全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆研究与应用

全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆研究与应用

王文让胡晓明麻晓军孙立石慧琴

（甘肃送变电工程公司甘肃兰州730050）

摘要:提出了一种新型全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆设计方案,充分吸收了传统落地抱杆和悬浮抱杆的优点,降低了抱杆的整体重量，提高了抱杆的灵活性和安全性，适宜山区组塔特别是特高压钢管塔、酒杯型角钢塔的组立，实践证明了该抱杆具有较好的经济性和安全性。

关键词:全液压；自爬式；抱杆；悬浮；组塔

ResearchandApplicationofInnerSuspensionDoubleRockerDerrickbyFullyHydraulicSelf-climbing

Fengxian-Miao1，Wenrang-Wang2，Xiaoming-Hu2，Honglei-Song，Jiannan-Liu

(1.StateGridACEngineeringConstructionCompany，BeijingXichengdistrict,100052;2.GansuTransmissionandDistributionEngineeringCompany，GansuLanzhou,730050)

ABSTRACT:Thispaperproposedanoveldesignofinnersuspensiondoublerockerderrickbyfullyhydraulicself-climbing.Theprojecttakesfulladvantageoftraditionalgroundinghold-poleandsuspensionpole,whichreducestheoverallweightofthepoleandimprovestheflexibilityandsecurity.Itissuitablefortowererectioninmountain,especiallyforthegroupofUHVsteeltubulartowers,cup-typesteeltower.Thepracticesprovedtheefficiencyandsafeoftheproposedproject.

KEYWORDS:Fullyhydraulic;Self-climbing;Derrick;Innersuspension;Group

1.引言

随着电力工程特别是特高压输变电工程的快速建设，输电线路走廊越来越匮乏，不得不在高山大岭、沙漠戈壁等交通运输困难地方立塔，施工安全风险也较大。为尽可能降低安全风险，落地抱杆在特高压工程中得到推广应用，机械化水平高，安全风险明显降低。但落地抱杆自重大、不仅加大了运输难度，而且经济性较差。例如，在山区组立100吨左右铁塔，所使用的落地抱杆自身重量已达到50吨以上。内悬浮外拉线抱杆是中国输电工程专家的智慧结晶，其自身重量轻，应用方便，但不适宜高山大岭等难以搭设拉线的地形条件，而且拉线系统复杂，安全性能低，施工工艺粗放，缺乏设备化，其推广应用受到限制。而内悬浮内拉线抱杆（或带摇臂抱杆），虽解决了外拉线问题，但受其受力结构的局限性，作业安全风险较高。

在总结落地抱杆和悬浮抱杆各自优点并规避二者缺点的基础上，本文提出了一种新型全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆[1-6]，其不仅适用于山区具有高、重、大特点的特高压钢管塔组立，而且解决了特高压酒杯塔杯口高、吊装困难问题，因自身重量较落地抱杆大幅度降低，且解决了悬浮抱杆拉线搭设难题，而且首次应用全液压动力系统和自爬升技术，机械化和设备化水平大幅度提升，可以适用于各种高低塔型组立。

2.工作原理与特点

动力传动机构：全液压自爬式内悬浮双摇臂抱杆的动力机构由电动机、液压泵组、执行机构及控制阀组成。液压泵组直接与电机相连，将压力传递给执行机构中的卷扬机、主摇臂、辅摇臂、回转机构等各个液压马达油缸。各类油缸均在控制阀设定的阈值范围内开展工作。

主要工作参数：整机重量20000kg，作业半年1.8～21.3m，设主臂和辅臂（主臂设三个等级分别为12、14、16m，辅臂4m），最大不平衡力矩10tm，双侧额定起重10t，回转角度163°。

塔吊主要特点：塔吊采用主臂、辅臂，伸展自如；通过液压装置实现自爬升；控制阀设定阈值实现安全自控；内悬浮有效降低抱杆重量；采用内拉线解决山区及无法搭设外拉线施工环境难题。

3.性能对比

对比说明：

（1）自爬升（液压顶升）与外动力提升对比：一般落地式抱杆都有提升框架，可实现自提升，但基本属于半自动化自提升；悬浮抱杆是靠外拉力提升，不具备设备化。本设备采用全液压提升，且实现悬浮液压提升，大幅度提升工作效率，这也是本设备一个重要创新点。

（2）有臂展和无臂展对比:有臂展（辅臂）可实现摇臂的水平、高度可调，液压操控实现灵活就位，机械化程度更高，优于无臂展设备，而且摇臂因高度可调优于平臂。

（3）内拉线与外拉线对比：拉线起到稳定抱杆平衡作用。外拉线受地形影响较大，而且，超过120米高的铁塔，外拉线稳定性将非常差。本设备采用内悬浮内拉线设，并且从结构方面改善了原来抱杆内拉线的控制方式，解决了内拉线因铁塔跟开变小抱杆伸出过高而无法搭设的矛盾，从而摆脱铁塔结构以及地形条件影响，加上力矩限控制，保证抱杆系统安全平衡，也是本设备又一重要特点。

（4）悬浮与落地对比：悬浮抱杆较落地抱杆自身重量轻，是输电工程施工专家智慧的结晶，它充分利用了铁塔特殊对称结构，比落地抱杆更加轻型化。

（5）集成化、设备化水平对比：悬浮抱杆全都是外动力提升，自控和平衡性受外动力影响较大。本设采用动力集成设计，自爬升及摇臂起降回转一起化电控操作，方便运行而且安全稳定。

（6）单侧起吊与平衡起吊：悬浮抱杆一般单侧起吊，力矩靠对侧拉线平衡，不利于吊装稳定性。本设备采用双侧平衡起吊，且全部受力矩限制器控制在受力范围内，吊装安全稳定性更高，因此双侧平衡起吊优于单侧起吊。

4、计算验证

4.1塔身受力验算

双面塔吊主要采用空间桁架结构，主塔塔身为高强矩形材构成的正方形截面，并与钢管腹杆系共同组成空间桁架系统。根据塔吊结构特点及载荷工况情况，建立有限元分析模型,将塔吊离散成65718个单元，见如下有限元分析模型（Y方向（垂向）为沿塔身平行方向，X•Z为水平方向，Z为沿吊臂方向）：

4.1.1抱杆截面计算

塔身截面尺寸为□900mm，变形和应力都满足设计要求。考虑塔吊整体重量轻型化，将对塔身进行多种方案的对比计算（矩形材及壁厚取不同的尺寸），通过计算结果选取理想的设计方案。因塔吊塔身重量占整机重量的60%，在满足强度及变形要求的前提下，应该选择材料壁厚较小、且挡风面积小的设计方案。

通过计算发现，同为□900截面，型材取90mm×8mm的变形性能比该项性能最优的型材100mm×7mm仅低3%；□900mm截面，型材90mm×6mm的分别比□900截面、型材90mm×8mm和□900截面、型材100mm×7mm重量分别轻15%和11.5%。经比较，选择□900截面，型材90mm×6mm与90mm×8mm混搭方式，经最优组合后，可实现塔身重量减轻500kg。

6总结

从试组进程上看，6月22日前因为作业人员不熟悉工作流程以及自爬升液压系统不同步问题，工作进展较为缓慢，后期随着人员工作的熟悉和提升问题的解决，施工速度明显提升，最快单天完成吊装22吊，28吨的吊装记录，也是因为吊装就位优势明显。通过应用检验，证实了此设备良好的安全性能和机械化作业水平。特别是自爬升技术的成功应用，为抱杆的提升拓出一条新的成功之路，但在使用当中也发现一些问题，具体总结如下：

1.动力系统全部采用液压传动、制动，相比采用机械传动稳定性和安全性能更高。这也是在组塔抱杆中首次采用液压传动。

2.采用悬浮结构，相对落地抱杆减少了整体重量。抱杆固定方式新颖，成功实现悬浮内拉线控制，适应各种地形施工作业，同时也不太受高度限制，可以组立超过160米及更高的铁塔。

3.自爬升方式是通过抱杆与固定框做相对运动，逐步提升抱杆高度，比传统内悬浮提升方式安全性能更好。

4.两摇臂主、副臂可根据需要做不同步变幅，并可进行回转角度，可实现垂直和水平灵活变幅，塔材安装就位更方便，吊装速度快，作业效率高，并且有效的解决摇臂内倾现象，具有更高的安全性。

5.各项动作采用电控、液控集中操控方式，力矩阈值伺服系统监控，动作切换灵敏，阈值预警可靠，机械化和设备化水平高。

6.相对于其他组塔方式，自爬升系统液压动力平衡不是很理想，

实现原理不是很优需要改进；动力设计复合动作较多，虽然利于工作但动力偏大，因此增加设备负荷和自身总量，中和评判后改进；吊绳系统布置于地面，不能360度旋转，需要改进。

参考文献

1.SD165-87《电力建设施工机具设计基本要求输电线路施工机具篇》；

2.DL5009•2-94《电力建设安全工作规程》；

3.GB/T3811-2008《起重机设计规范》；

4.GBJ135-90《高耸结构设计规范》；

5.GB6067-85《起重机械安全规程》

6.GB/T5905-1986《起重机试验规范和程序》

7.DL/T319-2010《架空输电线路施工抱杆通用技术条件及实验方法》

作者简介：

王文让（1968.3-），高级工程师，研究方向特高压输变电工程建设。