试论桅杆起重机在现场的修复与安装

　　摘要：本文对WD20、CWQ20两种桅杆起重机的主要技术性能指标进行了核算，编制了相应的规范，提出了修复的办法和安装的步骤,解决了特殊条件下的实际问题。
　　荣获建筑工程最高奖——鲁班奖的北盘江大桥，位于贵州省六盘水市。钢管拱组拼用两台20t桅杆起重机吊装（320-0087为CWQ20固定式，320-0018为WD20移动式）。本文试对这两台桅杆起重机现场修理与安装作简要概述。重点：吊机缺损件配置、配置件应满足的技术要求、以及安装中在技术方面的注意事项。
　　1在WD20、CWQ20两种桅杆起重机的结构特点
　　相同点：两种桅杆起重机均由立柱、斜撑、臂杆、底梁、横梁、转盘、卷扬机、操作室等部件构成，同属动臂起重机。起重机的起升、回转、变幅机构均由独立的卷扬机通过钢丝绳直接驱动；臂杆均由底节、中节、尖节组成，可拼成20米、25米、30米三种不同的长度；均可安装在桁架上，以满足不同的施工需要。
　　不同点：①WD20桅杆起重机二根斜撑的水平角度可拼成90°、43°；而CWQ20桅杆起重机只能拼成90°。②CWQ20桅杆起重机的臂杆、斜撑与立柱间均用销连接，便于拆装；WD20起重机则采用螺栓连接。③臂杆25米时CWQ20起重机最大起重量14吨；而WD20起重机只有12吨，比前者小。④WD20桅杆起重机25米臂杆的变幅角度3°20´～76°；CWQ20起重机为6°～78°。在起升、变幅、回转速度上，后者强于前者。⑤斜撑结构：WD20起重机用角钢、缀杆组焊而成；CWQ20起重机上下节为筒式结构，中间用法兰盘连接。
　　2缺损件的配置与修复
　　2.1臂杆连接螺栓
　　对配置螺栓的孔进行测量：选用精度0.02mm的游标卡尺，按一定比例抽量或逐个测量。确定孔径后，按螺栓直径小孔径20～30丝计，确定需补充螺栓的直径及公差。
　　320-0018拼装吊机更换142套臂杆螺栓，直径为：M20+0.5+0.2或M20+0.1-0.3（公差带30丝，否则，加工要求高，费用大）。材质：选用45#钢，先调质HB=245～265，再滚丝。
　　320-0018吊机选用万能杆件连接螺栓（旧）改制，A3钢。受力分析及验算：
　　如图2.1：臂长29.2米，立柱高11.13米。
　　余弦定理：AB2=11.132+29.22-2×11.13×29.2cosθ……3.1
　　29.211.13AB
　　正弦定理：-----=------=-------………………3.2
　　sinαsinγsinθ
　　显然，若知θ，则可求出AB、α、γ。
　　图2.1图2.2
　　臂杆受力如图2.2：吊钩重0.392t；试吊物12.5t；吊钩钢丝绳：φ24.5麻芯0.19866/百米×210=0.4吨；钩至臂杆顶端重（上述三项相加）13.29吨；臂杆（上中下）重：1.803+0.585×3+1.147=4.7t；定动滑轮组以及臂杆至立柱顶端钢丝绳重量不计。对C点取矩，则：
　　F（29.2-12）sinγ=13.29cos(90°-θ)×(29.12-12)+(1/2×29.12-12)cos(90°-θ)×4.7
　　化简：Fsinγ=13.29cos(90°-θ)+（12.233/17.2）×cos(90°-θ)
　　3.2式代入：F=AB/11.13（13.29+0.71）=1.26AB……3.3
　　图2.3：在△ODC中，CD2=82+122-2×8×12cosθ=208-192cosθ……3.4
　　12CD
　　————=——……3.5
　　sin∠CDOsinθ
　　图2.3图2.4
　　上图2.4：将受力臂杆放在坐标系中，则∑Fχ=0
　　FΖcos(90°-θ)=4.43cos(90°-∠CDO)+Fcos(90°-θ-γ)
　　FΖsinθ=4.43sin∠CDO+Fsin(θ+γ)
　　（3.5式代入）=4.43×12sinθ/CD+Fsin（180°-α)
　　（3.4式和3.2式代入）=53.076sinθ/+F×29.2sinθ/AB
　　（3.3式代入）FΖ=53.076/+1.26AB×29.2/AB
　　=53.076/+36.74
　　∵在14°ˊ变化。
　　∴θ在14°时，cosθ最大，FΖ最大。FΖ＝48.135t。
　　因底节臂杆两端受力相等，方向相反，则：底节与中节间连接螺栓的剪应力为
　　48.135×1000
　　τ=——————=319.2kg/cm2<[τ]=850kg/cm2
　　（2/2）2π×48
　　所以使用A3钢车制的旧螺栓，满足臂杆剪切应力要求。另修理成本低、加工时间短。
　　2.2回转卷扬机
　　2.2.1备选：
　　（1）F310-117：单慢；电机功率11千瓦；负载5t；滚筒直径400mm；蜗轮蜗杆减速。
　　（2）310-1337：JJM-10；平均绳速8米/分；滚筒直径500mm；电动功率22千瓦。
　　2.2.2两者比较：
　　（1）相同点：单慢，绳速8～9.3米/分，负载持续率25%，外形尺寸相近，机况良好。
　　（2）不同点：①滚筒直径：前者小100mm，对钢丝绳折绕不利。②电动功率：前者小于11千瓦，使转盘旋转欠力。③减速器：前者蜗轮蜗杆传动，停转平缓。后者齿轮传动，停转时，吊钩有摆动，但操作者使用时注意“跟钩”时可克服。
　　∴选用310-1337卷扬机。
　　2.3起升、变幅、回转钢丝绳
　　2.3.1长度
　　通过钢丝绳走向，计算其长度。吊钩绳：30米臂杆364.5米，25米臂杆341.9米；变幅绳181.4米；回转绳66.1米。
　　2.3.2性能
　　因绳使用裸露，来回弯折，所以要求钢丝绳有一定的绕性和弹性、防腐润滑、不扭转打结。安全系数大于6。故钢丝绳选6×19W麻芯，交绕，抗拉强度1670N/mm2。
　　2.4操作室
　　附在立柱上。底部用200mm的槽钢2根（每根长2.7m）与立柱连接，连接螺栓M27×50；6套。槽钢上焊：2.5米长的小槽钢2根，2米长的小槽钢4根。
　　位置：左端距立柱1.5米，右端距立柱0.8米，立柱从操作室中间穿。操作室四角焊75角钢，前高后低。角钢用Ф16罗纹钢焊接，稳固不晃动。四周及顶部用木条、石棉瓦围盖。
　　2.5320-0087拉板销改制验算
　　拉板销长度尺寸小15mm，导致使用时开口销孔遮盖，开口销无孔可插。
　　改制：右侧加盖板，销中心钻Ф18孔，穿M16的螺栓紧固盖板。再在盖板上钻三孔，焊接盖板与销。
　　改制后销抗剪应力验算：选臂杆在最大重量时，最大吊距为研究点。
　　查起重曲线表：吊距14m时，吊重14t，臂杆、钩、绳自重不计，则：
　　拉板的拉力、臂杆的支承力、重物三力平衡。如图2.5所示：
　　AB==21.313米；BD=21.313-11.2=10.113米；
　　γ=arcsin14/25.5=33.2998°
　　α=arctg10.113/14=35.8427°
　　β=180°-90°-α-γ=20.8575°
　　图2.5图2.6
　　据受力图2.6：
　　14F
　　——=——F=21.6t
　　sinβsinγ
　　每根拉板受力21.6/2=10.8t；销的有效面积：4.52π—0.092π=63.56cm2
　　销的剪切应力：τ=10.8×1000/63.56×2=84.95kg/cm2（双剪）。远小于[τ]=1250kg/cm2。说明改制后的销有足够的抗剪强度。
　　2.6保养润滑
　　运转部位加钙基脂润滑。检查卷扬机刹车间隙，齿轮箱齿轮油是否清洁足量。检查电机是否完好，绝缘情况，并空转，测相电流。
　　3安装
　　3.1装机座大梁、底梁锚固梁
　　WD20桅杆起重机：先安装机座大梁、底梁锚固梁，使用水平仪操平，使十字架中心的标高比两个底梁锚点的标高低156mm。随后安装底梁与机座。
　　CWQ20桅杆起重机：先安装A、B型柱头连接板各4块，再安装底梁与机座。
　　3.2依次安装横梁、T形拉杆
　　球碗、球形轴头通常附在机座上。横梁两头各用一套M30×60的螺栓与底梁坚固。横梁与T形拉杆之间用M20螺栓紧固，不留间隙。否则，吊机作业时，前后晃动较大。
　　3.3安装斜撑与立柱
　　连接匹配的斜撑上、下部。注意两端销（或螺栓）孔方向与立柱、底梁匹配。，连接螺栓由上向下穿（帽在下），裸露的丝杆部分涂油，以防雨淋生锈，也便于今后拆卸。
　　斜撑一根与立柱上部螺栓松拧。吊起立柱斜撑，立柱与球形轴头相连，斜撑用销与底梁相连。吊另一根斜撑，与立柱连接。钩栓立柱，卸立柱下面的连接螺栓。吊起立柱，穿好斜撑与底梁连接销。再落钩，穿立柱下面螺栓，拧紧各部位连接螺栓即可。
　　3.4装转盘
　　两个半圈转盘合拼在立柱下部，与立柱、球形轴头用M22的高度螺栓连接（有拉杆座的半圈在前）。装好后，两半圈用连接板（内外共4块）、螺栓连接紧固。
　　320-0087吊机，转盘装好后，应测立柱下部Ф130销孔轴线与臂杆两侧拉杆铰支座销孔轴线的同轴度，要求：不同轴度≤Ф1mm。否则，通过立柱与转盘定位销调整。
　　3.5安装卷扬机
　　根据万能杆件框的对角线，考虑底座落点力度，设计卷扬机底座。
　　卷扬机底座与万能杆件用M27的万能杆件连接螺栓相连，两长边各用6套，两短边各用3套。向下合力约100t，是三台卷扬机工作时产生的向上引力的6倍，故底座安全。
　　卷扬机底座与卷扬机用M24的螺栓相连。每台卷扬机装8～10套连接螺栓。
　　3.6装操作室（参见2.4）。
　　3.7接电线路
　　参照电气原理图，安装电气原件，布线。要求①所有电器绝缘必须满足起重机电气拖动标准，用500V兆欧表检查。②工地用电制、接零保护一致并满足本机配电方式的要求。
　　由电工进行安装。吊机使用前，检查主回路及控制回路（包括电机旋转、吊机动作、控制器指示方向是否一致），并空载试机无误。
　　3.8穿回转钢丝绳
　　按《说明书》介绍的方法穿绕。
　　3.9装臂杆、穿变幅钢丝绳
　　臂杆25米4节，先在地上拼好。为使铰制螺栓顺利穿进臂杆孔，可将铰制螺栓前部加工成锥形。臂杆装好后，选点测臂杆中心线上下、左右偏差。要求：偏差小于全长的1%。若大于1/700时，就要调整。安装臂杆后，即穿变幅钢丝绳，确保臂杆处于安全稳定状态。
　　3.10穿吊钩钢丝绳
　　注意钢丝绳“毁劲”：先将滚筒上的钢丝绳经臂杆尖节全部甩出，然后用卷扬机回收，最后走3系吊钩。钢丝绳不“毁劲”易扭转打结，不利于起吊重物。
　　3.11配安全装置
　　臂杆变幅、转盘回转、吊钩起升限位器，警铃，应急开关，灭火器，两支腿按最大支座反力115%的压配重等。至此，桅杆起重机安装完毕
　　4试吊
　　检查合格后，依国标起重类机械规范进行动、静载试吊。试吊取得一次成功。
　　5结束语
　　WD20、CWQ20桅杆起重机在贵州北盘江大桥工地的修复与安装成功，充分说明该型号起重类设备适应恶劣环境下的生存与工作。它是大型建筑工地（如桥梁建设）不可多得的机械化作业的重要组成部分。

《试论桅杆起重机在现场的修复与安装》

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