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三峽擺塔式纜索起重機塔架的結構特點

摘要：承載索懸掛裝置的一對呈90°的支承軸，可保證架空部分的零部件不會在塔架擺動時傾斜，塔架底部的徑向關節軸承，能夠避免塔架縱向擺動時產生彎曲應力及補賞塔架的安裝位置誤差，塔架塔頭和頂部的懸掛滑輪支架可繞支承軸擺動，以減小起升索和牽引索從懸掛滑輪繩槽中引出的偏角。

關鍵詞：纜索起重機；塔架；結構；軸承

引言

塔架是擺塔式纜索起重機與其它類型纜索起重機差異最大的部件，當塔架擺動時，位于塔架塔頭上的承載索懸掛裝置帶動架空部分（包括承載索、起升索和牽引索及其導向滑輪、承馬、起重小車等部件）擺動，若架空部分隨塔架的擺動而偏斜，則纜機就不能正常工作，且三峽擺塔式纜索起重機塔架的截面較小，塔架的總高度超過150m[1]，設計過程中應充分考慮工作時（特別是擺塔時）可能出現的塔架扭動現象。三峽擺塔式纜索起重機在塔頭、塔頂及底座部分采用了調整、防扭及補賞結構，以便工作時塔架不會扭動，擺塔的過程中架空部分的零部件不偏斜、并可減小起升索和牽引索從導向滑輪繩槽中引出的偏角及防止它們跳槽。

1. 塔架的塔頭的結構特點

三峽擺塔式纜索起重機塔架，當擺塔式纜機的塔架擺動時，位于塔架塔頭上的承載索懸掛裝置帶動架空部分（包括承載索、起升索和牽引索及其導向滑輪、承馬、起重小車等部件）擺動，為了保證架空部分的零部件不隨塔架的擺動而傾斜，承載索懸掛裝置通過一對在空間上呈90°的軸及軸承支承在塔頭上，為了避免制造誤差的影響，縱向懸掛軸（其軸線位于塔架的縱向中心面，即主、副塔塔架垂直時其中心線聯成的平面上）的支承軸承2為可調心軸承（代號為24056CC/W33），推力調心滾子軸承4（代號為29464E）承受整個架空部分的縱向載荷。縱向懸掛軸通過止軸板固定在與塔頭焊接在一起的支承板上，依靠架空部分部件的重力使擺動箱繞縱向懸掛軸轉動，保證架空部分的各部件基本上處于一個不變的鉛垂狀態，橫向懸掛軸的支承軸承采用向心關節軸承。

橫向懸掛軸和前、后拉板連接軸選用關節軸承的主要作用是消除承載索懸掛裝置的制造及安裝誤差的影響，避免前后拉板上下擺動時“逼勁”；此外，因縱向懸掛軸所受的負荷較大，在實際工作中有時其支承軸承的轉動不靈活，出現塔架先擺動一個角度后縱向擺動箱再旋轉的滯后，以及兩側塔架懸掛裝置的擺動箱擺動不同步的現象，選用關節軸承可避免這種滯后以及由于承載索在安裝使用過程中產生的扭矩的影響，并可支承側向力，當兩側塔架懸掛裝置的擺動箱擺動不同步時可防止承載索受扭。

當塔架擺動時，支承在承載索懸掛裝置上的牽引索懸掛滑輪跟隨塔頭一起擺動，而牽引索下支從機器房引出后（其引出線與塔架擺動的軸線基本平行），需經過固定在地面的導向滑輪（其軸心線與纜索起重機的縱向軸線基本平行）導向[1]，因此塔頭牽引索懸掛滑輪與固定在塔架底部的牽引索導向滑輪間的一段牽引索會出現斜拉現象，為了減小牽引索進出滑輪的偏角，以減少牽引索和導向滑輪的磨損，以及防止牽引索跳槽，懸掛滑輪支座通過懸掛軸和軸承支承在承載索懸掛裝置上，一旦牽引索斜拉可通過懸掛軸的擺動調整，因支承軸上承受的軸向載荷較大，故選用圓錐滾子軸承（代號為32222）和推力調心滾子軸承（代號為29320E）。起升索在塔頭懸掛滑輪的支座的結構與此相同。采用這種結構后，塔架擺動牽引索（起升索）斜拉時，在地面導向滑輪處只使索的包角發生變化，而對偏角的影響較小，因而地面上導向滑輪的支承軸不需要設計成可擺動的。

擺塔式纜索起重機的主塔和副塔塔頭承載索懸掛裝置除前懸掛拉板的構造及尺寸有差異、且副塔無起升索懸掛滑輪及其支座外，其它部分結構相同。

2. 塔架底部的結構特點

塔架底部的支承軸承承受著整個塔架的重量及塔架上向下的垂直載荷，所受負荷較大，擺塔式纜索起重機的塔架不僅需要繞其支承軸在上下游方向擺動，而且工作時由于負荷的變化，當承載索垂度變化時，將引起塔架縱向的擺動，若塔架底部的支承采用軸、軸套結構，塔架縱向偏斜時將產生彎矩（底部彎矩最大）、彎曲變形，并在截面上產生彎曲應力，需要增大塔架的截面，此外，理想狀況下，塔架橫截面的縱向軸線應與纜索起重機軸線（即塔架垂直時承載索的軸線）、塔架垂直時的后纜索的軸線在一個鉛垂面上，但由于實際制造及安裝誤差，這些軸線不可避免的會出現偏斜，這種偏斜會在塔架上產生扭矩，由于擺塔式纜索起重機塔架的截面較小，其長細比遠大于其它類型纜索式起重機的塔架，抗扭能力低，所產生的扭矩將會嚴重影響塔架的穩定性甚至使擺塔式纜索起重機無法正常工作。故塔架底部的支承軸承亦為徑向關節軸承（radial-spherical plain bearing），其結構見圖3，內徑（即軸徑）d＝420，由瑞典SKF軸承公司制造，SKF公司設定的代號為SKF－BLRB364840A.關節軸承不僅可承受較大的表面工作壓力，而且允許軸與外殼孔的軸線有較大的相對歪斜，以避免塔架縱向擺動時塔架上產生彎矩，并可避免塔架橫截面的縱向軸線、纜索起重機軸線、后拉索軸線偏斜時塔架上產生扭矩。此外，塔架底部采用了關節軸承后，使塔架底部不論縱向或橫向都成為理想的鉸結構，受力比較明確（靜定結構），設計計算比較簡單、方便而安全。

通過塔架塔頭上的四根擺塔索，可防止塔架的上部扭動，由于塔架底部的支承軸承為徑向關節軸承，它可繞塔架的軸線Z—Z轉動，因而纜索起重機工作時會引起塔架底部的扭動，因此，在纜索起重機下部的提升框架[2]底座與地面間設置了防扭裝置，其細部結構示意見圖4，防扭滑塊的連接軸的軸線應與支承軸承在同一直線上，以免影響塔架的擺動，當塔架縱向擺動時滑塊可以在固定導槽上上下滑動，滑塊的材料為工程塑料（即尼龍），具有一定的緩沖效能。

防扭裝置應在塔架（包括承載索）安裝完成之后再安裝，以消除塔架橫截面的縱向軸線與纜索起重機軸線間偏斜誤差的影響，避免防扭裝置上產生預應力及使塔架受扭。

3. 塔架頂部的結構特點

擺塔式纜索起重機塔架的頂部安裝有牽引索上支懸掛滑輪（即天輪）的支架，與塔頭上的懸掛滑輪類似，若該支架為固定支承，則當塔架擺動偏斜時，將會使天輪與固定在塔架底部的牽引索導向滑輪間的牽引索斜拉，增加牽引索和天輪的磨損，降低它們的使用壽命。該支架由槽鋼焊接而成，其結構見圖5，圖中鎖定螺母上下各兩個，且上面的鎖定螺母還有防松板，以確保支架的支承軸不會松脫。當塔架擺動偏斜時，通過支架擺動，可以使塔頂與塔架底部導向滑輪間的牽引索的斜拉量減少。可擺動天輪支架的另一作用是可補償其制造和安裝誤差，以及主副塔塔架擺動不同步時引起的偏角。

此外，塔頂平臺上還有一個可作360°旋轉、起吊能力為25KN的懸臂回轉吊機，其起吊高度為153m，主要用于纜索起重機維護保養過程中吊運材料及設備，由于該吊機位于纜索起重機塔架的最高位置，當塔架采用頂升的方法安裝（拆除）時[2]，吊機亦可在纜索起重機安裝及拆除的過程中使用。

4. 結語

三峽擺塔式纜索起重機架空部分的懸掛裝置通過一對在空間上呈90°的軸及軸承支承在塔頭上，以保證架空部分的各部件不會隨塔架的擺動而偏斜。由于承載索的張力較大（最大張力達4080kN），即懸掛軸支承軸承的負荷較大，且塔架擺動的范圍不大，該支承軸承的轉動范圍不大、轉動速度慢，因此該支承軸承在轉動的過程中，有時會出現蠕動現象及發出“吱吱”的響聲，特別是在纜索起重機運行的初期，在加強了對軸承等部位的潤滑，以及纜索起重機運行了一段時間后這種現象基本消失。此外，有時軸承的轉動稍微滯后于塔架的擺動，塔架擺動的過程中，懸掛拉板與鉛垂線的夾角有不超過1°的變化。根據三峽擺塔式纜索起重機在三峽工程中的使用情況證實，出現上述現象并不影響架空部分的正常使用，承載索也未出現松弛和斷絲，塔頭牽引索和起重索的導向滑輪支座、以及天輪支架的工作情況良好，未發生牽引索和起升索跳槽現象，塔頂回轉吊機在纜索起重機的安裝和拆除、運行保養及架空部分故障處理的過程中均發揮了重要的作用，塔架底部的支承軸承運轉靈活，防扭裝置能有效的防止塔架扭動，塔架的穩定性較好。

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