一种加设张拉索杆结构增强塔吊性能的方法和装置与流程

1.本发明涉及起重机械技术领域，具体涉及一种加设张拉索杆结构增强塔吊性能的方法和装置。


背景技术：

2.目前，大型履带式起重机一直占据着风机安装主导的地位，然而，当轮毂高度大于140m时，由于经济性以及对环境造成的影响等方面的原因，履带式起重机基本上接近了极限。在600t以上履带式起重机级别上，转场和安装成本随起重机尺寸呈指数级增长，1000t左右或更大的履带式起重机能够达到200m高度的轮毂高度，但由于起重机组件过大，转场运输成本高，臂杆的组装需要占用更场地，转场运输和组装成本急剧增长。
3.另一方面就是起重机的安全问题，到目前为止，起重机制造商是在起重机设计规范的允许范围内实现臂杆的不断加长，而在保证起重机稳定性的接地尺寸方面没有显著的增加，履带式起重机的设计规范是针对所有行业的应用，并不是专门针对风电行业设计的。为适应不断增长的风机高度，履带起重机的臂杆长度也随着持续增长，这带来的另一个问题是对风载荷的敏感性的急剧增加，这也是导致吊车事故的一个因素。
4.综上所述的原因，传统的塔式起重机开始进入风电安装，与大型履带起重机相比，塔式起重机的优点体现在：风机安装的另一个挑战是风速的限制，塔式起重机能够在更大的风速条件下继续作业，这增加了安装施工的窗口期，这是塔式起重机的一个优势，一般情况下，吊装60t以上的部件时，塔式起重机允许的作业风速为速度为15m/s,吊装60t以下的部件时，允许的作业风速为20m/s，而与之竞争履带起重机的作业风速范围为9m/s～12.8m/s，因此，塔式起重机可以减少现场的停工等待时间，提高了作业效率。由于塔式起重机的工作半径小，可以实现更紧凑的起重机占地地基，从而节省了大量的土木工程费用，这意味着更低的成本。因此，塔式起重机是160m以上风机的项目的最佳解决方案，随着风机组件重量和安装高度的不断增加，塔式起重机将在未来的陆上风电安装市场中发挥关键作用。
5.目前已经应用于风电安装具有代表性的塔式起重机有两种，以中一种是 liebherr 1000ec-b 125为代表的水平臂塔式起重机，另一种是 k1650l为代表的动臂塔式起重机。由于1000ec-b 125塔式起重机为水平臂，塔身需要达到高于风机轮毂的高度，必须采取与风机塔筒附着连接的方案，不太适应目前的风电施工趋势，实际上的市场反应也说明了没有太大的应用前景。 k1650l动臂塔式起重机在在最大独立塔身高度111.2m时，可以安装轮毂高度为167m的风机。
6.111.2m的独立高度是允许的最大高度，在作业状态下的塔身顶部最大挠度为1.7m，这一挠度变形是非常大的，对于风机设备和组件的安装方案计算和安装过程中的对口精度要求非常高，另一方面，对操作人员的造成感知危险也非常强烈，因为塔式起重机的操作室在塔身的顶部，而对于操作室位于地面的履带式起重机是不存在这种情况的。
7.为满足更大高度的风机安装，一种方法是加大塔身截面尺寸，这一方面受到整体式塔身标准节公路运输尺寸的限制，但大截面塔身的现场组合和拆解是耗时耗力的，不适
用于风电安装施工的。
8.综上所述，当前风电安装所使用的塔式起重机，在起重量和吊装高度上是受制于塔身独立高度，为适应风电越来越高的发展趋势，应当寻求解决这一问题，以使塔式起重机能够满足未来风电安装市场的更大的起重量和更高的轮毂高度，这即为本专利所要达到的目的。


技术实现要素：

9.本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种加设张拉索杆结构增强塔吊性能的方法和装置，以解决塔式起重机无法附着在临近构筑物上，且受制于其最大独立高度限制而不能满足施工要求的技术问题。
10.为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
11.一种加设张拉索杆结构增强塔吊性能的方法，该方法在塔身与基座底梁之间加设张拉索杆结构。
12.作为优选，该方法在塔身上设置张拉索杆结构支撑桁架，在基座的底梁外端设置延长段，并将张拉索杆连接在所述张拉索杆结构支撑桁架和所述延长段之间。
13.作为优选，该方法采用连接销将所述延长段设置于基座的底梁外端。
14.作为优选，该方法在所述延长段上设置张紧油缸，并将所述张拉索杆的下端连接在所述张紧油缸上；该方法在所述张拉索杆结构支撑桁架上设置销轴，并将所述张拉索杆的上端连接在所述销轴上。
15.作为优选，当在塔身与基座之间不设有基座斜撑杆时，该方法将内侧的张拉索杆和张拉油缸折叠在底梁上。
16.在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了一种加设张拉索杆结构增强塔吊性能的装置，包括塔身和基座底梁，同时，还包括张拉索杆结构，所述张拉索杆结构设置于塔身与基座底梁之间。
17.作为优选，还包括张拉索杆结构支撑桁架，延长段，张拉索杆，其中，所述张拉索杆结构支撑桁架设置于塔身上，延长段设置于基座的底梁外端，张拉索杆连接在所述张拉索杆结构支撑桁架和所述延长段之间。
18.作为优选，所述延长段通过连接销设置于基座的底梁外端。
19.作为优选，还包括张紧油缸和销轴，其中，张紧油缸设置于所述延长段上，销轴设置于所述张拉索杆结构支撑桁架上，张拉索杆的上下两端分别与销轴和张紧油缸相连接。
20.作为优选，在塔身与基座之间不设有基座斜撑杆，张拉索杆和张拉油缸折叠在底梁上。
21.本发明在塔式起重机的塔身和基座底梁之间加设张拉索杆结构，改变塔身的受力体系。理论上，可以将独立高度工况下的塔身视为一端固定一端自由的一个受压构件，通过在塔身的四个角加设张拉索杆结构，相当于给塔身上段设了个支点，将一端固定一端自由的一个受压构件转变为两端固定受压构件，改善了塔身的受力状况，提高了塔身的独立高度。
22.根据塔式起重机的特定作业目的，在保证合理的塔身上段自由高度长度用于顶升套架的作业，在顶升套架下方的塔身段安装特制的专用塔身节，该专用塔身节有别于其它
通用的塔身标准节，用于安装张拉索杆结构支撑架，在起重机基座底梁的末端设置张紧油缸，用于张紧张拉索杆，在上述张拉索杆结构支撑架外端和张紧油缸之间连接张拉索杆(钢丝绳、钢绞线、钢制拉板或拉管)，根据设计给出的具体塔身高度参数所要求的张拉索杆张紧力，利用液压油缸张紧张拉索杆到设计值，使用计算机对四个角的液压油缸进行控制以保持四根张拉索杆的张力均衡，设置超限报警和自动补偿功能。
23.在独立塔身工况下要求更高的吊钩高度时，这要求更高的塔身高度，可以在合理的塔身高度处加装第二套张拉索杆结构。
24.与目前现有的技术相比，这一方法能够大幅提高起重机的独立作业高度，并提升其额定起重量，降低塔身顶部的挠度变形，改善了操作人员的作业环境，并提高起重机的安全性。
25.本发明解决了对塔式起重机超大独立高度使用要求的技术和安全问题，可以广泛应用于风力发电、桥梁以及其它高耸构筑物的施工，避免了为满足大独立高度而采用耗时耗力的现场组装式大截面塔身的使用，也避免了作业风险高的塔身附着施工作业，具有良好的前景。
附图说明
26.图1描述典型基座安装塔式起重机加设张拉索杆结构的总体布置；
27.图2为塔身加设张拉索杆结构的典型详图；
28.图3为塔身加设张拉索杆结构的工况状态；
29.图4描述不同基座形式的加设张拉索杆结构；
30.图中：
31.100、基座
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200、塔身
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300、张拉索杆结构支撑桁架
32.400、张拉索杆结构 101、基座底梁
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102、延长段
33.103、基座斜撑杆
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104、折叠后的张拉索杆保持架 201、标准节
34.202、专用塔身节
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301、销轴
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302、销轴
35.401、张拉索杆
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402、张拉油缸
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3、连接销。
具体实施方式
36.以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
37.图1描述了典型的基座安装塔式起重机，图1a为目前市场上所使用的传统基座安装塔式起重机，本专利所涉及的仅为基座100和塔身200，不涉及塔身顶部以上部分，图例以动臂形式为例，本专利涵盖水平臂塔式起重机。图2b和2c 即为本专利的图示，为加设张拉索杆结构400，需要在基座100和塔身200上增加相应的结构，即安装在塔身专用节上的张拉索杆结构支撑桁架300和基座底梁 101的延长段102。根据施工现场对起重机的吊钩高度要求不同，要求的塔身高度也不同，图2b为采用单组张拉索杆即能满足要求的情况，对于塔身
高度要求较大的情况，采用图2c所示的双组张拉索杆。
38.图1a中的塔身总高度h
mast
即为塔身的自由独立高度，由于图1b和图1c中的塔身加设了张拉索杆结构，其塔身总高度h
mast
大于图1a中的塔身总高度，因而，其吊钩高度h
hook
大于图1a中未加设张拉索杆结构的吊钩高度。
39.图2描述了为加设张拉索杆结构400而需要在基座100和塔身200上增加的结构，在图1a所示的典型基座基础上，在基座底梁101上增加一端延长段102，为了在无需使用张拉索杆工况下的安装拆卸便利，建议底梁延长段设计为可拆卸式，通过连接销3连接到101上，底梁延长段安装有张紧油缸402。传统的塔身部分200由塔身标准节201组成，在本专利所考虑的加设张拉索杆的情况下，需要加设专用塔身节202，专用塔身节202是专为安装张拉索杆结构支撑桁架300 而设计的，使用销轴301将张拉索杆结构支撑桁架300安装在专用塔身节202上，为了不影响塔身升降时顶升套架的工作，专用塔身节202的外形尺寸应与标准节 201相同，且四个主肢截面尺寸和结构形式应与标准节201相同，以保证顶升套架内的导向滚轮或滑块的正常工作，专用塔身节202除满足安装张拉索杆结构支撑桁架300的强度和刚度外，还不能削弱作为塔身组成部分的强度和刚度要求。张拉索杆401的上端安装在张拉索杆结构支撑桁架300的销轴302上。
40.张拉索杆401的下端连接在张拉油缸402上，张拉油缸402安装在基座底梁 101上的延长段102上，油缸的液压油来自同时向支腿油缸供油的液压泵站。
41.图3是对图2中的基座地梁缺少的侧视图的补充，描述了使用张拉索杆结构的几种状态，图3a为未使用张拉索杆的状态，张拉油缸402处于贮存状态，图3b为使用单组张拉索杆的状态，安装单组四根张拉索杆400，使用其中的一组拉杆401和油缸402，图3c为使用双组张拉索杆的状态，安装两组张拉索杆400，使用两组拉杆401和油缸402。
42.图4是不使用基座斜撑杆103(参见图3)设计的情况，可以考虑将内侧的张拉索杆401和张拉油缸402折叠在底梁101上，104为折叠后的张拉索杆保持架，焊接在底梁101上，这样，张拉索杆401和张拉油缸402可以跟随底梁101 一起转场运输。
43.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。