一种相近塔身结构模块化设计的解决方案 2.docx

一种相近塔身结构模块化设计的解决方案 1、模块化设计在塔身结构中的应用 产品的模块化设计在国家工业化的道路上提出的很早并大力提倡，但是实施过程相对困难，即使模块化设计是具有现实意义的绿色设计方法，是现今装备产品发展的一个趋势，但是应用于工程实例中我们还需要从一点一滴的做起。 模块化设计的主要目的是提升工作效率和降低设计成本，但在实际的工程设计中企业还要考虑综合的设计成本。 例如建筑塔式起重机的塔身结构，从实际使用角度来讲是一端固定一端自由的悬臂结构，受力模型也非常简单(见图1),按照经济合理的设计理论就是等强度设计，设计完成后的塔身结构底部粗壮，上端结构较小，就是鱼竿理论，但是理想化的等强度设计会给生产实际造成很大的麻烦，选材和制作也无法实现，所以我们通常采用标准节式，生产、运输和安装都很方便，一般也就是控制塔身底部标准节的强度和稳定性，即使这样上部标准节的用料有些浪费，但就是在考虑综合因素后模块化设计在塔机上成功应用的一点实例。 塔身受力模型图 图1固定式塔身的受力模型图 No：塔身在臂根铰接截面所受轴向力，N; F：塔机回转产生的均布水平惯性力，N/m; Mo：起重臂及平衡臂产生的不平衡力矩(端力矩),N.m; Tn：回转局部产生的扭力矩，N.m; Fx、Fy：水平力，N; Fw;均布风力，N/m, Pi：塔身重量，t. 2、相近塔身结构是进一步模块化设计的基础 塔式起重机生产企业和相关研究单位通持续研究和开发设计中特别重视产品的标准化和系列 化，这无疑满足市场、减小成本最直接和最有效的设计方法。拿一款片装塔身结构为例，例如方圆集团的PT7528、TC7030、TC7030A、PT7023等塔机的塔身标准节均是片装结构，节与节间采用鱼尾板，通过销轴连接。标准节截面外尺寸均为2000×2000,踏步型号和空间尺寸相同，仅仅单角钢的型号分别为200×200×26和200×200×20,各型号塔身外结构尺寸相等，结构相近，能够采用同 一顶升系统，这些相近的条件为多型号产品的塔身结构进一步采用模块化组合设计奠定了良好的基础。各型号塔机标准节如图2所示。 图2型号1和型号2两种标准节结构 3、相近塔身结构实现模块化设计过程中面临的问题和解决方案 3.1结构受力和工艺成本的因素。模块化设计不是简单的拼凑，必须符合产品的结构特点和受力性能，标准节型号1和型号2的截面力学特点如下表1。 表一：各类标准节的截面力学特性 标准节形式 主肢截面简图 标准节截面面积A 截面惯性矩I 抗弯模量W 备注 型号1 306.02cm2 2733148.2cm4 27331.48cm3 型号1加圆钢 384.52cm2 3431657.1cm4 34316.5cm3 工艺复杂易变形 型号2 391.12cm2 3476141.6cm4 34761.4cm3 所以型号1适用于TC7030-12t和PT7023-12t的塔机，独立起升高度50m以内，同时塔身底部设计有节高7.5米的增强节(在型号1内加焊圆钢),整体焊接式标准节。型号2适用于PT7528-18t塔机的全塔身使用，独立起升高度能够达到60米。而TC7030A-16t和PT7023A-16t的塔机独立起升高度要达到60米，假如继续采用原来增强节的方案，会有以下几个问题：1、整体式的增强节(加圆钢)要采用25米，因是整体式标准节，所以远程运输费用较高；2、角钢内加焊圆钢，工艺复杂，并且焊后变形难以控制；3、初始安装高度在25米以上，对安装起重设备要求较高、塔机安装难度大、安装费用高、安全性较差。 3.2实施过程中的难点和解决方案 通过对标准节的力学性能比照计算，考虑将PT7528塔机和TC7030塔机的标准节实行模块化组合设计，则设计难度、安装难度、生产管理难度都会降低。因为以上两种塔机标准节的外形尺寸和踏步位置相同，并可采用同一套架尺寸和油缸行程。即将PT7528塔机的标准节作为TC7030A和 PT7023A塔机的增强节使用，塔身上部标准节直接采用TC7030塔机的标准节，为理解决两种标准节之间的连接采用1节过渡节，上端与TC7030标准节相连，下端与PT7528标准节相连。接下来要解决的关键问题就是如何实现这两种结构相近但是无法直接连接的标准节的安全顶升和拆卸。图4是两种相近结构的标准节的塔机外形。 图4两种相近标准节结构的塔机外形 而此类塔机标准节的顶升过程如下(图5)： ① ② ③ ④⑤⑥ ④ ⑤ 图5标准节的正常顶升过程 每一个标准节的顶升过程需要油缸伸缩3次，完成一个标准节的引进后油缸回缩，使下支座的支腿与标准节鱼尾板对接，使用安全销轴连接后，即图中所示的过程⑥,这样才能够使用该塔机实行下一标准节顶升前的吊装准备工作，保证安装过程顺畅安全。 现在就是在塔身30米高以前的标准节型号2的鱼