shuō)明塔機(jī)處于前傾狀態(tài)，此種狀態(tài)無(wú)法配平，更不能進(jìn)行頂升作業(yè)，則需調(diào)整平衡重組合，增加平衡重重量，是整機(jī)處于后傾狀態(tài)才可配平。

在塔機(jī)頂升作業(yè)中，大多數(shù)采用吊1 個(gè)或2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行配平，所以表4 中配平重量G，除了小車與吊鉤的重量，重物多以1 個(gè)或2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的重量進(jìn)行配平計(jì)算。表4 中65～45m 幅度的配平重量，吊物為1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，40～30m 幅度的配平重量，吊物為2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

根據(jù)配平后前后傾力矩相等的原則，可計(jì)算出配平距離L。配平倍置需要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，要考慮小車的行駛幅度，不可過(guò)于靠近臂根或臂尖倍置。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)QTZ160 塔機(jī)實(shí)際驗(yàn)證，本文研究的平衡重計(jì)算方法準(zhǔn)確，能在滿足塔機(jī)使用需求的情況下優(yōu)化塔機(jī)結(jié)構(gòu)受力，為以后起重設(shè)備平衡重研究提供參考依據(jù)。在設(shè)計(jì)平衡重時(shí)，除了計(jì)算重量之外，其外形、安裝方式也要根據(jù)整機(jī)方案做設(shè)計(jì)考慮。在使用過(guò)程中，一定要按照說(shuō)明書嚴(yán)格操作，切不可隨意更換、調(diào)整平衡重，以免引發(fā)安全事故。