塔式起重机销轴连接形式与设计

塔式起重机销轴连接形式与设计

谭毅雄

广州五羊建设机械有限公司

在工程项目建设中，塔式起重机的应用十分广泛，部件模块化程度高，能够拆解成很多小单元，为运输和安装提供便利。作为塔式起重机最为常见的连接形式，销轴连接具备较强的可靠性，而且拆装十分方便。考虑到销轴类零件的类型众多，不同部位对于销轴有着不同的功能要求，通过对销轴形式的合理选择，能够切实保证塔式起重机运行的可靠性和安全性。基于此，做好塔式起重机销轴类零件的设计和选用非常关键。

1.塔式起重机常见销轴连接形式

在不断的发展过程中，塔式起重机开始逐渐朝着组合式的方向发展，即将塔身结构作为核心，依照具体功能和结构特征，将塔身分解成若干组成部分，依照系列化和通用化的要求，将各部分划分为若干模块。组合式结构的出现进一步加快了塔式起重机产品的更新速度，而不同结构模块之间的连接一般都是通过销轴实现，结构不同，部位不同，功能需求不同，销轴连接的形式也会有所不同。在当前的技术条件下，国内外主流塔式起重机的销轴连接形式大致有几种：一是带头销，这种销轴的结构简单，安装快捷，在其中一段设置开口销来防退，相比较其他销轴形式，带头销的可靠性不佳，存在剪切开口和转动的可能性，因此常用于受力相对稳定的部位，如起重臂拉杆等；二是以普通带头销为基础，增加相应的活动轴套，以此来预防销轴窜动问题，开口销被立销取代，能够避免剪切破坏。轴套中设置有两个垂直孔，其与轴套边缘的距离不同，能够对立销孔到结构件之间的距离进行调节[1]，其基本结构如图1所示。

三是无头销，制作简单，可以自由选择安装拆卸的方向，在一些安装拆卸空间受限的位置如平台等有着良好的适用性，不过连接可靠性略有不足，销轴可能会出现转动或者窜动的情况；四是在无头销的两端分别设置轴套和立销，以此来预防剪切开口销以及销轴窜动的现象，可以将其设置在安拆位置受限，或者需要承受较大交变荷载的部位，如回转塔身；五是单边轴端挡板防转滑轮轴连接，在对销轴安装和拆卸的方向进行固定后，本身有着较好的防转效果，不过需要在结构构件上增加相应的轴端挡板螺栓孔；六是双边轴端挡板防转滑轮轴连接，需要同时在结构件两端设置挡板螺栓孔，加工的难度相对较大；七是在销轴其中一端增加圆弧挡板来防止其转动，挡板需要焊接在结构件上，不过制造过程并不复杂，只是在使用过程中如果销轴发生转动，可能会切断开口销，或者导致圆弧挡板变形，可靠性相对较差，常被用于一些转动频率较低的轻载滑轮轴；八是在销轴一端焊接相应的挡板，利用压板来预防销轴转动，防转效果良好且安全性高，不过受制作工艺的影响，不仅要在结构件上焊接贴板，还必须对压板连接孔进行加工，成本偏高，安装和拆卸的难度较大；九是将其中一端的轴套焊接固定到结构件上，然后利用螺栓将销轴和轴套连接在一起，对销轴进行固定，具备良好的防窜防转效果，不过成本相对较高，而且无法实现快速拆卸；十是起重臂下弦销轴，这也是塔式起重机最为常用的一种销轴连接形式，轴端挡板的存在可以有效避免销轴窜出和转动，连接可靠性强，不过因为销轴本身的锥面长度偏小，安装人员经常会在销轴径向尚未得到可靠固定的情况下，使用铁锤进行敲击，很容易造成轴端挡板损坏，如果作业人员没有及时发现，则可能引发严重后果；十一是以平头式塔式起重机上弦连接销轴为参考，于销轴孔一侧焊接槽钢形成销轴托，对其原本直径大、自重大、安装拆卸难度大的问题进行解决，确保销轴在拆卸后可以被固定在销轴托上，在避免销轴丢失的同时，也可以促进安装效率的提高[2]。

2.塔式起重机销轴类零件设计选用

2.1设计选用原则

依照本身的作用，可以将销轴分为固定铰接、活动铰接和轮轴等，在对其进行设计选用的过程中，应该确保销轴的强度能够切实满足塔式起重机的运行要求，这一点可以通过更换销轴材质、增加销轴直径等方式实现。而从保证塔式起重机运行安全的角度，在设计选用阶段应该坚持两个基本原则：一是可靠性原则。上述三种连接方式都可能存在销轴的轴向窜动和径向转动问题，分析原因，固定铰接中的问题是销轴轴孔的配合间隙偏大，无法满足实际运行需求，铰接位置需要承受较大的交变载荷作用，销轴表面与孔体存在有相对摩擦的情况，活动铰接和轮轴连接中的问题，是因为销轴需要承受一定的圆周切向力，从而引发了销轴转动或者窜动的现象。想要对问题进行解决，促进销轴类零件可靠性的提高，设计人员在对销轴类零件进行设计选用的过程中，应该做好销轴公差的控制，确保轴孔公差配合间隙不低于H11/C10，也可以运用一些强制性措施来对转动问题进行防范，在兼顾成本的前提下，应该避免使用上文提到的第八种和第九种销轴连接形式。如果在运行中，发现销轴已经开始出现转动，则可以增加轴套来预防轴向窜动问题，可以在存在有转动的位置，设置防转形式的销轴，如圆弧挡板、轴端挡板等，起重机起重臂下弦可以选择轴端挡板，连接件厚度较小的位置，选择双耳板销轴，为了避免耳板向两侧张口，销轴应该选择带头销或者两侧设置有轴套的无头销；二是便捷性原则。为了安装和拆卸方便，在不影响运输便捷性和通过性的基础上，应该以无头销为最优选择，对于一些直径相对较大的销轴，可以设置轴托，如果塔式起重机采用活动铰接或者轮轴连接的方式，应该关注润滑效果，在销轴上增加相应的注油孔，例如，销轴和滚轮轴应该设置注油孔，小件安装和平台安装可以选择无头销，从任意一侧进行安装和拆卸作业。对于平头塔式起重机，可以在起重臂上弦销轴设置相应的销轴托，为安装提供便利，在不影响塔式起重机正常运行的情况下，一些直径偏大的销轴都可以设置销轴托，配合相应的液压装置来保证安装拆卸的便捷性。

2.2细节设计和通用件库构建

在确定好销轴的形式后，设计人员的工作并不算完，因为有很多设计细节同样会对销轴的使用产生影响。销轴设计的细节有很多，例如，应该将端面锥度控制在5-10°之间，要求在锥面形成相应的压力角，以此来为后续错位工件的校正提供便利。斜锥面和销轴的有效直径面过渡位置应该选择倒圆弧设计，圆弧的直径可以参考销轴直径进行明确，以此来对销轴敲击时的回弹问题进行预防。对于斜锥长度，应该与销轴直径大致相同，如果锥度过短，或者连接孔所处位置的板体厚度过大，当孔体错位时，销轴的端部可能会顶在孔外侧板上，导致安装难度的增加。

结合起重臂下弦销轴图（图2）进行分析，销轴端面的锥度应该控制在4-6°之间，锥面长度Lb应该与小锥的有效长度等同，，斜锥面进而销轴之间的有效直径面过渡位置也可以选择倒圆弧设计。

塔式起重机产品中，销轴类型和数量众多，在对其通用件库进行设计时，可以选择标准模块化设计方法，依照实际情况编制出完善的销轴图册，将形式不同、有效长度不同的销轴全部收录其中，这样在进行后期设计的过程中，只需要在图册中进行选择即可，设计效率大大提高，也可以对销轴标准化问题进行解决[3]。

3.结语

总而言之，塔式起重机中需要用到销轴的部位有很多，不同部位对于销轴的性能有着不同要求，销轴连接的形式也存在很大差异。从设计人员的角度，在针对塔式起重机销轴进行设计选用的过程中，应该做到具体问题具体分析，保证设计选择的可靠性、便捷性和灵活性，使得销轴的作用能够充分发挥出来。另外，设计人员应该重视对于销轴细节的设计，构建起相应的通用件库，实现产品设计的标准化和模块化，以此来推动塔式起重机的正常使用，为工程建设提供良好的设备支撑。

参考文献：

[1]庄航.浅谈塔式起重机的安全性研究与展望[J].中国设备工程,2018,(07):214-215.

[2]高强.塔式起重机回转系统均载装置的设计与分析研究[D].南京航空航天大学,2017.

[3]汪新军,吴明臣.方圆中小型塔式起重机创新提质[J].工程机械,2016,47(11):87.