王凌云，董志偉，劉獻(xiàn)峰，朱東科，秦 毅，郅有勇

(1.太原重工股份有限公司 起重機(jī)分公司，山西 太原 030024；2.太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 引言

起重機(jī)用欄桿是應(yīng)用于走臺(tái)類的一種防護(hù)保護(hù)裝置，傳統(tǒng)欄桿主要以角鋼立柱欄桿型式為主，其主體由扶手、橫桿、中間立柱、端部立柱和連接銷等組成，為避免現(xiàn)場(chǎng)的施焊作業(yè)，欄桿與對(duì)應(yīng)走臺(tái)連接方式為螺栓連接。但是傳統(tǒng)欄桿的高度、立柱間距、欄桿拐角長(zhǎng)度等型式多樣，同時(shí)存在施工周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高、平臺(tái)預(yù)裝欄桿時(shí)高空作業(yè)安全隱患大等問題。本文在對(duì)傳統(tǒng)欄桿分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種標(biāo)準(zhǔn)化欄桿的型式，并著重對(duì)欄桿與平臺(tái)的連接型式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)欄桿的標(biāo)準(zhǔn)化制作。

1 傳統(tǒng)欄桿簡(jiǎn)介

起重機(jī)產(chǎn)品用傳統(tǒng)欄桿主要以角鋼立柱欄桿型式為主，其主體由扶手、橫桿、中間立柱、端部立柱和連接銷等組成，如圖1所示。

1-橫桿;2-中間立柱;3-端部立柱;4-扶手;5-連接銷;6-平臺(tái);7-平臺(tái)加強(qiáng)筋

1.1 扶手

扶手的一般規(guī)格為鋼管D42.4×3.5和鋼管D33.7×3.2兩種，長(zhǎng)度尺寸沒有標(biāo)準(zhǔn)化；拐彎處為扶手自身彎曲成型，且彎曲半徑尺寸未標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2 橫桿

橫桿的一般規(guī)格為鋼管D26.9×2.8，長(zhǎng)度尺寸沒有標(biāo)準(zhǔn)化；橫桿間距S1、S2為300 mm～450 mm不等，沒有標(biāo)準(zhǔn)化；拐彎處為橫桿自身彎曲成型，彎曲半徑未標(biāo)準(zhǔn)化。

1.3 立柱

立柱分別有中間立柱和端部立柱兩種，長(zhǎng)度尺寸L0在1 050 mm～1 350 mm之間(未標(biāo)準(zhǔn)化),立柱本身的穿橫桿孔位置S1未標(biāo)準(zhǔn)化，以某中間立柱為例，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，欄桿立柱間距J1一般為800 mm～1 400 mm。

圖2 傳統(tǒng)欄桿的中間立柱

1.4 連接銷

連接銷起欄桿片之間連接作用，根據(jù)對(duì)應(yīng)扶手和橫桿的規(guī)格分別對(duì)應(yīng)為銷釘D20-70、D34-70等，其為實(shí)心圓鋼加工件，尺寸如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)欄桿中銷子 圖4 平臺(tái)加強(qiáng)筋

1.5 欄桿與平臺(tái)連接型式

為減少現(xiàn)場(chǎng)的施焊作業(yè)量，相關(guān)欄桿連接處都采用螺栓連接，螺栓連接就需要配鉆，故欄桿出廠前需與對(duì)應(yīng)走臺(tái)進(jìn)行預(yù)裝。如圖1中A向視圖，預(yù)裝包括配欄桿、定位點(diǎn)焊、高空配鉆打孔、裝配螺栓副、清磨點(diǎn)焊疤痕等工序，且預(yù)裝工序均在平臺(tái)外側(cè)完成。傳統(tǒng)欄桿即使在廠內(nèi)預(yù)裝，通常欄桿預(yù)裝對(duì)應(yīng)走臺(tái)往往離地面高達(dá)3 m～5 m,此種預(yù)裝作業(yè)存在極大的高空作業(yè)安全隱患。

1.6 預(yù)裝欄桿對(duì)應(yīng)的平臺(tái)

預(yù)裝欄桿對(duì)應(yīng)的平臺(tái)中有加強(qiáng)筋，如圖4所示。

2 標(biāo)準(zhǔn)化欄桿零件設(shè)計(jì)

本標(biāo)準(zhǔn)化欄桿主體由扶手、橫桿、立柱、連接管和連接板等組成。下面對(duì)其型材選型、高度和長(zhǎng)度、立柱間距、欄桿片間連接型式、欄桿拐彎處等按照相關(guān)技術(shù)資料[1]進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，尤其對(duì)欄桿與平臺(tái)的連接型式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)欄桿的標(biāo)準(zhǔn)化制作。

由于市場(chǎng)的鋼管及角鋼標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6 m,為減少欄桿中扶手和橫桿的二次加工，故欄桿的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6 m,高度根據(jù)用戶的不同要求統(tǒng)一為1.05 m或1.2 m。

2.1 扶手

選用規(guī)格為D42.4×3.5-6 m鋼管作為扶手。

2.2 橫桿

選用規(guī)格為D26.9×2.8-6 m鋼管作為橫桿。

2.3 立柱

選用規(guī)格為∠50×50×5角鋼作為立柱材料，立柱設(shè)計(jì)圖樣如圖5所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化欄桿立柱標(biāo)準(zhǔn)圖

2.3.1 立柱長(zhǎng)度

根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料立柱長(zhǎng)度L0一般為1.05 m或1.2 m,而市場(chǎng)上一根角鋼長(zhǎng)度為6 m,可分5段，利用率很高，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)端部立柱和中間立柱兩種類型，詳見圖5。

2.3.2 橫桿間距

根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料橫桿間距S1≤500 mm,故本欄桿橫桿間距S1和S2都設(shè)計(jì)為350 mm。

2.3.3 各種孔類直徑和輔助尺寸

欄桿的各種孔類相關(guān)尺寸如表1所示。

表1 各種孔類直徑和輔助尺寸

2.3.4 立柱下部與平臺(tái)銜接處的連接孔間距計(jì)算過程

立柱原材料化學(xué)成分及主要性能參數(shù)如表2所示。

表2 立柱原材料化學(xué)成分及主要性能參數(shù)[2]

欄桿防護(hù)安裝后頂部欄桿應(yīng)能承受水平方向力F1≥890 N集中載荷。

利用杠桿原理計(jì)算立柱下部與平臺(tái)銜接處的連接孔間距L2如圖6所示，具體計(jì)算如下：

F1·L1=F2·L2.

(1)

其中：F1為按照標(biāo)準(zhǔn)取滿足使用要求的水平方向力的最小值，F(xiàn)1=890 N；F2為立桿自身連接孔處可承受的最大極限力。

圖6 利用杠桿原理計(jì)算立柱孔間距示意圖

根據(jù)圖6，L1和L2存在如下尺寸關(guān)系：

L1=L0-L2-25 mm.

(2)

其中：L0為欄桿高度極大值，取1 200 mm。

根據(jù)壓力計(jì)算公式(3)，求得立柱連接孔處可承受的最大力值F2為：

(3)

其中：ReH為材料的屈服強(qiáng)度,取值235 N/mm2；S為連接孔處接觸面積；h為立柱連接孔處的厚度，取值5 mm;D為連接孔直徑,取值18 mm;η為安全系數(shù)1.2～2[3]，取最大值2。

將式(2)、式(3)代入式(1)，并代入相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算得L2=59.78 mm,即滿足欄桿扶手處最小拉力時(shí)，立柱與平臺(tái)銜接處的最小孔間距為59.78 mm，最后確定L2取值80 mm。

2.4 連接管

選用兩種鋼管D32×3-70、D20×3-70代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銷釘D20-70、D34-70等，選用標(biāo)準(zhǔn)彎管代替扶手和橫桿自身彎曲成型，詳見圖7。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)欄桿片直線段及拐彎處間的標(biāo)準(zhǔn)化連接管

2.5 連接板

根據(jù)對(duì)應(yīng)立柱選用鋼板8×60-130作為連接板，代替?zhèn)鹘y(tǒng)欄桿對(duì)應(yīng)平臺(tái)的加強(qiáng)筋(見圖4)。此時(shí)連接板可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)加強(qiáng)筋的功能，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)銜接欄桿與平臺(tái)的功能，詳見圖8。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)欄桿與平臺(tái)銜接處的標(biāo)準(zhǔn)連接板

3 標(biāo)準(zhǔn)化欄桿結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1) 為保證欄桿銜接處的整體美感，將每片標(biāo)準(zhǔn)欄桿銜接處設(shè)定在超起始立柱50 mm處，以保證欄桿的剛性和直線度。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)欄桿片與連接板配鉆，用螺栓連接后，裝配到走臺(tái)圍板里側(cè)，連接板與平臺(tái)接觸位置形成L型狀焊縫，進(jìn)行單面施焊。

(3) 欄桿片之間采用連接管連接后，現(xiàn)場(chǎng)裝配焊。形成標(biāo)準(zhǔn)化的欄桿如圖9所示。

4 總結(jié)

標(biāo)準(zhǔn)化后的欄桿可滿足其使用要求，且制作簡(jiǎn)單、方便，降低了制作成本，縮短了施工周期(預(yù)裝效率提高至少1倍)，同時(shí)大大降低了高空作業(yè)安全隱患。

1-橫桿;2-立柱;3-扶手;4-連接管;5-連接板;6-平臺(tái)圍板