CN104750908B - 一种获取塔机起重臂预应力的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍一种获取塔机起重臂预应力的方法，在具有超静定结构的塔机中，在不改变臂架拉杆与起重臂的铰接点位置的前提下，通过改变连接在起重臂与支撑臂之间的臂架拉杆长度，使起重臂获得预应力，即在不改变塔机整机结构的情况下，仅仅通过改变臂架拉杆的长度，即可使起重臂结构提前获得一定的预应力，从而改善起重臂的受力特性，提高起重臂的承载能力。

Description

一种获取塔机起重臂预应力的方法及装置
技术领域
本发明涉及塔机技术领域，特别涉及使塔机起重臂获得预应力的有效方法及其相关的应用装置。
背景技术
塔机是建筑施工领域实现物料垂直和水平运输的重要设备，其中，起重臂作为整机结构的主要组成部分，兼受压弯作用，为了提高起重臂的起重能力，同时改善起重臂的受力特性，传统方式基本是通过改变塔机的结构类型，增大起重臂的截面面积等方式实现，但这些方式将增加起重臂的自重，进而增大起重臂向下的弯矩，从而减小起重臂的起重能力。
发明内容
为解决上述问题，本发明在不改变整机以及起重臂结构的前提下，提出了一种获取塔机起重臂预应力的方法及装置，从而改善起重臂的受力特性，提高塔机的起重能力。
本发明是在具有超静定结构体系的塔机基础上，通过改变连接在起重臂和支撑臂之间的臂架拉杆长度，从而使起重臂获得一定的预应力。
本发明的具体技术方案为：一种获取塔机起重臂预应力的方法，包括起重臂（2）、支撑臂（1）、臂架拉杆（3）和塔身（4）组成，其中，起重臂和支撑臂均固接于塔身，具体步骤如下：
首先，在起重臂和支撑臂 之间设置臂架拉杆结构，此时结构为超静定形式，臂架拉杆一端与起重臂铰接于B点，另一端与支撑臂铰接于C点，在起重臂未获得预应力时，臂架拉杆的原始长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，起重臂、臂架拉杆和支撑臂所形成的三角形的夹角分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
然后，不改变塔机的结构形式以及吊点位置，仅仅缩短臂架拉杆的长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，当臂架拉杆两端仍分别铰接于起重臂和支撑臂时，起重臂将获得一定的预应力。
在预应力作用下，起重臂和支撑臂将发生微小变形，从而导致臂架拉杆与起重臂和支撑臂的夹角亦发生微小变化，假设变化后的夹角分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。考虑起重臂和支撑臂的自重分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，抗弯刚度EI为常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为起重臂长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为臂架拉杆吊点至起重臂臂根的长度，则在预应力作用下，起重臂在臂架拉杆方向产生的变形为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为支撑臂的长度，在预应力作用下，支撑臂在臂架拉杆方向产生的变形为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（2）
臂架拉杆结构本身在预应力作用下产生的变形为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（3）
臂架拉杆结构在变形前后应满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（4）
最后，当塔机的结构确定时，参数
Figure DEST_PATH_IMAGE015
均已知，式（4）中只包含了两个未知参数：预应力
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和臂架拉杆长度
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，因此，当预应力
Figure DEST_PATH_IMAGE018
预先确定时，通过式（4）可以得到需要的臂架拉杆长度
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；同样，当臂架拉杆长度
Figure DEST_PATH_IMAGE020
确定时，通过式（4）可以得到预应力大小，即仅仅通过改变臂架拉杆结构的长度使起重臂获得预应力。
一种获取塔机起重臂预应力的装置，包括起重臂、支撑臂、臂架拉杆和塔身；起重臂和支撑臂与塔身均为固接，支撑臂一塔身形成钝角，支撑臂与起重臂形成钝角。在起重臂和支撑臂之间进一步安装单根或多根臂架拉杆，形成一次或多次超静定结构体系，臂架拉杆与起重臂和支撑臂的连接均为铰接，臂架拉杆长度可以变化。
本发明是在起重臂、支撑臂和臂架拉杆三者形成超静定结构体系基础上，通过改变臂架拉杆的长度，使起重臂获得预应力。在预应力作用下，可以改善起重臂的受力特性，提高塔机的起重能力，该发明实现方式简单，无需改变塔机结构，是一种通用的有效获得起重臂预应力的方法。其中，可以设置多根臂架拉杆，即形成多吊点结构形式，以更好地改善起重臂的受力特性，提高起重能力。
有益效果：改善起重臂的受力特性，提高塔机的起重能力。
附图说明
图1：本发明一种结构示意图；
图2：图1的力学简化模型示意图；
图中：1支撑臂，2起重臂，3臂架拉杆，4塔身。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明，下面各实施例仅用于说明本发明的技术方案，但对本发明没有限制。
附图1为本发明的一种使起重臂获得预应力的具体实施例，包括支撑臂（1），起重臂（2），臂架拉杆（3），塔身（4）。为阐述方便，图2为图1的力学简化模型示意图，起重臂和支撑臂固接于A点，臂架拉杆一端铰接于支撑臂的B点，另一端铰接于起重臂的C点，形成超静定结构体系。其中，起重臂臂架拉杆吊点位置C与固接点A的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，起重臂的总长为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，支撑臂的总长为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，起重臂未获得预应力时，臂架拉杆原始长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，当起重臂获得预应力时，此时臂架拉杆长度减小为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，其中，虚线表示起重臂获得预应力时各结构的变形图。
当臂架拉杆长度减小为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，且两端铰接于起重臂和支撑臂时，起重臂预应力
Figure DEST_PATH_IMAGE027
在垂直方向的分力
Figure DEST_PATH_IMAGE028
使起重臂所产生的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，该力矩的增加将改善起重臂的受力特性，提高起重臂的起重能力。
在预应力
Figure DEST_PATH_IMAGE030
作用下，起重臂沿臂架拉杆方向的微小变形为
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，支撑臂沿臂架拉杆方向的微小变形为
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，臂架拉杆自身的微小变形为
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，则臂架拉杆原始长度与变形后的长度关系应满足
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，因此，该式即表示为预应力
Figure DEST_PATH_IMAGE035
与臂架拉杆长度
Figure DEST_PATH_IMAGE036
的关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，此表达式说明在塔机各结构已知的条件下，起重臂预应力的大小可通过调节臂架拉杆的长度来实现，无需改变塔机的结构形式以及吊点的位置。反之，当臂架拉杆的长度确定后，可通过计算得到起重臂获得的预应力大小。

Claims (2)

1.一种获取塔机预应力的方法，包括起重臂(2)、支撑臂(1)、臂架拉杆(3)和塔身(4)组成，其中，起重臂和支撑臂均固接于塔身，其特征在于：
首先，在起重臂和支撑臂之间设置臂架拉杆结构，此时结构为超静定形式，臂架拉杆一端与起重臂铰接于B点，另一端与支撑臂铰接于C点，在起重臂未获得预应力时，臂架拉杆的原始长度为L2，起重臂、臂架拉杆和支撑臂所形成的三角形的夹角分别为α,θ,β；然后，不改变塔机的结构形式以及吊点位置，仅仅缩短臂架拉杆的长度为L′2，当臂架拉杆两端仍分别铰接于起重臂和支撑臂时，起重臂将获得一定的预应力；
在预应力作用下，起重臂和支撑臂将发生微小变形，从而导致臂架拉杆与起重臂和支撑臂的夹角亦发生微小变化，假设变化后的夹角分别为α′和θ′；考虑起重臂和支撑臂的自重分别为q1和q2，抗弯刚度EI为常数，L1为起重臂长度，L4为臂架拉杆吊点至起重臂臂根的长度，则在预应力作用下，起重臂在臂架拉杆方向产生的变形为：
Figure FDA0002904963740000011
L3为支撑臂的长度，在预应力作用下，支撑臂在臂架拉杆方向产生的变形为：
Figure FDA0002904963740000012
臂架拉杆结构本身在预应力作用下产生的变形为：
Figure FDA0002904963740000013
上式中，A为臂架拉杆的横截面积，单位是m2(平方米)，臂架拉杆结构在变形前后应满足：
L2＝L′2+Δw1+Δw2+Δw3 (4)
最后，当塔机的结构确定时，L1、L3、L4、q1、q2、α′、θ′、β参数均已知，式(4)中只包含了两个未知参数：预应力F和臂架拉杆长度L′2，因此，当预应力F预先确定时，通过式(4)可以得到需要的臂架拉杆长度L′2；同样，当臂架拉杆长度L′2确定时，通过式(4)可以得到预应力大小，即仅仅通过改变臂架拉杆结构的长度使起重臂获得预应力。
2.一种基于权利要求1所述的获取塔机预应力的方法的装置，包括起重臂、支撑臂、臂架拉杆和塔身；其特征在于：起重臂和支撑臂与塔身均为固接，支撑臂一塔身形成钝角，支撑臂与起重臂形成钝角；在起重臂和支撑臂之间进一步安装单根或多根臂架拉杆，臂架拉杆与起重臂和支撑臂的连接均为铰接，形成一次或多次超静定结构体系，臂架拉杆长度可以变化。
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