贺生龙， 李永丰

（中国铁建重工集团有限公司,长沙410000）

0 引言

塔式起重机在顶升过程中，塔机上部是否处于平衡状态对塔机的安全至关重要，据有关事故数据统计，有50%的重大安全事故与顶升过程有关，其中又有50%与塔机在顶升过程中未配平相关[1]。目前，行业内无有效检测塔机顶升时上部结构是否处于平衡状态的方案，因此，对塔机顶升过程中的平衡状态缺乏有效的安全监控。

本文通过建立塔式起重机在顶升时爬升架滚轮的受力数学模型，并结合试验研究，初步论证了滚轮受力模型的正确性，确定塔机在不同顶升工况下滚轮受力对不平衡状态检测的准确性，并论证了其应用的可行性，进一步确定上部不平衡力矩安全边界值，为制定相应安全保护控制策略提供技术支持，让塔机顶升作业人员能够实时掌握塔机平衡状态，提高塔机作业安全性，防范重大安全事故的发生。

1 数学模型及实验分析

1.1 塔机顶升过程中的数学模型

本文主要研究垂直力自重弯矩 (即上部不平衡力矩)对滚轮受力的影响，塔机顶升过程中,爬升架所受的外载荷可分为垂直力N、风载荷Fx、弯矩M，如图1所示。

图1 塔机受力分析

三种外载荷对爬升架滚轮力[3－5]作用力如图2所示，分别求解得到式（1）～式（3）。

图2 塔机分解受力分析

对图2（a）中垂直力N分解、整理得到下式：

对图2（b）中风载荷Fx分解得到下式：

对图2（c）中弯矩M分解得到下式：

用迭加方法求得最终滚轮受力公式为

式中：MN为垂直力N产生的自重弯矩，MN=N·e，t·m；……