大跨越抱杆转向横梁改造的设计与制作

摘要；大跨越抱杆作为大跨越立塔工作中的主体，其提升方式直接影响工作的效率，为了满足电网建设的发展，以后的大跨越工程可能会越来越多，因此，在我公司原有自行设计的大跨越抱杆基础之上，对其进行部分改造，以提高工作效率，大跨越抱杆的改造有很多项，包括抱杆提升方式的转变（由原来的卷扬机提升到现在的液压顶升系统提升）、旋转平台的改造（将旋转平台上的挑梁及几个转向滑轮进行了改造）以及转向横梁的改造等几个部分。这篇文章主要介绍了抱杆转向横梁改造的设计过程。关键词：大跨越、抱杆、转向横梁、改造

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：

改造要求

将原来旋转平台下面的转向横梁改装到2m过渡节（为保证所改抱杆各标准节在腰箍中的通过性，下方转向横梁应尽量上移，因此定在旋转平台下2m过渡节中），将原回转上座的转向横梁置于桅杆3m段。保证1、转向横梁能承受20t的承载力；2、起重钢丝绳在运作过程中不跳槽；3、起重钢丝绳在旋转平台旋转90°之后钢丝绳与其他构件不干涉。

所定方案

如右图所示，原转向横梁1与转向横梁2分别处于距旋转平台50m左右处及旋转平台上座，现将转向横梁1位置改至如图所示（位置1），原转向横梁2位置改至如图所示（位置2），其主要原因是由于转向横梁1上挑之后与转向横梁2之间距离太近，只有2m，按照机械设计手册滑轮垂偏角公式计算如下，不能满足起重滑轮垂偏角的基本要求由于受力大小跟原设计一致。横梁1采用原江阴大跨越所用横梁，其强度、刚度、稳定性等均能满足要求（已实际使用中证实），但是现将横梁2提升至桅杆3m段后，横梁本身计算及校核不存在太大的问题，桅杆自身的强度、刚度、稳定性以及横梁在桅杆上面固定的位置便成了方案的重点，经过思考，最终确定方案为将原有抱杆桅杆圆钢管周围用两根12#槽钢进行对焊包裹达到两个目的：一是对原有杆件进行加强，二是使制作的转向横梁有支撑面，最终所定方案如右图所示。中心黑色部分为原有圆钢管。

3、方案建模

方案确定后，在分析制作之前，首先应对所选方案初步建模，以减少方案失败造成的不必要损失，于是根据我公司库存抱杆桅杆实体，量出了各所需尺寸，并在Pro/E中建立了模型如右图所示：（其他非主要参数未标出）

4、方案分析

在进行模型的受力分析之前，首先要对此方案是否能满足钢丝绳在运行过程中与其他构件不产生干涉，为此，专门量取了旋转平台出绳轮与此方案中横梁两个起重滑轮之间的轴心距，其数值分别为S旋转=750mm，S起重=1100mm，起重横梁轮径D起重轮=500mm为了校核钢丝绳在工作过程中对滑轮轮槽的偏角，此时简化计算，按照极限偏差计算偏角为，所以arctanγ=2.58°

模型强度、刚度、稳定性的分析：前面提到过，由于类似抱杆横梁曾经用于江阴大跨越工程，因此，其自身的强度、刚度、稳定性不存在太大的问题，现在关键的问题是桅杆部分能否承受50t（20t的2.5倍安全系数，起重机设计规范）的载荷，为此将此Pro/E制作的模型导入Ansys，然后对其赋予了材料属性（包括泊松比，弹性模量等相关属性）后，绘制网格进行接触面及结构的整体分析，如下图所示：

最终分析结果为：抱杆最大变形量即为槽钢受力中点变形量1.7824mm，能够满足稳定性的要求；横梁最大变形量为四个角点，其变形值最大约为1mm，也能满足稳定性的要求，下面来计算两端支撑槽钢在受力之后的应力，按照设计要求，如左图所示：以100kN的2.5倍安全系数250kN集中荷载考虑，两端支承受力RA=RB=125kN，按照《机械设计手册》第2卷6-185页T型焊接方法的应力计算方法查型钢参数表（附表）得两端所受剪应力为：(普通钢材抗拉强度)；另外校核由于弯曲产生的正应力：经计算，两端弯矩为，则由此产生的正应力为，由此可知，两端所受弯矩产生的正应力也能满足要求。

方案制作

根据分析结果，已能确定可以按照预计方案进行制作了，按照图4分析结果，其两端及中间的变形最大，因此，在实际制作之前，为了加大两根28#槽钢之间的整体性以及增大槽钢的刚性，在槽钢两端及中间加设了几根拉板，另由于改造后转向横梁中通过的钢丝绳数量为起吊钢丝绳4根，变幅钢丝绳2根，因此设置了两个起重滑轮及4个导向轮如附图所示:

方案实验

6.1强度实验：

方案制作完毕后，在使用之前，为确保使用过程中不会出现问题，对此横梁进行了如下图所示的拉力实验：

两根大抱杆进行对拉实验，按照荷载10t的实验系1.25倍（平均到钢丝绳尾绳上的拉力应为6t）进行实验，实验结果如上右图所示：

保持载荷10分钟之后，两个横梁及横梁两端的钢梁无明显变形，焊接部位无裂纹，按照实验规程验收合格

6.2钢丝绳干涉实验

在主体结构已确定之后，将桅杆、旋转平台、2m过渡节、卷扬机节、标准节组装起来，然后用尼龙绳模拟四根钢丝绳工作，将2m过渡节内转向横梁上增加必要的导向轮以保证卷杨机排线器工作正常。

实际使用

该抱杆使用于湖北K2大跨越工程，现在向上线工程施工已经完毕，据现场人员所述，由于变幅卷扬机位于旋转平台的正下方，又因为此抱杆为双摇臂抱杆，两个变幅卷扬机在抱杆上的布置空间相当有限，因此变幅钢丝绳与框架之间在有一个工作位置有些磨擦，拟将磨擦位置安装一个防磨滚筒防止钢丝绳磨损过度导致安全事故的发生。

总结

抱杆作为送变电施工过程中立塔主要设备，其性能直接影响工程施工的安全及效率，虽然抱杆转向横梁只是抱杆中一个很小的部分，但是其作用却承担着立塔过程中所有的起重任务，任何一个小的设计都关系到抱杆系统的一个整体，本文主要描述了我公司所使用的大跨越抱杆起重横梁的Pro/E设计及Ansys进行受力分析，按照分析结果进行优化制造并在实验中进行检验的整个过程，由于本人水平有限，有些模型建立得是否能够完全符合实际抱杆使用过程中的工况还有待考证，希望读者批评指证。

参考文献：

1 《起重机设计手册》（第一版）王官逊 佘显焘 黄洲辉 陈飞 1980年

2 《材料力学》（第三版）刘鸿文 1992.9