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1、第 2 6卷第 1 0期 中国特种设备安全 1 3 自升 式塔 式起 重 机 顶 升横 梁 近年来 ， 随着城建在建工程 的规模 不断扩大和 高层建筑不断增多 ， 塔式起重机在施 工现场得到 了 广泛应用。但在塔机装卸过程中， 因顶 升横梁脱 出 而引起塔机倾覆 、 人员伤亡 的事故时有发生。本文 通过对 自升式塔式起重机不 同的顶升横 梁与踏步 结构进行分析 ， 探讨各 自的优缺点 ， 提出改进方案。 1 自升式塔式起重机顶升过 程分 析 为弄清楚塔机顶升过程的安全 因素 ， 首先对 自 升塔式起重机的顶升过程作简单的描述 ： 1 ) 将顶 升横梁 两端的轴头放入踏 步的弧形 凹 槽 内；
2、2 ) 启动液压系统使活塞杆伸 出， 找正塔机顶部 的平衡 ； 继续启动液压系统直至 2个爬升销轴能搭 在上面 1 个踏步上 ； 3 ) 将 2个爬升销轴 推进同时操纵换 向阀停 止 顶升而后转为活塞杆收缩 ， 直到顶升横梁两端 的轴 头能放人上面 1个踏步的槽 内为止 ； 4 ) 再次使油缸活塞杆伸出， 直到塔身上方恰好 有能装入 1 个标准节 的空间 ， 然后引入标准节 。由 以上过程可以看 出 ： 标准节 踏步、 顶升横梁 和爬 升 销轴等件在塔机 的顶 升过程起着关 键作用。 自升 式塔式起重机顶升横梁 的两端轴 头搭在标 准节踏 步上 ， 没有任何形式的固定 ， 这样横梁就存在 2个
3、 自 由度 ， 即向上脱 出踏 步的弧形 凹槽 和旋 转 ， 在顶 升 作业过程 中由于工作人员 的疏忽 或不可预知 的外 力作用 ( 如强烈的阵风 、 突然卸载的冲击 ) 均可使顶 升横梁脱槽 ， 引发塔机倾覆 ， 人员伤亡的事故 。 2 自升式塔式起重机顶升横梁 防脱 结构 随着设计水平不断提高 ， 自升式塔机顶升横梁 防脱结构也发生了极大的改变， 下面对几种防脱结 构形式进行分析。 2 1 改进踏 步 结构进 行 防脱 改进前 的踏步结构如图 1 ( a ) 所示 ， A处为一平 台， 如果安装时不注意， 可能会将轴头放在平台上 ， 而未落在踏步的槽 内。 改进的踏步结构如图 1 ( b
4、 ) 所示 ， 其工作原理为 当轴头放在斜面时 ， 在重力作用下顶升横梁 自动下 滑 ， 使轴头完全落人 踏步的弧形 凹槽 内， 从而 防止 顶升横梁从踏步 中脱 出。但在开 始顶升时轴头可 能由于摩擦力大滑不下来 ， 但在顶升过程 中由于压 力增加、 震动等原因可能突然滑下 ， 容易酿成事故。 因此改进后 的结构其斜 面的倾斜 角度 O r 是一个关 键参数 。斜面角度 计算 的示意图见图 1 ( b ) 。 图 1 踏步改进前后 的结构 其 中： p 顶升横梁轴头作用在踏步斜面上的力 ； 顶升油缸与垂直面的角度 ； 斜面与水平面的夹角 ； 1 4 中国特种设备安全 第2 6 卷第 l 0期
5、 L _ I ( ) 分解到斜面上的正压力 ； p分解的沿斜面的下滑力。 可以得到如下关系式 ： N=Q C O S ( O L + ) F=Qs i n ( + 卢 ) 要使轴头 自动下滑的条件是： 下滑力 F大于正 压力 | 7、 ， 产生的摩擦力， 有下面的公式 ： F N _厂 式中： 卜轴头和踏步之间的滑动摩擦 系数 ， =0 1 5 整理以上公式得到 0 【 a r c t a n 0 1 5一p= 8 5 。 一p 顶升油缸与垂直面的角度一般在 2 8 。 一 4 。 之间， 得到斜 面与水平面的夹角 5 7 。 ， 设计 时可 以取 =6 。 。 也就是说， 当踏步外侧有 1
6、个 6 。 的斜面时， 在理论 计算上， 顶升横梁的轴头会自动的滑落到踏步槽内。 通过以上结构分析， 可 以看 出， 只有 当顶升横 梁轴头落在踏步斜面处， 顶升横梁的轴头才可能会 自动的滑落到踏步槽 内。但此结构不 能限制在某 种情况下( 如操作不 当等) 顶升横梁轴头完全脱 出 踏步的弧形 凹槽 内， 当顶升横梁再次 下落时， 由于 顶升横梁 向外倾斜 ， 使轴头落在 踏步斜 面之外 ， 使 顶升横梁缺少支承 ， 从而造成塔机倾覆 。其次对踏 步加工精度要求较高。由上式可知 ， 下滑摩擦力的 大小与轴头和踏步之问的滑动摩擦 系数-厂成正比， 而厂 与轴头和踏步的加工精度有关 ， 精度越高
7、， 则厂 越小 。轴头 的加工精度较宜保障 ， 对 于踏步来说 ， 由于形状较为复杂， 加工难度较大 ， 难 以保证其加 工精度。事实上， 现在企业大部分采用气焊直接切 割成形 ， 斜面精度很 低， 因此即使斜面角度 仪达到 设计要求 ， 也易造成轴头可能由于摩擦力过大滑不 下来， 但在顶升过程 中 由于压力增加 、 震动等原 因 突然滑下 ， 引起塔吊震动 ， 极易发生塔机倾覆事故。 2 2增加 防脱销 轴 此结构就是在顶升横梁上设置 1 个带手柄 的活 动销轴， 在标准节踏步上增加 1 个销孔， 如图2所示。 其工作原理为在顶升作业中当顶升横梁搭挂在标准 节踏步上时， 将活动销轴插入销孔，
8、 达到消除顶升横 梁所有自由度的目的， 保证了塔机顶升作业的安全。 当顶升油缸 3收缸 、 顶升横梁需向上移动时， 将活动 销轴拔出即可。因而在整个顶升作业循环过程中， 仅 需增加插销和拔销两个动作 ， 其它过程不变。 l 一 A向 1 标准节 ； 2 顶升横梁； 3 油缸 ； 4 踏步 ； 5 顶升横梁轴头； 6 顶升粱防脱活动销轴 ； 7 顶升梁防脱活动销轴销柄 图 2 踏步增加销孔结构 从上述可知， 增加销轴虽然可 以达到防脱的 目 的， 但是同时也限制 了顶升横梁所有 自由度。在设 计中要求在顶升过程 中扶正顶升横梁 ， 即顶升过程 中， 要求顶升油缸的大平面与塔身平行或尽量 的向 塔
9、身靠拢 ， 确保顶升油缸平面与油缸轴心线 的夹角 不大于 4 。 ， 保证顶 升横梁 的安全。一般情 况下 ， 顶 升横梁会 自动找正到垂直位置。由于销轴的增加 ， 限制顶升横梁 自动扶正， 而一旦顶升横梁与油缸的 夹角过大时 ， 顶升横梁很容易过载 ， 从而 留下事故 隐患。改进方法为适 当增加销轴孔的横向尺寸 ， 这 样既限制 了顶升 横梁 的上下 自由度 ， 防止横 梁脱 出， 又不影响顶升横梁 自动扶正。 1 手柄 ； 2 活动轴头 ； 3 定位凹槽 ； 4 定位凹槽 图3 横梁可伸缩轴头结构 2 3 横 梁活动轴 头和踏 步 圆孔设 计 首先 ， 踏步结构形式发生改变 ， 由原来 的
10、顶部 弧形 凹槽变为 中间圆孑 L 。顶升横梁轴头 由原来 的 固定式变为可伸缩的活动式 ( 见 图 3 ) ， 在轴头根部 上安装 1 个手柄， 手柄向下可卡在 3 、 4定位凹槽内， 使手柄得以固定， 从而使活动的轴头固定在伸出、 第 2 6卷第 1 0期 中国特种设备安全 1 5 随着 电梯 的广泛应用 ， 电梯 的使用安全问题 I：1 益受到重视。缓冲器是 电梯的安全部件之一 ， 是用 于防止电梯由于控制失灵 、 曳引力不足或制 动失灵 等发生轿厢 或对重 蹲底 时， 吸收轿 厢或 对重 的动 能 ， 提供最后 的保护 ， 以保证乘 员 的安全。耗能型 缓冲器因其缓冲性能 良好受到广泛
11、应用 ， 而对其安 装的垂直度有着严格的要求 ， 否则缓 冲器应有 的性 能就难 以发挥。G B 1 0 0 6 0 -2 0 0 3 电梯 安装规范 中规定 ： 耗 能型缓 冲器柱 塞垂直 度 的偏差 不大 于 0 5 。这样要求就是防止缓冲器作用时发生倾覆 ， 为了使缓 冲效率达 到最 佳状态。其 垂直度指标 也 是验收检验 中的必检项 目。笔者从 以下几个方 面 对其垂直度的测量予以探讨。 1 现 用缓冲器柱 塞垂直度测量存在 的缺 陷 1 1 现行国家标准在规定 中存在的缺陷 G B 1 0 0 6 0中对耗能型缓冲器垂直度的规定为 ： “ 耗能缓冲器 的柱塞垂直度偏差不能大于 0 5
12、 。 ” 笔者认为这样 的叙述不太明了， 应该叙述为 ： “ 耗能 缩回的位置上。其工作原 理为在顶升作业 中将顶 升横梁轴头与踏步上 圆孑 L 对齐 ， 手 柄向上抬起 ， 并 向外推出， 当手柄到达 凹槽 3时 ， 将其 向下压下 ， 使 之 固定 在 凹槽 3内 ， 轴头 伸 出 ， 顶 升 横 梁 得 以 固定 。 当需移动顶升横梁时 ， 将手柄 向上抬 起 ， 并 向 内拉 回， 到达凹槽 4时 ， 向下压下 手柄 ， 使之 固定在 凹槽 4内， 轴头缩 回， 就 中以移动顶升横梁 ， 完 成整个顶 升作业循环过程 。 由上可以看 出， 顶升横梁 在工作 时， 只是 限制 了顶升横梁
13、上下 2个 自由度 ， 确保横梁不会从踏步 中脱出， 同时并不影 响横梁 的 自由摆动 ， 即不会影 响顶升横梁 自动扶正， 消除了由于顶升横梁与油缸 缓冲器的柱塞垂直度偏差不能大于 0 5 L 。 ” ( 其中 为柱塞的高度 ) 更为确切 。 1 2现行 测量 方 法存在 的缺 陷 目前在耗能型缓冲器 的测量 中， 采用线坠和尺 进行测量 ， 测量 的方 向只有 一 个方 向 ( 如 图 1所 示 ) ， 即： 耗能型缓冲器柱塞的垂直度为 ： A =l 06 l L ( 1 ) 1 柱塞 ；2 液压缸 ； 3 线坠 图 1 缓 冲器柱塞垂直度测量示 意图 的夹角过大而造成顶升横梁过载 ， 保证 了塔机顶升 作业的安全 。 3 结束 语 自升式塔式起重机 顶升横梁 防脱 功能为塔式 起重机 顶升作业 的安全 提供 了一 定 的安 全保证 。 塔机制造企业应不断改进顶升横梁防脱结构设计 ， 完善顶升横梁 防脱 功能 ， 避免 因塔身在正常加 节、 降节作业时 ， 顶升横梁从塔身支承中 自行脱 出而造 成的塔机倾覆和人员伤亡 ， 确保塔机使用安全。 ( 收稿 E t 期 2 0 0 9 0 41 6 )
