大型起重机配重承载平台的结构设计

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近年来，伴随着工程建设 、吊装施工的不断需求，世界各大起重机厂商积极研发超大吨位的起重机 ，如国外的特雷克斯、玛姆特、ALE，以及国内的三-、中联重科、徐工等，相继推出了1 600 t及以上级别的超大吨位臂架式起重机，在石化、能源、交通基础设施等领域发挥了重要作用 ]。这类起重机的共同点是采用了高强度臂架作为承载结构，并通过配重超大吨位的配重作为平衡重来保证整机稳定。

以履带起重机为代表的臂架式起重机，通常是将配重放置在转台后部，臂架铰接于转台前部，通过回转支承将质量全部传递到底盘，来保证起重机的正常作业。但是，随着起重机起重能力的提高，配重 质 量也 在 不 断增 加，如 利 勃海 尔LR13000型2 697 t履带起重机在进行静载试验时，总配重达到了 1 900 t。超大吨位的配重给起重机的转台、回转支承和底盘等重要部件提出了更高的要求。因此，-些超大吨位的起重机开始将配重与起重机整体分离，设置独立的配重承载平台，如中联 重科制 造 的起 重量 达到 3 200 t的ZCC3200NP履带起重机，就是设立专门的配重车，《起重运输机械》 2013(2)这样极大地降低了对转台和底盘的压力，对提高起重机的起重能力大有帮助。

由于起重机配重的质量较大，对稳定性的要求也较高，配重承载平台的设计就极为关键。本文提出-种大型起重机配重的承载平台，除了承受超大吨位的载荷外，还可以根据实际情况进行自动调平，提高起重机安全性。根据作业需要，还可沿着预先铺设的轨道，随起重机同步移动进行作业。

- - 1 --n [7---1 r-- nl l ll l ： f l17---/c f -n if--- -nu--- - u～ ! ： 1.配重承载梁 2.销轴3.调平液压缸 4.滑靴图1 大型配重承载平台结构方案- 33 - 该方案由承载梁、销轴、调平液压缸和滑靴等部分组成，配重放置在承载梁上，承载梁通过销轴与置于滑靴内部的液压缸连接，滑靴直接压在地面或预先铺设的轨道上。根据起重机工作的实际需要，该方案可与在现代施工中比较成熟的顶推滑移技术相配合 J，沿轨道运动，完成起重作、l 。

2 结构设计对于超大吨位的起重机而言，其配重动辄上千吨，即使采用密度较大的标准配重块，所 占的空间也相当可观，这就使得配重承载结构的空间尺寸相应变大。对于这种大型的空间结构，通常采用4支点支承的结构形式，制造方便，抗倾覆稳定性好 j。但是，由于配重承载梁的尺寸及承受载荷较大，4个支承点的布置及结构设计非常关键。

2.1 支承点的布置方案在确定 4个支承点的布置方案时，不考虑配重载荷的偏心及水平载荷。由于该方案中承载梁为对称的双梁结构，在优化支承点的布置方案时，可将其简化为单梁结构来进行理论分析，如图2所示。对于配重载荷的作用方式，可以有很多种，本文以均布载荷为例进行分析，为其他的载荷作用方式提供参考。

图 2 支承点计算简图承载梁的长度为 ，配重的质量为 G，均布作用于承载梁，则集度为 gGIL。设支承点位于距承载梁两端距离为 。处，将承载梁分为3部分。

承载梁上各部分的剪力和弯矩为第-部分：0≤ ≤ 时，F 。詈· ，M G- - ，J 2第二部分： 。≤ ≤ -X0时，Fs2 G·- - 34 - 詈， - G· 2詈· -导· 。

第三部分：L-xo≤ ≤ 时，F ，G-詈· ，， ： -为了确定合理的 。，如中处的弯矩为控制量 .根据 以 E分析 .跨 中的弯矩为： - 詈· -詈· 。要使跨中处的弯矩最小，即lM： lO令I G -导· 。1。，得 。 L这时，承载梁的剪力及弯矩图如图3所示。

图3 承载梁剪力与弯矩图当支承点距承载梁两端的距离为 L/4时，承载梁的受力较为合理，因此，支承点的布置见图4。其纵向尺寸d可依据轨道的宽度选取，也可取结构纵向尺寸的-半。

b、 l 支承点4 l承赢厂lI I I - 01 t l -T ， ， l支承点3 夏承赢厂 rL4 ：- ～I -L - ： I图4 支承点布置2.2 配重调平方案地基或轨道基础在配重载荷的作用下，有可能发生变形，同时考虑到承载梁的制造和安装精度等因素，支承结构的4个支承点不能保持在同- 平面上，使得配重发生倾斜甚至倾覆，将严重影响起重机的正常作业和安全性。因此，需设专《起重运输机械》 2013(2)门的调平系统。

该方案采用液压缸调平的方式，在 4个支承点的下方分别装有 1个液压缸。在 4个液压缸中，1个作为基准液压缸不动作，其余 3个作为调整缸，通过控制这 3个液压缸活塞杆的伸缩进行调平，保证配重的安全，其调平原理如图5所示。

图5 调平原理配重调平系统以 PLC控制器作为控制核心，主要由电源拈、CPU和输入输出等拈组成。

在承载平台上安装双轴倾角传感器，倾角传感器实时检测平台的倾角值，输入拈采集传感器的角度信号，发送至 PLC控制器中，CPU运算得到各支承点的高度位置，并计算出各个液压缸相对于基准缸的偏差量，偏差量通过 PID运算后，通过输出拈输出PWM信号控制比例换向阀，调节回路流量大小，实现对支承液压缸的升降，完成调平过程。

3 实际应用某超大吨位起重机如图 6所示〖虑到超大吨位起重机的转场灵活性和运输成本，该起重机采用拈化的设计理念，即所有拈单元拆分之后可装入标准集装箱中，保证拆装运输方便快捷的同时，将集装箱装入配重块或其他重物等，安装在承载横梁上作为配重，保证起重机安全作业。

该起重机最大起重量达到 2 500 t，最大配重为 2 050 t，采用配重块与集装箱配重相结合的方式，36个标准配重块芭在 8个特制的集装箱中作为基础配重，其他的集装箱装满沙砾作为辅助配重，根据不同的起重量和工况配置相应质量的配重。该起重机采用 2个配重承载结构，则单个承载结构所承受的最大配重为 1 025 t，其结构的三维模型如图7所示。

配重承载梁为箱形，支承点设置在距离承载《起重运输机械》 2013(2)1.轨道基础 2.吊具 3.变幅系统4.臂架结构 5.配重及承载结构图6 某超大吨位起重机示意图图7 配重承载结构梁端部 1/4处♂构主体采用 Q345，按照承载 1025 t计算，载荷均布在承载梁上表面。

参照文献 [8]中的规定，对配重承载梁进行结构强度、刚度和稳定性计算，均满足规定和要求。为了对配重承载结构进行更准确的计算和校验，本文采用 Ansys Workbench对其进行有限元分析。需要指出的是 ，建立模型时未考虑承载梁上起加强作用的筋板，以及结构中的圆角、倒角等细节结构。

在 Ansys中，结构各部分材料属性定义为Q345，参数如下 ：密度p7 850 ks/m ，弹性模量E2.0×10Pa， 泊松比/.t0.28，屈服极限 3.45×10 Pa，抗拉极限 b4.70×10 Pa。

采用网格划分方法，设置单元格尺寸大小为60 mm，得到的有限元模型如图8所示。构件之间的接触设置为 Bonded和 No Separation，算法为罚函数法。

将滑靴底部固定约束，承载梁上表面加载1 025 t进行计算，得到该结构 的最大应力为163.43 MPa，出现在平衡梁铰支座位置；铅垂方向最大应变为 1.203 8 mm，出现在承载梁跨中及- 35-