专题研究
SPECIAL RESEARCH
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动臂塔式起重机起重性能曲线研究
高顺德1，崔丹丹1，滕儒民1，黄群2，喻乐康2，付英雄2
（1.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024；2.中联重科塔机分公司，湖南 长沙 410205）[摘要] 针对动臂塔式起重机的多种臂长组合方式，详细说明了确定起重性能的3个基本条件及性能曲线绘制的程序设计方法，并通过工程实例验证了该程序的准确性和实用性。
[关键词] 动臂塔式起重机；起重性能；程序设计
[中图分号号] TU61 [文献标识码]B [文章编号]1001-554X（2011）03-0098-04
Study of lifting performance curve for tower crane with luffi ng boom
GAO Shun -de , CUI Dan -dan, TENG Ru -min, HUANG Qun, YU Le -kang, FU Ying -xiong
动臂塔式起重机通常有多种臂长组合方式以适应不同的工作条件，每种臂长组合方式都对应不同的起重性能，如果采用手工试算方式来确定不同工况的起重性能曲线，不仅工作量大而且精确度低。
本文从动臂塔机的设计思路出发，详细说明了确定其起重性能的3个基本条件，并编制了动臂塔机辅助设计程序以绘制性能曲线，通过程序缩短了设计周期，提高了设计效率和精度，
也在设计上提高了起重机的安全性。
图1 动臂塔式起重机
1 确定动臂塔式起重机起重性能的基本条件
进行动臂塔式起重机（见图1）设计时，首先根据设计的主要性能参数，如最大起重量及其工作幅度、最大工作幅度及相应起重量等，对结构进行整体受力分析，确定其上部结构主要部件（臂架、A 型架）的结构尺寸，再进行各机构的选型，确定转台的布局，最后由头部载荷（垂直载荷和力矩 ）
进行回转支承的选型；然后以符合该结构为前提，确定其它工作幅度下对应的起重量，并绘制起重性能曲线，最后由各工况下的最大头部载荷来进行塔身的结构设计。
按照这个设计思路，决定动臂塔机起重性能的因素有多种，本文主要考虑对动臂塔机整体受力影响较大的3个基本条件：受力构件强度和稳定性决定的起重性能；臂架稳定性和刚度决定的起重性能；回转支承的承载力决定的起重性能。
具体计算内容见表1所示。
表1 动臂塔机起重性能计算准则计算准则计算内容受力构件强度和稳定性
决定的起重性能
A 型架前撑杆的稳定性A 型架后撑杆的强度钢丝绳的计算安全系数臂架稳定性和刚度决定的起重性能
臂架的整体稳定性
臂架各危险截面的稳定性
臂架的弦杆单肢稳定性臂架腹杆稳定性臂架刚度
回转支承的承载力决定的起重性能
轴向载荷倾覆力矩
[收稿日期] 2010-12-06
[通讯地址]崔丹丹，辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
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2011.03（上）
2 起重性能的程序计算方法
根据上述3个计算准则，可以编制起重性能计算程序，提高设计效率和准确度。
2.1 程序流程
可以采用循环迭代法进行起重性能的试算，其流程图如图2所示。
设幅度为b 、起重量为Q 、臂长为L，则臂架
的仰角为
L
b
a arccos =。
由于臂架最短、幅度最小时，起重量为最大，所以把b min 、L min 、Q max 作为迭代的初始值，令X 0=（b min ，L min ）,Y 00=Q max 。
则
式中 b Δ——设定的一整数；
L Δ——中间节长度。
判断Y 10是否满足3个计算准则。
如不满足，则
X 1不变，令Y 112
20
max ×+=Q ，再次代入计算。
如满足，
则判断(额定值－各准则计算所得结果)<][i Δ是否成立，若成立，Y 11就是该幅度和臂长下对应的起重量；若不成立，令
，再次代入
计算。
最后得到一定幅度、臂长下对应的起重量，取该幅度和臂长下，根据3个计算准则算得的最小起重量即为最终的起重量。
2.2 程序系统功能的实现
该起重性能计算程序采用VB 编程语言，可以分为以下几个模块：
（1）公共模块：把公用函数写入该模块中，供其它模块调用。
系统结构图如图3所示。
（2）初始设置模块：该模块用于获取用户设定的工作路径，并把初始参数文件canshu.ini拷入用户工作目录。
弹出“新建工程”时，加载初始参数文件；把用户输入的参数值存放到全局变量数组Initial_Value( )、 Location_Value ( )中。
系统结构图如图4所示。
（3）平衡配重计算模块：该模块用于计算各臂长组合对应的拉板长度和平衡配重，把结果显示在DataGrid 控件中，并写入result.ini 文件中存入用户工作目录下的setting 文件夹。
系统结构图如
图5所示。
bound_num—存放臂长值的L_Value()一维数组的下标，数据
类型integer；QQ(10000, 3)—存放迭代法计算出的起重量的临时二维静态数组，数据类型single；ε—一个极小的正数，数据类型single ；q —一个极小的正数，数据类型single
图2 起重性能循环迭代算法流程图
图3 公共模块系统结构图
（4）载荷参数输入模块：该模块获取构件受力、结构校核及倾覆力矩计算时需要的用户输入参数，把参数值分别存放到全局数组变量Load_Value ( )、Stress_Value ( )、Moment_Value ( )中。
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图4 初始设置模块系统结构图
（5）起重性能计算模块：该模块用于计算所有臂长的起重性能，把结果显示在DataGrid 控件中，并写入“总起重性能表”，用户可选择某一臂长查看该臂长对应的起重性能曲线。
系统结构图如图6所示。
3 算例
为了验证程序的可靠性和实用性，本文以大连理工大学机械工程学院与中联重科联合开发的TCR6055-32动臂塔式起重机为例，应用该动臂塔机辅助设计程序，绘制了7种臂长组合下的起重性能曲线。
TCR6055-32动臂塔机的臂长组合方式见表2
所示。
图5
平衡配重计算模块系统结构图
图6 起重性能计算模块系统结构图
表2 TCR6055-32动臂塔机的臂长组合方式组合方式1234567臂长/m
30.8
36
41.2
46.4
51.6
56.8
62
应用该辅助设计程序，通过用户界面的方式输入初始设计参数，由程序循环迭代分别求出上述7种
臂长组合下对应的起重性能，得到7组对应的性能曲线，例如41.2m 臂长的起重性能曲线如图7所示。
4 结论
（1）从动臂塔式起重机的设计思路出发，详
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图7 41.2m 臂长对应的起重性能曲线
细说明了确定起重性能的3个基本条件，该准则不仅适用于动臂塔机，而且可以推广到所有的同类产
品，例如海洋平台起重机、履带起重机的主臂工况，具有通用性。
（2）详细阐述了程序的设计流程和功能实现方式，起重性能程序的编制提高了计算精度并节省了大量手工试算时间，已应用到TCR6055-32动臂塔式起重机的实际设计中，该塔机通过了国家验证，说明了该程序的准确性和实用性。
[参考文献]
[1]李华飚,毕宗睿，李水根.Visual Basic 数据库编程.北
京:人民邮电出版社,2004.
[2]龚沛曾,陆慰民,杨志强.Visual Basic程序设计简明教
程.北京:高等教育出版社
,2003.。