王凌云，董志伟，刘献峰，朱东科，秦 毅，郅有勇
(1.太原重工股份有限公司 起重机分公司，山西 太原 030024；
2.太原重工股份有限公司 技术中心，山西 太原 030024)
起重机用栏杆是应用于走台类的一种防护保护装置，传统栏杆主要以角钢立柱栏杆型式为主，其主体由扶手、横杆、中间立柱、端部立柱和连接销等组成，为避免现场的施焊作业，栏杆与对应走台连接方式为螺栓连接。但是传统栏杆的高度、立柱间距、栏杆拐角长度等型式多样，同时存在施工周期长、生产成本高、平台预装栏杆时高空作业安全隐患大等问题。本文在对传统栏杆分析的基础上，设计了一种标准化栏杆的型式，并着重对栏杆与平台的连接型式进行创新设计，以实现栏杆的标准化制作。
起重机产品用传统栏杆主要以角钢立柱栏杆型式为主，其主体由扶手、横杆、中间立柱、端部立柱和连接销等组成，如图1所示。
1-横杆;2-中间立柱;3-端部立柱;4-扶手;5-连接销;6-平台;7-平台加强筋
1.1 扶手
扶手的一般规格为钢管D42.4×3.5和钢管D33.7×3.2两种，长度尺寸没有标准化；
拐弯处为扶手自身弯曲成型，且弯曲半径尺寸未标准化。
1.2 横杆
横杆的一般规格为钢管D26.9×2.8，长度尺寸没有标准化；
横杆间距S1、S2为300 mm～450 mm不等，没有标准化；
拐弯处为横杆自身弯曲成型，弯曲半径未标准化。
1.3 立柱
立柱分别有中间立柱和端部立柱两种，长度尺寸L0在1 050 mm～1 350 mm之间(未标准化),立柱本身的穿横杆孔位置S1未标准化，以某中间立柱为例，其结构如图2所示，栏杆立柱间距J1一般为800 mm～1 400 mm。
图2 传统栏杆的中间立柱
1.4 连接销
连接销起栏杆片之间连接作用，根据对应扶手和横杆的规格分别对应为销钉D20-70、D34-70等，其为实心圆钢加工件，尺寸如图3所示。
图3 传统栏杆中销子 图4 平台加强筋
1.5 栏杆与平台连接型式
为减少现场的施焊作业量，相关栏杆连接处都采用螺栓连接，螺栓连接就需要配钻，故栏杆出厂前需与对应走台进行预装。如图1中A向视图，预装包括配栏杆、定位点焊、高空配钻打孔、装配螺栓副、清磨点焊疤痕等工序，且预装工序均在平台外侧完成。传统栏杆即使在厂内预装，通常栏杆预装对应走台往往离地面高达3 m～5 m,此种预装作业存在极大的高空作业安全隐患。
1.6 预装栏杆对应的平台
预装栏杆对应的平台中有加强筋，如图4所示。
本标准化栏杆主体由扶手、横杆、立柱、连接管和连接板等组成。下面对其型材选型、高度和长度、立柱间距、栏杆片间连接型式、栏杆拐弯处等按照相关技术资料[1]进行标准化设计，尤其对栏杆与平台的连接型式进行创新设计，以实现栏杆的标准化制作。
由于市场的钢管及角钢标准长度为6 m,为减少栏杆中扶手和横杆的二次加工，故栏杆的标准长度设计为6 m,高度根据用户的不同要求统一为1.05 m或1.2 m。
2.1 扶手
选用规格为D42.4×3.5-6 m钢管作为扶手。
2.2 横杆
选用规格为D26.9×2.8-6 m钢管作为横杆。
2.3 立柱
选用规格为∠50×50×5角钢作为立柱材料，立柱设计图样如图5所示。
图5 标准化栏杆立柱标准图
2.3.1 立柱长度
根据相关技术资料立柱长度L0一般为1.05 m或1.2 m,而市场上一根角钢长度为6 m,可分5段，利用率很高，可代替传统端部立柱和中间立柱两种类型，详见图5。
2.3.2 横杆间距
根据相关技术资料横杆间距S1≤500 mm,故本栏杆横杆间距S1和S2都设计为350 mm。
2.3.3 各种孔类直径和辅助尺寸
栏杆的各种孔类相关尺寸如表1所示。
表1 各种孔类直径和辅助尺寸
2.3.4 立柱下部与平台衔接处的连接孔间距计算过程
立柱原材料化学成分及主要性能参数如表2所示。
表2 立柱原材料化学成分及主要性能参数[2]
栏杆防护安装后顶部栏杆应能承受水平方向力F1≥890 N集中载荷。
利用杠杆原理计算立柱下部与平台衔接处的连接孔间距L2如图6所示，具体计算如下：
F1·L1=F2·L2.
(1)
其中：F1为按照标准取满足使用要求的水平方向力的最小值，F1=890 N；
F2为立杆自身连接孔处可承受的最大极限力。
图6 利用杠杆原理计算立柱孔间距示意图
根据图6，L1和L2存在如下尺寸关系：
L1=L0-L2-25 mm.
(2)
其中：L0为栏杆高度极大值，取1 200 mm。
根据压力计算公式(3)，求得立柱连接孔处可承受的最大力值F2为：
(3)
其中：ReH为材料的屈服强度,取值235 N/mm2；
S为连接孔处接触面积；
h为立柱连接孔处的厚度，取值5 mm;D为连接孔直径,取值18 mm;η为安全系数1.2～2[3]，取最大值2。
将式(2)、式(3)代入式(1)，并代入相关参数值，计算得L2=59.78 mm,即满足栏杆扶手处最小拉力时，立柱与平台衔接处的最小孔间距为59.78 mm，最后确定L2取值80 mm。
2.4 连接管
选用两种钢管D32×3-70、D20×3-70代替传统的销钉D20-70、D34-70等，选用标准弯管代替扶手和横杆自身弯曲成型，详见图7。
图7 标准栏杆片直线段及拐弯处间的标准化连接管
2.5 连接板
根据对应立柱选用钢板8×60-130作为连接板，代替传统栏杆对应平台的加强筋(见图4)。此时连接板可实现平台加强筋的功能，同时也可实现衔接栏杆与平台的功能，详见图8。
图8 标准栏杆与平台衔接处的标准连接板
(1) 为保证栏杆衔接处的整体美感，将每片标准栏杆衔接处设定在超起始立柱50 mm处，以保证栏杆的刚性和直线度。
(2) 标准栏杆片与连接板配钻，用螺栓连接后，装配到走台围板里侧，连接板与平台接触位置形成L型状焊缝，进行单面施焊。
(3) 栏杆片之间采用连接管连接后，现场装配焊。形成标准化的栏杆如图9所示。
标准化后的栏杆可满足其使用要求，且制作简单、方便，降低了制作成本，缩短了施工周期(预装效率提高至少1倍)，同时大大降低了高空作业安全隐患。
1-横杆;2-立柱;3-扶手;4-连接管;5-连接板;6-平台围板
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