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塔式起重机

塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械在工业与民用建筑施工中是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。塔式起重机的技术性能是用各种参数表示的,其主要参数包括幅度、起重量、起重力矩、自由高度、最大高度等;其一般参数包括:各种速度、结构重量、尺寸、尾部尺寸及轨距轴距等。

塔式起重机简介

塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械在工业与民用建筑施工中是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。基本结构图如图所示。工作机构主要包括:起升机构、回转机构、小车牵引机构、台车行走驱动机构等;起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构,是以间歇,重复工作方式,将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件(如钢丝绳、链条)上进行起升、下降,或起升与运移的机械设备。主要安装在塔式起重机的起重臂上。其主要组成部分有:电机、变速箱、制动器、卷筒、底架、轴承座和安全装置等。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。由于塔式起重机能靠近建筑物,其幅度利用率可达全幅度的80%,普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过50%,而且随着建筑物高度的增加还会急剧的减少。因此塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的是使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。

塔式起重机整体结构图

1-固定基础;2-固定支腿;3-附着装置;4-顶升机构;5-下支座;6-上支座;7-回转机构;8-回转塔身;9-司机室;10-变幅机构;11-载重小车;12-吊钩;13-起重臂;14-起重臂拉杆;15-塔顶;16-平衡臂拉杆;17-平衡臂;18-平衡重;19-起升机构;20-电控柜;21-塔身

塔式起重机的技术性能参数释义

塔式起重机的技术性能是用各种参数表示的,其主要参数包括幅度、起重量、起重力矩、自由高度、最大高度等;其一般参数包括:各种速度、结构重量、尺寸、尾部尺寸及轨距轴距等,下面分别简述:

1、幅度:

幅度是从塔式起重机回转中心线至吊钩中心线的水平距离,通常称为回转半径式工作半径。

2、起重量

起重量是吊钩能吊起的重量,其中包括吊索、吊具及容器的重量,起重量因幅度的改变而改变,因此每台起重机都有自己本身的起重量与起重幅度的对应表,俗称工作曲线表。

起重量包括两个参数:即最大起重量及最大幅度起重量。

最大起重量由起重机的设计结构确定,主要包括其钢丝绳、吊钩、臂架、起重机构等。其吊点必须在幅度较小的位臵。

最大幅度起重量除了与起重机设计结构有关,还与其倾翻力矩有关,是一个很重要的参数。

塔式起重机的起重量是随吊钩的滑轮组数不同而不同。一般两绳是单绳起重量的一倍,四绳是两绳起重量的一倍等等。可根据需要而进行变换。

为了防止塔式起重机起重超过其最大起重量,所有塔式起重机都安装有重量限制器,有的称测力环,重量限制器内装存有多个限制开关,除了限位塔机最大额定重量外,在高速起吊和中速起吊时,也可进行重量限制,高速时吊重最轻,中速时吊重中等,低速时吊重最重。

3、起重力矩

起重量与相应幅度的乘积为起重力矩,过去的计量单位为TM,现行的计量单位为KNM,1TM等于10KNM。

额定起重力矩量是塔式起重机工作能力的最重要参数,它是防止塔机工作时重心偏移,而发生倾翻的关键参数。由于不同的幅度的起重力矩不均衡,幅度渐大,力矩渐小,因此常以各点幅度的平均力矩作为塔机的额定力矩。

塔式起重机的起重量随着幅度的增加而相应递减,因此,在各种幅度时都有额定的起重量,不同的幅度和相应的起重量连接起来,就绘制成起重机的性能曲线图,使操作人员一看明了不同幅度下的额定起重量,防止超载。

一般塔式起重机可以安装几种不同的臂长,每一种臂长的起重臂都有其特定的起重曲线,不过差别不大。

为了防止塔机工作时超力矩而发生安全事故,所有塔机都安装了力矩限位器,其工作原理是当力矩增大时,塔尖的主肢结构会发生弹性形变而触发限位开关动作,力矩限制器也装有多个限制开关,达到额定力矩之后,不仅起升不能动作,小车也不能向外变幅。另外,当达到80%额定力矩之后,小车自动切断高速,只能慢速向前,防止因惯性而超力矩。

4、起升高度

起升高度也称吊钩高度,是从塔机的混凝土基础表面(或行走轨道顶面)到吊钩的垂直距离。对小车变幅的塔式起重机,其最大起升高度是不可变的,对于俯仰变幅的塔式起重机,其起升高度随不同幅度而变化,最小幅度时起升高度可比塔尖高几十米,因此俯仰变幅的塔机在起升高度上有优势。

塔机起升高度包括两个参数,一是塔机安装自由高度时的起升高度,二是塔机附着时的最大起升高度,塔机在安装自由高度时不需附着,一般塔式起重机能达到40米,能满足小高层以下建筑的需要。

为了防止塔机吊钩起升超高而损坏设备发生安全事故,每台塔机上却安装有高度限制器,当吊钩上升到离臂架1-2米时自动切断起升电源,防止吊钩继续上升。

5、工作速度

塔式起重机的工作速度包括:起升速度、回转速度、变幅速度等。在起重作业中,起升速度是最重要的参数,特别是高层建筑中,提高起升速度就能提高工作效率,同时吊物就位时需要慢速,因此起升速度变化范围大是起吊性能优越的表现。

起升速度不仅与起升机构有关,而且与吊钩滑轮组的倍率有关,2绳的比4绳快一倍,单绳的比2绳快一倍。

在起重作业中,回转、变幅等,其速度都不要求过快,但必须能平稳地起动和制动,能实现无极调速,变频控制是比较理想的。

6、尾部尺寸、部件重量及外廊尺寸。

下回转起重机的尾部尺寸是由回转中心至转台尾部(包括压重块)的最大回转半径,上回转起重机的尾部尺寸是由回转中心线至平衡臂尾部(包括平衡块)的最大回转半径。塔式起重机的尾部尺寸是影响塔机安装拆卸以及回转作业时的重要参数。

塔式起重机的各部件的重量的外廊尺寸是塔机在运输、吊装拆卸时的重要参数。

我国塔式起重机的现状

中国塔机始于20世纪50年代。综观50年发展史,我国塔机行业从无到有,从小到大,逐步形成了较为完整的体系和比较完整的系列型谱,塔机成为建筑施工中的关键设备,塔机行业也成为我国发展最快的建筑机械行业之一。我们只用了50年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程,如今中国塔机已经批量走进国际市场。目前我国已成为世界塔机生产大国,也是世界塔机主要需求市场之一。最近几年,各种塔机百花齐放,塔机开发应用越多,目前,国内400tm~1500tm大型动臂塔式起重机已成系列,起重量32t以下动臂塔式起重机能满足国内需求,起重量32t以上动臂塔式起重机也逐步成熟并推向市场。中联重科“5200tm塔式起重机”通过科技成果鉴定,促进了行业技术进步,自行架设塔式起重机开发增多,但市场主要以出口为主。行业集中度逐步提高据不完全统计,我国具有许可资质的塔式起重机制造商400多家,年产值从几十亿元到几百万元,产品技术水平、规模差距很大。塔式起重机制造商主要集中在山东、四川、湖南、江苏等省,其中山东省塔式起重机制造商多达100多家,是国内中小型塔式起重机重要生产基地。近几年,行业集中度逐步提高,行业前10名厂家所占市场份额由2008年的38%提升到2011年的62%;据分会统计,2008年行业50家主机大厂销售收入近100亿元,到2010年,行业前10名厂家总销售额就达到了100亿元。出口出现恢复性增长近几年,我国建筑起重机械行业企业积极拓展出口业务,建立海外营销服务体系,全球化服务能力和水平大幅提高。我国塔式起重机出口在2008年达到历史顶峰,当年出口4699台,随后受金融危机影响,出口大幅下滑。近两年,我国塔式起重机的出口呈上升的趋势。2012年1-11月,我国出口塔式起重机2079台,出口金额达2.93亿美元。近几年塔式起重机出口。1 近年塔式起重机出口统计2011、2012年由于美国经济复苏缓慢、欧债危机愈演愈烈,施工升降机对美欧出口下降,但向第三世界国家出口有所增长。预计我国施工升降机出口1000余台,出口销售收入约3.5亿元。2012年行业发展面临挑战2012年宏观经济形势不确定因素较多,12月23日召开的全国住房城乡建设工作会议公布了我国2011年的保障房建设量,开工不低于700万套,少于今年的1000万套。由于目前国家对房地产行业调控政策未见放松,预计2012年房地产投资和施工面积增速将出现明显下滑,建筑起重机械行业受影响较大,市场后劲不足。对于2012年的建筑起重机械行业发展趋势,建筑起重机械分会预计:“2012年塔式起重机销售额将达到350亿元左右,销量达到12万台左右,逐步进入稳定增长期,大型平臂塔式起重机和动臂塔式起重机还将有较大增长,中小型塔式起重机2012年上半年销量同比将有下滑;2012年施工升降机销售额将超过100亿元。”从长远来看,我国城镇化进程处于初级阶段,中国城镇化之路还很长,房地产建设还有发展潜力,将为建筑起重机械行业发展提供长期稳定的动力。此外,根据“二五”规划纲要,5年内使我国城镇居民住房保障覆盖率达到20%左右,共完成3600万套保障性住房建设任务,目前还有大量保障房没有开工建设。在出口方面,虽然欧美市场存在不确定性,但是我国建筑起重机械出口方向有了很大突破,在亚非拉国家的市场份额上有上升空间,尤其印度、巴西、俄罗斯等新兴经济体市场需求潜力巨大,我国建筑起重机械行业将面临更大的发展机遇。

我国塔式起重机发展存在的问题

虽然我国塔机与先进国家水平差距大为缩小,并成为生产和使用的大国,但在总体的结构、性能、质量等方面与国外比还存在一定问题。

1.产品结构不合理

我国至今累计生产了近十万台塔式起重机,但型号并不是很多,绝大部分型号大同小异,原因之一是技术法规限制了产品开发。由于可靠性较差,造成机械、电器事故率较高。代表当代塔机技术性能的全无极调速、PLC控制在发达国家中已十分普及,而在我国的普及率较低;发达国家已批量生产、运行状态实现了全参数监控与故障诊断的智能型塔机,而我国在这方面还有待努力。分析原因是用户群的不确定性制约了技术进步。由于建筑市场繁荣,发展迅速,大量中小建筑企业应运而生,很多新生建筑企业由于缺乏长运规则,资金不雄厚,只得购入技术含量低,一次性投入少的一般塔机或淘汰下来的"二手货"。这方面,我国法规上还没有明确的限制,或有限制但执行力度也不够,造成购入技术先进,投资大的企业竞争力反而下降。

2.制造技术不适应

在塔机制造上,一些人存在一定误区,认为建筑工地的塔吊是傻大黑粗,不是什么高精尖细的产品,能吊能转就行了。其实恰恰相反,塔机制造的每个环节都不能有任何的忽视和纰漏。从近20年来看,我国塔机制造水平已有大幅度提高,但相对其他行业先进的制造技术还有很大差距。特别是在涂装工序上,多数企业仍是传统的人工除锈、刷漆,没有封闭喷漆,基底处理不彻底,效率低,文明程度差,环境污染大,焊接质量,外观质量都难以保证。以北京建工集团建机厂为例,该厂借搬迁顺义为契机投资近千万,形成喷丸予处理,水循环封闭喷漆和烘干的流水线,除锈率达100%,喷涂出的结构件光泽度高,达到现代涂装水平,产品外观质量大为改善,赢得客户青睐。目前,多数企业的管理模式或生产方式还没摆脱传统的多极地进的静态模式,有的还是小而全,大而全,专业化程度,工艺装备和管理水平都很低,很难适应多品种批量化生产和市场经济的激烈竞争,难以形成我自己民族特区的规模工业。

塔式起重机事故易发生的两种情况

1、断臂。塔机断臂造成的危害在所有起重机事故中的后果往往最为严重,由于产品质量问题或长期疏于检测和维护,臂节出现裂纹,以及由于超载提升或紧急制动产生剧烈振动时,容易发生此类事故。现在很多司机认为塔机都有一定的保险系数,超点载也没关系,殊不知塔机的保险系数是为了适应不同的工况而设立的,一次超载没关系,两次超载没发生事故,就自以为掌握了一种经验,认为“臂端规定吊1t,我吊2t也不会有事”。完全没有意识到事故的潜在状态。

2、脱、断绳。在运行过程中,每根钢丝绳的受力情况非常复杂,即使受最简单的拉伸力,每根钢丝绳之间受力分布也不同,此外钢丝绳绕过卷简、滑轮时产生弯曲应力、钢丝与钢丝之间的挤压力等,要精确计算钢丝绳受力比较困难,一般采用静力计算法。

钢丝绳中的最大静拉力应满足下式要求:Pmax≤Pd/n,式中:Pmax——钢丝绳作业时可以承受的最大静应力;Pd——钢丝绳的破断应力;n——安全系数。Pmax=(Q+q)/(aη),式中:Q——起重机的额定起重量;q——吊钩组重量;a——滑轮组承载的绳分支总数;η——滑轮组的总效率。钢丝绳最大允许工作拉力的计算式为:P=Pd/n,式中:P——钢丝绳作业时额定的最大静应力,P≥Pmax是安全的。

由此可知,钢丝绳脱断的主要原因是超载,同时还与在滑轮、卷筒的穿绕次数有关,每穿绕一次钢丝绳就产生由直变曲再由曲变直的过程,穿绕次数越多就易损坏、破断,另外,重物吊装中心选择不当、偏载起吊、钢丝绳跳出滑轮槽,或长期反复使用,造成疲劳断裂也容易造成脱绳或断绳,断绳事故通常也容易引起倾翻事故。

我国塔式起重机的未来发展方向

1.建立独立的研究体系,开发出高新产品。

2.根据国情扬弃国外技术,解决自己的问题。近年来,我国塔机行业通过公关,在认真研究国外技术,结合国情实际情况下,研究出不少好产品,如CAD模块化塔机组合设计,起重、布料两用塔机等。开发过程中,也解决了大功率起升机构的无极变速、PLC控制问题以及长期困扰人们的起升机构乱绳打扭问题等。以上问题都是自主开发采用国外关键元器件的办法实现的,但知识产权是自主的。其中塔机的工作状态监控是我国塔机急需解决又必须解决的课题,这需要对国外技术进行扬弃,根据我国的饿国情着力进行研制,如能解决将会大大推动我国塔机技术发展向质的飞跃。

3.按市场规律强强联合,提高制造水平。目前,企业改革改制正在深入开展,要提高我国塔机整体制造水平以适应国内外对塔机的需要,走强强联合促进集团化发展,按市场规律办事。这样可以加快国内外、行业内外的资源整合,扬长避短、优势互补,名专业生产厂家在已有基础上集中力量,有重点地引进、消化、吸收先进的东西,创新出自己的特色产品,并注意发展自主的现代化专业制造技术,以近快提高我国塔机的制造水平,促进我国工程机械由大国变强国,实际与国际市场的融合。

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