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1、第八章 塔式起重机安全技术塔式起重机，俗称“塔机”或“塔吊”，是一种臂架安置在垂直塔身顶部可回转的臂架型起重机（图8-1）。塔式起重机在建筑施工、工程建设、港口装卸等部门有着广泛的应用，特别是在工业与民用建筑施工中，更是一种不可缺少的建筑施工机械。它可以安装在靠近建筑物的地方，能充分地发挥其起重能力，这是一般履带式或轮胎式起重机所不及的。有的塔式起重机还能附着在建筑物上，随建筑物的升高而升高，这就大大提高了它的起升高度，可满足高层或超高层建筑施工的需要。图8-1 塔式起重机第一节 塔式起重机的分类、主要技术参数及结构一、塔式起重机的分类塔式起重机的类型较多，若按塔身结构划分，有上回转式、下回转
2、式、自身附着式三类。若按变幅方式划分，有动臂式和运行小车式两类；若按起重量划分，有轻型、中型与重型三类。1按塔身结构分类（1）上回转塔式起重机上回转塔式起重机的塔身不回转，回转部分装在上部。按回转支承装置的型式，上回转部分的结构可分为塔帽式、转柱式和转盘式三种。塔帽式回转起重机的构造如图8-2所示。它有上下两个支承。上支承为径向及轴向止推轴承，分别承受水平载荷和垂直载荷。下支承多采用水平滚轮滚道装置，只承受水平力。这种型式的起重机回转部分比较轻巧，但由于上、下支承的间距有限，不能承受较大的不平衡力矩，因而常用于中小型塔式起重机上。 图8-2 塔帽回转的塔式起重机 图8-3转柱式塔式起重机 1行
3、走台车；2龙门架；3、4第一节架；5驾驶室架；6延接架；7塔顶； 8平衡臂；9起重臂；10爬梯转柱式回转起重机的构造如图8-3所示，吊臂装在转柱上，也有上下两个支承。但其受力情况与塔帽相反，上支承只承受水平力，下支承既承受水平力又承受轴向力。这种结构型式由于塔身和转柱重叠，金属结构的重量较大，但因上下支承间距可以做得很大，能承受较大的力矩，故可用于重型工业建筑塔式起重机上。转盘式回转起重机的结构如图8-4所示，吊臂装在回转平台上。回转平台用轴承式回转支承与塔身连接。这种型式构造比较紧凑，金属结构无重叠部分，重量较轻，回转时振动冲击小。 图8-4转盘式塔式起重机 图8-5杠杆式吊臂下回转塔机上回
4、转塔式起重机有以下特点：底部轮廓尺寸小，对建筑场地空间要求较小，不影响建筑材料堆场的使用；由于塔身不转，故回转时转动惯量较小，而且便于改装成附着式起重机，能适用多种形式建筑物的施工需要，但塔身主弦杆的受力特征不好。（2）下回转塔式起重机下回转塔式起重机都采用整体拖运、自行架设的方式。这种塔机拆装容易、转场快、多属于中小型塔式起重机。下回转塔式起重机根据头部构造分有下列三种形式：具有杠杆式吊臂的下回转塔式起重机如图8-5所示。该形式起重机吊臂铰接于塔身顶部，在载荷的作用下，吊臂受弯，塔身上受到的附加弯矩小，受力情况好，变幅机构及其钢丝绳缠绕方式简单。由于吊臂的高度受到塔机整体拖运的限制，故多在小
5、型塔式起重机（起重量小于30t）上采用。这类塔式起重机按变幅方式的不同，可分为动臂式和小车式两种。 图8-6具有固定支撑的下回转塔机 图8-7活动支撑的下回转塔机具有固定支撑的下回转塔式起重机如图8-6所示，该形式起重机的塔身带有尖顶，起人字架作用。吊臂端部铰接于塔顶下方，铰点离塔顶的距离，必须使变幅钢丝绳与吊臂有一定的夹角。由于吊臂的端部与塔顶铰接，所以吊臂不受弯矩的作用，受力情况较好，但塔身要承受很大的附加弯矩。具有固定支撑的下回转塔式起重机，其头部金属结构不能拆叠，拖运长度较长，且变幅绳长，容易磨损，仅适用于中小型塔式起重机。具有活动支撑的下回转塔式起重机如图8-7所示。该形式的起重机没
6、有尖顶，吊臂端部铰接在塔身顶部，设在塔身顶部的活动三角形支撑起到人字架作用。由于该形塔机身顶部构造简单、重量轻，拖运时撑架部分可以折放，减少了整机拖运长度，下回转塔机多采用这种型式。下回转塔式起重机按行走方式的不同又可分为轨道式、轮胎式和履带式3种。轨道式塔式起重机是目前使用最广泛的。它可以带载行走，在较长的一个区域范围内作水平运输，效率较高，工作平稳，安全可靠。轮胎塔式起重机与轨道式相比，特点是不需要铺设轨道，不需要拖运辅助装置，吊臂、塔身折叠后可全挂拖运。但轮胎塔式起重机只能在使用支腿的情况下工作，不能进行工作幅度以外的水平运输，也不适于在雨水较多的潮湿地面使用。履带塔式起重机对地面的要求
7、较低，运输中能够通过条件较差的路面。但机构比较复杂，转移不如轮胎式起重机方便。现在国外有塔式起重机用的履带拖行底盘，这为塔机的使用和运输带来方便。新一代的下回转塔式起重机多采用伸缩式塔身、折叠式吊臂。拖运时，使塔身后倾倒在回转平台上，大大缩短了整机拖运的长度。（3）自身附着式塔式起重机随着高层和超高层建筑大量增加，上、下回转型式的塔式起重机已不能完全满足大高度吊装工作的需要。因为这两种塔式起重机的塔身过高时，自重太大，安装架设困难，而且一次要安装到最高塔身，给设备的利用率和司机的视野带来不利影响，所以当建筑高度超过50m时，就要采用自升附着式塔式起重机。这种起重机的塔身依附在建筑物上，随建筑物
8、的升高而沿着层高逐渐爬升。自升附着式塔式起重机可分为内部爬升式（简称内爬式）和外部附着式两种。内部爬升式塔式起重机。内部爬升式塔式起重机安装在建筑物内部（如电梯井、楼梯间等）。靠一套爬升机构的作用，使塔身沿建筑物逐步上升。它的结构和普通上回转塔式起重机基本相同，只是增加了一个套架和一套爬升机构。爬升时，通过两个爬升框架固定于建筑物内部楼板上。其爬升过程大体分为准备爬升（如图8-8a所示）、提升套架（图8-8b）和提升起重机（图8-8c）三个步骤。由于起重机安装在建筑物内部，其幅度可以设计制造得小一些。它不占用建筑物外围空间。由于它是利用建筑物向上爬升，其爬升高度不受限制，塔身可以做得较短，结构
9、较轻。由于其全部重量都压在建筑物上，建筑结构就需要增强。爬升只能在施工停歇期间进行，司机不能直接看到起吊过程。施工结束后，需用屋面起重机或其它辅助起重设备，将起重机部件逐一解体，拆在竣工的屋顶上，房顶为了支承这些辅助设备可能又得适当加强，会使建筑物造价增高。图8-8 内爬式塔机爬升过程示意简图a-准备爬升 b-提升套架 c-提升起重机外部附着式塔式起重机。外部附着式起重机安装在建筑物的一侧，它的底座固定在专门的基础上，沿塔身全高水平设置若干附着装置（由附着杆、抱箍、附着杆支承座等部件组成），使塔身依附在建筑物上，以改善塔身受力。如图8-9a所示，它是由普通上回转塔式起重机发展而来的。塔身上部套
10、有爬升套架，套架顶部通过回转支承装置与回转的塔顶相连。塔顶端部用钢丝绳拉索连接吊臂和平衡臂。起升机构、平衡重移动机构安装在平衡臂上，小车牵引机构放在水平吊臂根部，回转机构装在回转支承上面的回转塔顶上。整个塔身是由若干个标准节和调整节拼成的。如果在外部附着式塔式起重机底架上安装行走台车，也可以作为在轨道上行走的自行塔式起重机如图8-9b所示。图8-9 外部附着式塔式起重机a-附着式；b-自行式1平衡重；2起升机构；3平衡重移动机构；4平衡臂；5电气室；6塔顶；7小车牵引机构； 8吊臂；9起重小车；10吊钩；11回转机构；12回转支承；13顶升机构；14司机室；15顶升套架；17塔身；18底架；1
11、9活络支腿；20基础；21电梯；22电梯卷扬机；23压铁；24电缆卷筒；25电梯节；26斜撑；27行走台车；28钢轨2按变幅方式分类（1）动臂变幅式这类塔式起重机的吊钩滑轮组的定滑轮固定在吊臂头部，起重机变幅是用改变起重臂的仰角来实现，如图8-10所示。这种变幅比较高，一般是空载变幅，由仰角限制，有效幅度为最大幅度的70%左右。（2）小车变幅式这类塔式起重机的起重臂是固定在水平位置上，变幅是通过起重臂上的运行小车来实现的，它能充分利用幅度，起重小车可以开到靠近塔身的地方，如图8-11所示。但由于起重臂受较大的弯矩和压缩，所以把起重臂制作得比较笨重。在相同条件下，动臂变幅起重臂要比小车变幅式起重
12、臂轻18%20%。 图8-10动臂变幅式塔式起重机 图8-11小车变幅式塔式起重机（3）折臂变幅式这类塔式起重机的基本特点是小车变幅式，同时吸收了动臂变幅式的某些优点。它的吊臂由前后两段（前段吊臂永远保持水平状态，后段可以俯仰摆动）组成，也配有起重小车，构造上与小车变幅式的吊臂、小车相同。3按重量分类目前塔式起重机多以重量或力矩（kNm）来分类。（1）轻型起重量0.33t为，一般用于五层以下的民用建筑施工中。（2）中型起重量35t为，一般用于工业建筑和较高层的民用建筑施工中。（3）重型起重量2040t为，一般用于重型工业厂房，以及高炉、化工塔等设备的吊装工程中。二、塔式起重机主要技术参数塔式起
13、重机的主要参数有：起重力矩、幅度，起重量、起升高度和工作速度（如第一章第三节所述）。其中，最能全面反映塔式起重机起重性能的是起重力矩，因为起重力矩本身是幅度和起重量两个参数的乘积。1幅度起重幅度即通常所谓的回转半径或工作半径，是从塔式起重机的回转中心线至吊钩中心线的水平距离。幅度包含两个参数：最大幅度和最小幅度。在采用俯仰变幅臂架的情况下，最大幅度就是当动臂处于接近水平或与水平夹角为13时，从塔式起重机回转中心线至吊钩中心线的水平距离。当动臂仰成6365角（个别可仰至73角）时，幅度为最小。在采用小车变幅的情况下，最大幅度就是小车行至臂架头部端点位置时，自塔式起重机回转中心线至吊钩中心线的水平
14、距离。当小车处于臂架根部端点位置时，幅度为最小。2起重量起重量就是吊钩所能吊起的重物重量，其中应包括吊索和铁扁担或容器的重量。起重量也包含两个参数，一个是最大幅度时的起重量，一个是最大起重量。最大起重量由起重机的设计结构确定，并且同吊钩滑轮组钢丝绳的绳数有关。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。动臂式塔式起重机的最大起重量是在最小幅度位置。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。3起重力矩起重力矩为起重量与幅度的乘积。如以L表示幅度，Q表示起重量，M表示起重力矩，其关系式为：M = L Q 10kNm起重力矩是确定和衡量塔式起重机
15、起重能力的主要参数。因为塔式起重机经常在大幅度情况下工作，所以用最大起重量衡量起重能力没有多少实际意义，而应以起重量与幅度的乘积（起重力矩）来表示起重能力。我国从实际使用出发，规定塔式起重机的起重力矩值，以基本臂的最大工作幅度与相应的起重量的乘积值，即公称起重力矩来表示。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（图8-12），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。图8-12 塔式起重机起重性能曲线4起升高度对轨道行走式塔式起重机，起升高度为轨道顶面起到吊钩中心的垂直距离。固定式塔式起重机起升高度为
