三峡摆塔式缆索起重机塔架的结构特点

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摘要：承载索悬挂装置的一对呈90°的支承轴，可保证架空部分的零部件不会在塔架摆动时倾斜，塔架底部的径向关节轴承，能够避免塔架纵向摆动时产生弯曲应力及补赏塔架的安装位置误差，塔架塔头和顶部的悬挂滑轮支架可绕支承轴摆动，以减小起升索和牵引索从悬挂滑轮绳槽中引出的偏角。

　　关键词：缆索起重机；塔架；结构；轴承

　　引言

　　塔架是摆塔式缆索起重机与其它类型缆索起重机差异最大的部件，当塔架摆动时，位于塔架塔头上的承载索悬挂装置带动架空部分（包括承载索、起升索和牵引索及其导向滑轮、承马、起重小车等部件）摆动，若架空部分随塔架的摆动而偏斜，则缆机就不能正常工作，且三峡摆塔式缆索起重机塔架的截面较小，塔架的总高度超过150m[1]，设计过程中应充分考虑工作时（特别是摆塔时）可能出现的塔架扭动现象。三峡摆塔式缆索起重机在塔头、塔顶及底座部分采用了调整、防扭及补赏结构，以便工作时塔架不会扭动，摆塔的过程中架空部分的零部件不偏斜、并可减小起升索和牵引索从导向滑轮绳槽中引出的偏角及防止它们跳槽。

　　1. 塔架的塔头的结构特点

　　三峡摆塔式缆索起重机塔架，当摆塔式缆机的塔架摆动时，位于塔架塔头上的承载索悬挂装置带动架空部分（包括承载索、起升索和牵引索及其导向滑轮、承马、起重小车等部件）摆动，为了保证架空部分的零部件不随塔架的摆动而倾斜，承载索悬挂装置通过一对在空间上呈90°的轴及轴承支承在塔头上，为了避免制造误差的影响，纵向悬挂轴（其轴线位于塔架的纵向中心面，即主、副塔塔架垂直时其中心线联成的平面上）的支承轴承2为可调心轴承（代号为24056CC/W33），推力调心滚子轴承4（代号为29464E）承受整个架空部分的纵向载荷。纵向悬挂轴通过止轴板固定在与塔头焊接在一起的支承板上，依靠架空部分部件的重力使摆动箱绕纵向悬挂轴转动，保证架空部分的各部件基本上处于一个不变的铅垂状态，横向悬挂轴的支承轴承采用向心关节轴承。

　　横向悬挂轴和前、后拉板连接轴选用关节轴承的主要作用是消除承载索悬挂装置的制造及安装误差的影响，避免前后拉板上下摆动时“逼劲”；此外，因纵向悬挂轴所受的负荷较大，在实际工作中有时其支承轴承的转动不灵活，出现塔架先摆动一个角度后纵向摆动箱再旋转的滞后，以及两侧塔架悬挂装置的摆动箱摆动不同步的现象，选用关节轴承可避免这种滞后以及由于承载索在安装使用过程中产生的扭矩的影响，并可支承侧向力，当两侧塔架悬挂装置的摆动箱摆动不同步时可防止承载索受扭。

　　当塔架摆动时，支承在承载索悬挂装置上的牵引索悬挂滑轮跟随塔头一起摆动，而牵引索下支从机器房引出后（其引出线与塔架摆动的轴线基本平行），需经过固定在地面的导向滑轮（其轴心线与缆索起重机的纵向轴线基本平行）导向[1]，因此塔头牵引索悬挂滑轮与固定在塔架底部的牵引索导向滑轮间的一段牵引索会出现斜拉现象，为了减小牵引索进出滑轮的偏角，以减少牵引索和导向滑轮的磨损，以及防止牵引索跳槽，悬挂滑轮支座通过悬挂轴和轴承支承在承载索悬挂装置上，一旦牵引索斜拉可通过悬挂轴的摆动调整，因支承轴上承受的轴向载荷较大，故选用圆锥滚子轴承（代号为32222）和推力调心滚子轴承（代号为29320E）。起升索在塔头悬挂滑轮的支座的结构与此相同。采用这种结构后，塔架摆动牵引索（起升索）斜拉时，在地面导向滑轮处只使索的包角发生变化，而对偏角的影响较小，因而地面上导向滑轮的支承轴不需要设计成可摆动的。

　　摆塔式缆索起重机的主塔和副塔塔头承载索悬挂装置除前悬挂拉板的构造及尺寸有差异、且副塔无起升索悬挂滑轮及其支座外，其它部分结构相同。

　　2. 塔架底部的结构特点

　　塔架底部的支承轴承承受着整个塔架的重量及塔架上向下的垂直载荷，所受负荷较大，摆塔式缆索起重机的塔架不仅需要绕其支承轴在上下游方向摆动，而且工作时由于负荷的变化，当承载索垂度变化时，将引起塔架纵向的摆动，若塔架底部的支承采用轴、轴套结构，塔架纵向偏斜时将产生弯矩（底部弯矩最大）、弯曲变形，并在截面上产生弯曲应力，需要增大塔架的截面，此外，理想状况下，塔架横截面的纵向轴线应与缆索起重机轴线（即塔架垂直时承载索的轴线）、塔架垂直时的后缆索的轴线在一个铅垂面上，但由于实际制造及安装误差，这些轴线不可避免的会出现偏斜，这种偏斜会在塔架上产生扭矩，由于摆塔式缆索起重机塔架的截面较小，其长细比远大于其它类型缆索式起重机的塔架，抗扭能力低，所产生的扭矩将会严重影响塔架的稳定性甚至使摆塔式缆索起重机无法正常工作。故塔架底部的支承轴承亦为径向关节轴承（radial-spherical plain bearing），其结构见图3，内径（即轴径）d＝420，由瑞典SKF轴承公司制造，SKF公司设定的代号为SKF－BLRB364840A.关节轴承不仅可承受较大的表面工作压力，而且允许轴与外壳孔的轴线有较大的相对歪斜，以避免塔架纵向摆动时塔架上产生弯矩，并可避免塔架横截面的纵向轴线、缆索起重机轴线、后拉索轴线偏斜时塔架上产生扭矩。此外，塔架底部采用了关节轴承后，使塔架底部不论纵向或横向都成为理想的铰结构，受力比较明确（静定结构），设计计算比较简单、方便而安全。

　　通过塔架塔头上的四根摆塔索，可防止塔架的上部扭动，由于塔架底部的支承轴承为径向关节轴承，它可绕塔架的轴线Z—Z转动，因而缆索起重机工作时会引起塔架底部的扭动，因此，在缆索起重机下部的提升框架[2]底座与地面间设置了防扭装置，其细部结构示意见图4，防扭滑块的连接轴的轴线应与支承轴承在同一直线上，以免影响塔架的摆动，当塔架纵向摆动时滑块可以在固定导槽上上下滑动，滑块的材料为工程塑料（即尼龙），具有一定的缓冲效能。

　　防扭装置应在塔架（包括承载索）安装完成之后再安装，以消除塔架横截面的纵向轴线与缆索起重机轴线间偏斜误差的影响，避免防扭装置上产生预应力及使塔架受扭。

　　3. 塔架顶部的结构特点

　　摆塔式缆索起重机塔架的顶部安装有牵引索上支悬挂滑轮（即天轮）的支架，与塔头上的悬挂滑轮类似，若该支架为固定支承，则当塔架摆动偏斜时，将会使天轮与固定在塔架底部的牵引索导向滑轮间的牵引索斜拉，增加牵引索和天轮的磨损，降低它们的使用寿命。该支架由槽钢焊接而成，其结构见图5，图中锁定螺母上下各两个，且上面的锁定螺母还有防松板，以确保支架的支承轴不会松脱。当塔架摆动偏斜时，通过支架摆动，可以使塔顶与塔架底部导向滑轮间的牵引索的斜拉量减少。可摆动天轮支架的另一作用是可补偿其制造和安装误差，以及主副塔塔架摆动不同步时引起的偏角。

　　此外，塔顶平台上还有一个可作360°旋转、起吊能力为25KN的悬臂回转吊机，其起吊高度为153m，主要用于缆索起重机维护保养过程中吊运材料及设备，由于该吊机位于缆索起重机塔架的最高位置，当塔架采用顶升的方法安装（拆除）时[2]，吊机亦可在缆索起重机安装及拆除的过程中使用。

　　4. 结语

　　三峡摆塔式缆索起重机架空部分的悬挂装置通过一对在空间上呈90°的轴及轴承支承在塔头上，以保证架空部分的各部件不会随塔架的摆动而偏斜。由于承载索的张力较大（最大张力达4080kN），即悬挂轴支承轴承的负荷较大，且塔架摆动的范围不大，该支承轴承的转动范围不大、转动速度慢，因此该支承轴承在转动的过程中，有时会出现蠕动现象及发出“吱吱”的响声，特别是在缆索起重机运行的初期，在加强了对轴承等部位的润滑，以及缆索起重机运行了一段时间后这种现象基本消失。此外，有时轴承的转动稍微滞后于塔架的摆动，塔架摆动的过程中，悬挂拉板与铅垂线的夹角有不超过1°的变化。根据三峡摆塔式缆索起重机在三峡工程中的使用情况证实，出现上述现象并不影响架空部分的正常使用，承载索也未出现松弛和断丝，塔头牵引索和起重索的导向滑轮支座、以及天轮支架的工作情况良好，未发生牵引索和起升索跳槽现象，塔顶回转吊机在缆索起重机的安装和拆除、运行保养及架空部分故障处理的过程中均发挥了重要的作用，塔架底部的支承轴承运转灵活，防扭装置能有效的防止塔架扭动，塔架的稳定性较好。