与受力状态相适应的塔机平衡臂结构的制作方法与工艺

本发明属于建筑机械领域，特别是涉及一种与受力状态相适应的塔机平衡臂结构。技术背景塔式起重机起升机构在平衡臂上安装的位置需满足三个条件：一是保证起升机构维护方便；二是起升卷筒轴线到塔头导绳滑轮的距离能够保证起升绳在卷筒上整齐缠绕；三是不恶化平衡臂的受力状态。对于塔式起重机，由于塔头较矮，平衡臂拉索与平衡臂轴线之间的夹角较小，起升机构很难置于平衡臂拉索下面。若将起升机构置于拉索吊点与平衡重之间，将会恶化平衡臂的受力状态，需要大幅度地提高平衡臂结构的刚度和强度。若将起升机构放置在平衡重后部，则不利于对起升机构的日常维护。尽管常规上将起升机构放在拉索吊点与平衡重之间恶化平衡臂结构的受力状态，但这种布置方式仍然是最佳位置选择。

技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，解决了塔机平衡臂上起升机构和平衡重的安装位置处理与主肢加强两个重要方面的问题，满足大部分平衡臂设计要求，本发明提供了一种用于塔式起重机的与受力状态相适应的塔机平衡臂结构，其结构主肢截面形状与所受弯矩状态相符，减少了材料浪费，且平衡臂各关键点位置可以根据塔机的实际设计需求进行适当调整，方便起升机构的安装，在满足使用要求的同时还能降低总体成本。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种与受力状态相适应的塔机平衡臂结构，包括平衡重、平衡臂、拉索和起升机构，平衡重设置于平衡臂自由端，所述起升机构设置于平衡重与拉索吊点之间，位于平衡臂主肢加强段的上方；所述拉索一端通过销轴与主肢加强段铰接，拉索另一端和平衡臂臂根均铰接于回转机构或塔头；所述主肢未加强段与主肢加强段截面惯性矩分别为I1、I2，其比值表达式为：其中：I1为主肢未加强段截面惯性矩，I2为主肢加强段截面惯性矩，H为H型钢的高度，t2为H型钢翼缘板的厚度。进一步地，所述平衡臂是由H型钢焊接构成的长框架结构，框架内带有多节加强筋，位于平衡重与拉索吊点之间的为平衡臂的主肢加强段，是由1.5节H 型钢焊接形成截面为“王”字型的结构。进一步地，所述主肢加强段的底板下端面焊接有加强板，使得主肢加强段总截面形心线调整至与其水平中心线相重合的位置，该加强板厚度的值t3表达式为：其中：I3主肢加强段截面中心线以上部分相对于中心线的惯性矩，I4主肢加强段截面中心线以下不含加强板的部分相对于中心线的惯性矩，b为加强板宽度。进一步地，所述平衡臂和拉索为单节或多节结构，多节结构时，相邻两节通过耳板和销轴连接。本发明具有如下优点：1.在塔式起重机设计时采用本发明，能够保证起升机构维护方便。能够使起升卷筒轴线到塔头导绳滑轮的距离足够保证起升绳在卷筒上整齐缠绕。2.本发明中位于平衡重与拉索吊点之间的为平衡臂的主肢加强段，使得平衡臂主肢截面形式与其所受载荷变化总体一致，有助于节省材料。其中平衡臂主肢加强段由1.5节H型钢重叠焊接而成，有利于节省材料。本发明给出了主肢加强段与未加强段惯性矩的关系式，能清晰地判断出主肢惯性矩的变化量，且其表达式适用于类似主肢截面变化的惯性矩计算。3.本发明中主肢加强段在经过优化选择后，给出了使得主肢加强段上、下端面受力能力基本相等时，主肢加强段底板下方所需加强板的厚度计算表达式：加强后减少了主肢的最大弯矩，有助于材料利用率的提高。4.本发明中塔机平衡臂结构在保证各关键点相对位置不变的情况下，其各个参数位置和载荷值均可调整，能够满足塔机实际工作的要求。本发明中平衡臂各个结构构件之间均采用销轴连接，方便拆装。5.本发明经过对平衡臂结构进行了局部调整，通过提升起升机构安放位置的高度，实现了少量增加主肢的材料就能改善其受力状态的目的，解决了塔机平衡臂上起升机构和平衡重的安装位置处理与主肢加强两个重要方面的问题。附图说明图1为本发明的结构示意图。图2为平衡臂结构示意图。图3为图2的俯视图。图4为图2中平衡臂Ⅰ的结构示意图。图5为图4的俯视图。图6为图2中平衡臂Ⅱ的结构示意图。图7为图6的俯视图。图8为图2中拉杆Ⅰ的结构示意图。图9为图8的俯视图。图10为图2中拉杆Ⅱ的结构示意图。图11为图10的俯视图。图12为图1中平衡臂的力学结构简图。图13为本发明中主肢Ⅰ、主肢Ⅱ的H型钢截面图。图14为本发明中主肢加强段截面图。图中：1.平衡重；2.起升机构；3.平衡臂；4.塔头；5.平衡臂Ⅰ；6.拉杆Ⅰ；7.平衡臂Ⅱ；8.拉杆Ⅱ；9.耳板Ⅰ；10.槽钢Ⅰ；11.主肢Ⅰ；12.角钢Ⅰ；13.角钢Ⅱ；14.耳板Ⅱ；15.主肢Ⅱ；16.耳板Ⅲ；17.耳板Ⅳ；18.耳板Ⅴ；19.槽钢Ⅱ；20.横梁；21.角钢Ⅲ；22.角钢Ⅳ；23.耳板Ⅵ；24.圆钢Ⅰ；25.耳板Ⅶ；26.耳板Ⅷ；27.圆钢Ⅱ；28.耳板Ⅸ；29.销轴Ⅰ；30.销轴Ⅱ；31.销轴Ⅲ；32.销轴Ⅳ；33.销轴Ⅴ；34.销轴Ⅵ，35.拉索，36.主肢加强段，37.加强板。具体实施方式为加深对本发明的理解，下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。实施例：如图1所示，本发明包括一套完整的塔机平衡臂结构，能满足塔机基本使用要求。所述平衡臂结构包括平衡重1、平衡臂3和起升机构2，平衡重1设置于平衡臂3自由端，所述起升机构2设置于平衡重1与拉索35吊点之间，位于平衡臂3上方的主肢加强段36；所述拉索35一端通过销轴与主肢加强段36铰接，拉索35另一端和平衡臂3的臂根均铰接于回转机构或塔头4；所述主肢未加强段与主肢加强段36截面惯性矩分别为I1、I2，其比值表达式为：其中：I1为主肢未加强段截面惯性矩，I2为主肢加强段截面惯性矩，H为H型钢的高度，t2为H型钢翼缘板的厚度。如图1所示，平衡臂3与塔头4铰接于销轴Ⅰ29和销轴Ⅱ30，约束平衡臂3的自由度。如图2-图7所示，本例所述平衡臂3由平衡臂Ⅰ5和平衡臂Ⅱ7通过销轴Ⅴ33连接构成。平衡臂Ⅰ5和平衡臂Ⅱ7均是由H型钢焊接构成的长框架结构，框架结构内带有多节加强筋，位于平衡重1与拉索35吊点之间的为平衡臂Ⅱ7的主肢加强段36，是由1.5节H型钢焊接形成截面为“王”字型的结构，如图14所示。如图4、图5所示，所述平衡臂Ⅰ5由耳板Ⅰ9、槽钢Ⅰ10、主肢Ⅰ11、角钢Ⅰ12、角钢Ⅱ13和耳板Ⅱ14组成。如图6、图7所示，所述平衡臂Ⅱ7包含主肢Ⅱ15、耳板Ⅲ16、耳板Ⅳ17、耳板Ⅴ18、槽钢Ⅱ19、横梁20、角钢Ⅲ21、角钢Ⅳ22；所述拉杆Ⅰ6由耳板Ⅵ23、圆钢Ⅰ24和耳板Ⅶ25组成；所述拉杆Ⅱ8由耳板Ⅷ、圆钢Ⅱ27和耳板Ⅸ28组成。如图1所示，起升机构2与平衡臂Ⅰ5和拉杆Ⅰ6分别通过销轴Ⅲ31和销轴Ⅳ32铰接。采用销轴连接，方便拆装。为使得平衡臂主肢加强段截面上、下端面受力能力相同，争取材料的最大利用率，在主肢加强段底板下方焊接有加强板37，使得主肢加强段36总截面形心线调整至与其水平中心线相重合的位置，该加强板37厚度的值t3表达式为：其中：I3主肢加强段截面中心线以上部分相对于中心线的惯性矩，I4主肢加强段截面中心线以下不含加强板的部分相对于中心线的惯性矩，b为加强板宽度。如图1所示，所述拉索35通过拉杆Ⅰ6和拉杆Ⅱ8铰接构成。如图8、图9所示，拉杆Ⅰ6和拉杆Ⅱ8均是在圆钢两端焊接耳板构成。如图10、图11所示，拉杆Ⅰ6和拉杆Ⅱ8通过销轴Ⅵ34连接。所述平衡臂和拉索为单节或多节结构，多节结构时，相邻两节通过耳板和销轴连接。根据图1简化出平衡臂力学结构简图12。其中平衡臂Ⅰ5与平衡臂Ⅱ7组成平衡臂AJ,其全长L；平衡重视为集中力P1，起升机构视为集中力P2；平衡臂Ⅱ7和拉杆Ⅱ8分别与塔头4铰接于J和H点，两者间距为h2；拉杆Ⅰ6与平衡臂Ⅰ5铰接于点G，距离平衡臂AJ轴线的垂足点F距离为h1，GF视为刚臂，且FJ距离为L1；起升机构重力P2作用点与点F之间的距离为L2；起升机构支架作用于主肢DF处,DF间距为L3；虚拟交点C与铰点F间距为L4；平衡重的重力P1作用于平衡臂主肢的B点，距F点的距离为L5；AF间距为L6。本发明中的关键点为图7中A、B、D、E、F、G、H、J点，除其相对位置不能发生改变外，其间距L、L1、L2、L3、L4、L5、L6、h1、h2和载荷P1、P2均可调整，能满足不同型号塔机的需求。如图13、图14为平衡臂主肢截面。二者均为同型号的H型钢。其中：t1为腹板厚度，t2为翼缘板厚度，B为翼缘板宽度，H为H型钢总高度,t3为加强板厚度，b为加强板宽度。