李鵬舉，韋 清，范開英LI Peng-ju, WEI Qing, FAN Kai-ying（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

Design & Research 設(shè)計(jì)研究

大型平頭塔機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功率的確定

李鵬舉，韋 清，范開英
LI Peng-ju, WEI Qing, FAN Kai-ying
（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

[摘 要]介紹平頭塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的載荷工況，分析各載荷工況下的計(jì)算載荷，根據(jù)工況及載荷確定回轉(zhuǎn)阻力矩；比較各載荷工況下的阻力矩大小，并選取驅(qū)動(dòng)功率；通過(guò)實(shí)例分析不同工況、不同計(jì)算載荷對(duì)阻力矩大小的影響，及對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的影響，給設(shè)計(jì)人員、使用者提供學(xué)習(xí)和參考。

[關(guān)鍵詞]平頭塔式起重機(jī)；回轉(zhuǎn)；功率

1 概 述

平頭塔機(jī)沒(méi)有塔頭和拉桿，起重臂和平衡臂懸臂布置，構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、安拆便捷，具有工作幅度大、互換性好等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用，并朝著大噸位、大型化方向發(fā)展。

由于大噸位平頭塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分自重較大，塔機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，自身回轉(zhuǎn)部分及重物沿塔身軸向水平轉(zhuǎn)動(dòng)，其回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功率與尖頭塔機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率有較大差異。驅(qū)動(dòng)功率太小影響塔機(jī)的回轉(zhuǎn)性能，驅(qū)動(dòng)功率太大又造成部件及資源的浪費(fèi)，如何選取功率大小十分重要。塔機(jī)上部構(gòu)造簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 塔機(jī)上部構(gòu)造簡(jiǎn)圖

通過(guò)對(duì)塔機(jī)工況及載荷的闡述，計(jì)算回轉(zhuǎn)阻力矩和等效功率，分析各載荷及相關(guān)參數(shù)等因素對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的影響，并最終選取合理的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功率。

2 工況及載荷

塔機(jī)有多個(gè)工況及對(duì)應(yīng)的多種載荷，計(jì)算不同部件時(shí)，各載荷的相關(guān)參數(shù)選擇也不相同。工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)壓pII和鋼絲繩最大偏擺角αII用來(lái)計(jì)算機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，工作狀態(tài)正常計(jì)算風(fēng)壓pI和鋼絲繩正常偏擺角αI用來(lái)計(jì)算機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率及零件的疲勞強(qiáng)度。

與計(jì)算回轉(zhuǎn)支承的載荷工況略有不同，計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的載荷工況如下：工況A——起重機(jī)的靜載試驗(yàn)工況；工況B——起重機(jī)最大額定起重量工況，不計(jì)動(dòng)載系數(shù)，承受風(fēng)壓pI下的風(fēng)載荷，鋼絲繩偏斜角為αI；工況C——起重機(jī)最大幅度工況，不計(jì)動(dòng)載系數(shù)，承受風(fēng)壓pI下的風(fēng)載荷，鋼絲繩偏斜角為αI；工況D——起重機(jī)空鉤最大回轉(zhuǎn)速度工況。各工況對(duì)應(yīng)的載荷見表1。

表1 各工況對(duì)應(yīng)的載荷

3 回轉(zhuǎn)阻力矩

對(duì)載荷工況A、B、C、D分別計(jì)算，求出最大的回轉(zhuǎn)阻力矩來(lái)確定驅(qū)動(dòng)功率。

起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)需要克服的回轉(zhuǎn)阻力矩T包括摩擦阻力矩Tm、坡道阻力矩Tp、風(fēng)阻力矩Tw和慣性阻力矩Tg。

3.1 靜載試驗(yàn)工況A

1)摩擦阻力矩Tm

滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置在回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力矩為

其中，μ為當(dāng)量摩擦系數(shù)；D為回轉(zhuǎn)支承滾道中心圓直徑，ΣF為滾動(dòng)體法向反力絕對(duì)值之和。

靜載試驗(yàn)工況沒(méi)有坡道阻力矩、風(fēng)阻力矩和慣性阻力矩。

3.2 最大起重量工況B

1)摩擦阻力矩Tm

算法同工況A。

2)坡道阻力矩Tp

由地面坡度、土壤沉降、支腿不平、塔身歪斜等產(chǎn)生的阻力矩為

其中，Gi為起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量的重力；li為回轉(zhuǎn)各部分重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離;θ為坡道角度。

3)風(fēng)阻力矩Tw

風(fēng)作用在塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分和物品上產(chǎn)生的阻力矩為

Twmax=FwQdwQ+FwGdwG(3)

其中，F(xiàn)wQ為物品受的風(fēng)力；dwQ為物品受風(fēng)力對(duì)應(yīng)的幅度；FwG為起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分受的風(fēng)力；dwG為風(fēng)力作用線到起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心線的距離。

4)慣性阻力矩Tg

回轉(zhuǎn)起、制動(dòng)時(shí)，塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分和物品產(chǎn)生的阻力矩為

Tg=TgQ+TgG(4)

其中，TgQ為物品的慣性阻力矩；TgG為回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩。

3.3 其它工況

最大幅度工況C、最大回轉(zhuǎn)速度工況D時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算同工況B。

4 驅(qū)動(dòng)功率

當(dāng)回轉(zhuǎn)部分慣性阻力矩較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率按下式計(jì)算（算法一）

其中，n為回轉(zhuǎn)速度；η為傳動(dòng)效率；TαI為鋼絲繩偏擺產(chǎn)生的扭矩，TaI=FshS=FQStanαI，S為幅度。

當(dāng)回轉(zhuǎn)部分靜阻力矩較小，慣性阻力矩較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率按下式計(jì)算（算法二）

其中，λAS為電機(jī)平均起升轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。

在計(jì)算阻力矩和驅(qū)動(dòng)功率時(shí)，鋼絲繩偏擺阻力矩和物品產(chǎn)生的阻力矩（風(fēng)阻力矩、慣性阻力矩等）不能同時(shí)出現(xiàn)，避免重復(fù)計(jì)入。

物品產(chǎn)生的風(fēng)阻力和慣性力等載荷是通過(guò)鋼絲繩傳遞給臂架的，所以物品產(chǎn)生的風(fēng)阻力矩和慣性阻力矩等由物品（包括下垂鋼絲繩）本身產(chǎn)生的阻力矩之和應(yīng)該等于鋼絲繩偏擺阻力矩。

從阻力矩的計(jì)算結(jié)果大小看，鋼絲繩偏擺阻力矩比物品產(chǎn)生的阻力矩之和要大得多，所以用鋼絲繩偏擺阻力矩取代物品產(chǎn)生的阻力矩是更安全的，也是比較合適的。

比較公式(5)和(6)兩種算法，驅(qū)動(dòng)功率取其大者。

5 實(shí) 例

某塔機(jī)最大額定起重量60t，最大幅度70m，其它性能參數(shù)如表2所示。

表2 某塔機(jī)性能參數(shù)表

表3 各工況阻力矩及功率對(duì)比表

該塔機(jī)最終選取驅(qū)動(dòng)功率之和為40kW，各工況阻力矩及功率對(duì)比如表3所示。由表3可得如下結(jié)論。

1）相同起動(dòng)時(shí)間時(shí)，各工況中，算法二得到的功率比算法一得到的功率大許多，說(shuō)明平頭塔機(jī)靜阻力較小，慣性阻力較大。應(yīng)按算法二計(jì)算平頭塔機(jī)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功率。

2）相同起動(dòng)時(shí)間時(shí)，按照算法二，工況C和工況D得到的功率比工況B得到的功率大，說(shuō)明最大幅度工況和空鉤最大回轉(zhuǎn)速度工況需要更大的驅(qū)動(dòng)功率。

3）適當(dāng)延長(zhǎng)工況C和工況D的起動(dòng)時(shí)間后，慣性阻力矩大幅降低，其所需功率與工況B所需功率相當(dāng)。此時(shí)各阻力矩中，慣性阻力矩和風(fēng)阻力距最大，風(fēng)阻力矩約占35%～45%，慣性阻力矩約占50%～55%，坡道阻力矩較小。

通常情況下，塔機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的起動(dòng)時(shí)間一般為5～10s，根據(jù)平頭塔機(jī)臂架慣性較大的特點(diǎn)，尤其是大噸位平頭塔機(jī)，起動(dòng)時(shí)間取為10～20s更合適。

平頭塔機(jī)三大機(jī)構(gòu)（起升、變幅、回轉(zhuǎn)）驅(qū)動(dòng)功率的特點(diǎn)是：正常使用時(shí)需要功率小，個(gè)別工況下需要功率大。根據(jù)這種特點(diǎn)，建議采用液壓驅(qū)動(dòng)，兼顧三機(jī)構(gòu)的功率需要，使得某機(jī)構(gòu)個(gè)別工況下，峰值功率得到有效輸出，比如變幅和回轉(zhuǎn)共用一套液壓動(dòng)力，最大幅度工況和空鉤最大回轉(zhuǎn)速度工況時(shí)，變幅需要功率小，而回轉(zhuǎn)需要功率大，此時(shí)功率能夠得到合理分配和充分利用。

6 結(jié) 語(yǔ)

1）大噸位平頭塔機(jī)，相同起動(dòng)時(shí)間時(shí)，最大額定起重量工況需要功率相對(duì)小，最大幅度工況和空鉤最大回轉(zhuǎn)速度工況需要功率大。

2）大噸位平頭塔機(jī)的回轉(zhuǎn)阻力矩中，慣性阻力矩和風(fēng)阻力距最大，風(fēng)阻力矩約占35%～45%，慣性阻力矩約占50%～55%。

3）大噸位平頭塔機(jī)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)間取為10～20s更加合適。

4）對(duì)于大噸位平頭塔機(jī)，建議采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，使各工況下三大機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率得到合理分配和充分利用。

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（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號(hào)］TH212;TH213.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)05-0025-03

［收稿日期］2015-03-24

The determination of large flat tower crane slewing drive power