塔式起重机教材

塔式起重机

四川省建筑科学研究院

林/p>

QQ：449652119

1.概述2.塔式起重机的结构构成

3.安全性能要求1.概述塔式起重机（简称为塔机、塔吊）属于臂架型起重机，臂架长度较大、结构轻巧，且可回转，安装拆卸运输方便，适用于露天作业，是建筑施工中广泛使用的一种起重设备，也较多地用于造船、电站设备安装、水工建筑、港口和货场物料搬运等。1.1塔式起重机的分类

1.1.1按架设方式

按架设方式，塔式起重机分为快装式（图1）塔式起重机和非快装式塔式起重机。

图1快装式塔式起重机目前广泛使用的自升式塔式起重机为非快装式塔式起重机。

1.1.2按变幅方式按变幅方式，塔式起重机分为小车变幅塔式起重机（图2）和动臂变幅塔式起重机（图3）。小车变幅塔式起重机按臂架小车轨道与水平面的夹角大小可分为水平臂小车变幅塔式起重机和倾斜臂小车变幅塔式起重机。图2小车变幅塔式起重机图3动臂变幅塔式起重机

1.1.3按臂架结构型式

小车变幅塔式起重机按臂架结构型式分为定长臂小车变幅塔式起重机（图2）、伸缩臂小车变幅塔式起重机和折臂小车变幅塔式起重机（图4）。动臂变幅塔式起重机按臂架结构型式分为定长臂动臂变幅塔式起重机与铰接臂动臂变幅塔式起重机。图4折臂小车变幅塔式起重机图图5平头式塔式起重机1.1.4按臂架支承型式

按臂架支承型式小车变幅塔式起重机可分为平头式塔式起重机（图5）和非平头式塔式起重机（图2）。1.1.5按回转方式按回转方式，塔式起重机主要分为上回转和下回转两种。上回转塔式起重机将回转支承，平衡重，主要机构均设置在上端。下回转塔式起重机将回转支承、平衡重，主要机构等均设置在下端（图6）。

图6下回转塔式起重机1.1.6按有无行走机构分为移动式塔式起重机和固定式起重机。移动式塔式起重机塔身固定于行走底架上，在专设的轨道上运行。固定式塔式起重机根据装设位置的不同，又分为附着自升式和内爬式两种，附着自升塔式起重机能随建筑物升高而升高，适用于高层建筑，建筑结构仅承受由起重机传来的水平载荷，附着方便，但占用结构用钢多；内爬式起重机在建筑物内部（电梯井、楼梯间），借助一套托架和提升系统进行爬升，顶升较繁琐，但占用标准节少，不需要装设基础，全部自重及载荷均由建筑物承受。根据以上的分类，我国目前广泛使用的塔式起重机为自升式、固定基础、水平臂小车变幅、非平头（有塔顶）、上回转、独立或附着式塔式起重机。1.2基本技术参数1.2.1起重力矩幅度与额定起重量的乘积，计量单位是t·m或kN·m。1.2.2最大起重力矩最大额定起重量重力与其在设计确定的各种组合臂长中所能达到的最大工作幅度的乘积，计量单位是t·m或kN·m。1.2.3额定起重量塔式起重机在各种工作幅度下允许吊起的最大起重量，包括取物装置（如料斗、砖笼等）的重量，但不包括吊钩的重量。1.2.4最大起重量塔式起重机在正常工作条件下，允许吊起的最大重量。1.2.5幅度起重机置于水平场地时，从其回转平台的回转中心线至吊钩（空载时）中心垂线的水平距离。最大工作幅度则是指吊钩位于距离塔身最远工作位置时的水平距离。1.2.6起升高度空载时，塔身处于最大高度，吊钩处于最小幅度处，吊塔式起重机基准面至吊钩支承面之间的垂直距离。1.2.7起升速度起吊各稳定运行速度挡位对应的最大额定起重量，吊钩上升（下降）过程中稳定运动状态下的上升速度，单位是m/min。1.2.8回转速度塔式起重机在最大额定起重力矩载荷状态、风速小于3m/s、吊钩位于最大高度时的稳定回转角速度，单位是r/min。1.2.9变幅速度风速小于3m/s，工作载荷水平位移的平均速度，单位是m/min。1.2.10塔式起重机重量塔式起重机重量包括塔式起重机的自重、平衡重和压重的重量。1.2.11尾部回转半径塔式起重机回转中心线至平衡臂端部的最大距离。1.3塔式起重机型号表示方法我国塔式起重机型号的表示方法，按JG/T5093《建筑机械与设备产品分类及型号》执行。以QTZ40C为例：Q—类的代号，表示“起重机械”；T—组的代号，表示“塔式”；Z—型式、特性代号，表示“上回转自升式”；40—主参数代号，额定起重力矩40t·m；C—改进型序列号。2.塔式起重机的结构构成塔式起重机的结构部分包括基础、钢结构件、运行机构、电气系统、安全装置等几部分。2.1基础固定式塔式起重机安装在专门制作的钢筋混凝土基础上。基础的尺寸应满足塔式起重机工作状态和非工作状态稳定性以及地基承载能力的要求。基础应由专业工程师设计。其种类分为一次性使用的现浇混凝土基础，多次重复使用的拼装式基础和特殊基础。（案例照片1）2.1.1现浇混凝土基础常见的现浇混凝土基础型式有方形整板基础和十字梁基础。

方形整板基础与地基接触面积大，稳定性好，在GB/T13752-1992《塔式起重机设计规范》中规定了设计计算方法。缺点是钢筋和混凝土的用量较大。十字梁基础的钢筋和混凝土用量少，节省材料，但由于与地基的接触面积小，塔式起重机基础对地基的压力值较大。在现行规范中，没有对这种塔式起重机基础的设计计算方法做出规定。结合方形整板基础和十字梁基础的优点，一种梁板式塔式起重机基础也已得到应用。梁板式基础的结构型式是，基础的下部做一个厚度相对较薄的方形整板，上部做成十字梁，梁的钢筋伸入到下部的板中，梁和板的混凝土同时浇筑形成整体。在板上、梁间回填土并夯实处理，用回填土的重力代替一部分钢筋混凝土的重力，减少了建筑材料用量。拼装式基础由若干块混凝土预制构件组成，可以多次重复使用。塔式起重机安装前，用吊车把拼装基础的各构件吊装到位后，构件之间用钢绞索经张拉连接成整体。由于预制构件是工厂化制作生产，基础的安装速度快、周期短，在我省的一些城市已得到应用。2.1.3特殊基础钢结构平台是一种特殊基础，应由专业工程师设计。在高层建筑的施工中，一些塔式起重机基础的位置处于地下室内。如果把塔式起重机基础埋置在地下室底板以下，这样就出现了两个问题：一是塔式起重机基础的开挖深度深，难以施工；二是塔式起重机底座和基础节埋置于地下室底板中，塔式起重机拆卸时，埋置于混凝土中的这些构件无法取出，必须破坏性拆除。一种钢结构的格构式塔式起重机基础较好地解决这一问题。这种基础的制作方法是，在现场基坑开挖前，在基础位置打入4根混凝土灌注桩，桩顶略低于地下室底板，每根桩中插入一根钢柱，钢柱材料选用钢管或H型钢。钢柱顶部制作一个混凝土结构的或钢结构的平台，塔式起重机安装于这个平台上。随着施工现场建筑物基坑的开挖，在钢柱之间逐步焊接钢缀条，开挖一层地基焊接一次钢缀条，基坑开挖结束，整个格构式钢平台的焊接工作完成，使其成为一个完整的格构式钢架。塔式起重机拆除后，将这钢架破坏性地拆除。

2.2钢结构件塔式起重机的钢结构件主要由底座、塔身基础节、塔身标准节、回转平台、塔顶、起重臂、平衡臂、拉杆、司机室、附着装置等部分组成，见图7所示。

图7自升式塔式起重机各结构名称位置示意图2.2.1底座底座安装于塔式起重机基础表面，是塔式起重机中承受全部载荷的最底部结构件。常见的底座型式有十字梁形、独立形、井字形等。对下回转的塔式起重机，底座上安装有回转支撑；对于上回转的，底架上部与塔身连接。2.2.2塔身基础节塔身基础节与底座连接，位于塔身下部，是塔身的一部分。有些塔式起重机没有基础节，标准节直接安装在底座上。2.2.3塔身标准节标准节是塔身的主体部分，节间用高强螺栓连接。螺栓级别通常是10.9级。标准节有两种型式，一种是焊接成整体的型式；另一种是将标准节焊接成4片，在安装时用高强螺栓将其连接成整体。整体式标准节安装、拆卸方便快速，在搬运、堆放过程中不易产生变形，但运输、存放时要占用较多的空间；片式标准节方便运输和存放，但安装、拆卸速度慢，搬运过程中易产生变形。2.2.4回转平台回转平台由回转下支座、回转支承、回转上支座组成。回转下支座与回转支承的

外圈连接，回转上支座与回转支承的内圈连接，连接螺栓均为高强螺栓。回转上支座上安装有回转机构，驱动回转上支座及以上结构部分随着回转支承的内圈转动。2.2.5回转过渡节回转过渡节安装在回转上支座的上面，与回转上支座用高强螺栓连接，回转过渡节是能够转动的。塔顶、起重臂、平衡臂均安装在回转过渡节上。有些厂家的塔式起重机没有独立的回转过渡节，将其与回转上支座做成一体。回转过渡节有两种型式：一种是在安装平衡臂的一侧有两个铰座，平衡臂与其刚性连接，适用于塔顶是桅杆式的塔式起重机；另一种是在安装平衡臂的一侧只有一个铰座，平衡臂与其铰接，适用于塔顶式塔帽式的塔式起重机。

2.2.6塔顶

塔顶有两种结构型式：一种是塔帽式的，安装于回转过渡节的上部，通常用轴销与回转过渡节刚性连接，也被称为直塔帽；另一种是桅杆式的，安装在起重臂的根部，与起重臂铰接，也被称为斜塔帽。塔顶是悬挂平衡臂拉杆和起重臂拉杆的结构件。2.2.7.起重臂起重臂安装于回转过渡节的前面，用两根轴销与回转过渡节铰接。起重臂通常为三角形截面，两根下弦杆是起重小车运行的轨道。起重臂上安装有变幅机构，实现小车在臂架上的运行。2.2.8平衡臂平衡臂安装于回转过渡节的后面。平衡臂有两种型式：塔顶是塔帽式的，用两根轴销将平衡臂与回转过渡节铰接；塔顶是桅杆式的，用四根轴销将平衡臂与回转过渡节刚性连接。塔式起重机的起升机构、平衡重均安装在平衡臂上。平衡臂上设置有专用走道，平衡臂两侧安装有栏杆。2.2.9拉杆拉杆的作用是把起重臂、平衡臂的一端斜拉在塔顶上，分为起重臂拉杆和平衡臂拉杆。起重臂拉杆与起重臂的上弦杆用轴销连接，通常设置有前、后两根。两根平衡臂拉杆并列排列，分别拉在平衡臂两侧的弦杆上。拉杆通常用圆钢或条状钢板制成，为了方便安装和运输，把拉杆分成若干段，段间用轴销连接。2.2.10司机室司机室是塔式起重机司机操作塔式起重机的工作场所，通常安装在回转过渡节右侧上支座的操作平台上。2.2.11附着装置塔式起重机处于独立式工作状态时，不安装附着装置；当塔式起重机处于附着式工作状态时，才安装附着装置。附着装置的作用是将作用于塔身的弯矩、水平力和扭矩传递到建筑物上，减小塔身的计算长度，增强塔身的抗弯、抗扭能力。

附着装置由附着框、附着杆和附墙铰座组成。附着框的作用是将附着装置对塔身的作用力均匀地传递到塔身的4根主肢上。附着杆系有三杆式和四杆式两种型式，当塔身距离附着墙面较远，需要加长附着杆时，必须对附着杆的强度进行计算。附墙座的作用是把附着杆可靠地固定在建筑结构上。2.3运行机构2.3.1起升机构起升机构主要由起升卷扬机、滑轮组、吊钩等组成，用于实现重物垂直运动。塔式起重机的起升高度大，可达百米以上。为了提高工作效率，充分发挥起升电机功率的利用率，实现重载低速、轻载高速，塔式起重机的起升机构均具有调速性能；同时，为了符合重物安装就位的要求，起升机构应具有慢就位的性能。2.3.2变幅机构变幅机构用于改变吊物至塔身的距离，即塔式起重机的工作幅度。小车变幅牵引机构由变幅卷扬机、牵引钢丝绳、导向滑轮和变幅小车等组成。牵引变幅小车向前、向后运动的钢丝绳彼此独立，卷筒上有绳槽。卷扬机卷筒顺时针方向旋转时，卷筒收绕前绳放出后绳，拖动小车向前运行。卷筒逆时针方向旋转时，卷筒收绕后绳放出前绳，拖动小车向后运行。

变幅小车上必须设置小车断绳保护装置和小车防坠落装置。这两个装置的作用将在安全装置中介绍。2.3.3回转机构回转机构是实现起重臂绕塔式起重机中心线回转的工作装置，使吊物能够以塔式起重机中心线作水平圆周运动，从而把塔式起重机的作业范围扩大为一个空间。2.3.4液压顶升机构液压顶升机构用于塔式起重机的安装、拆卸，加标准节及降标准节。液压顶升机构由液压站、高压油管、顶升油缸、顶升横梁等组成。2.4安全保护装置2.4.1起重力矩限制器起重力矩限制器的保护对象是塔式起重机钢结构。因此，使起重力矩限制器限位开关动作的信息，来源于钢结构的弹性变形。常见的起重力矩限制器如图8所示。a图所示的是拉伸式力矩限制器，适用于塔帽式的塔式起重机，它焊接在塔帽的后弦杆上。吊重时，塔帽的后弦杆受拉延伸，力矩限制器变形板的L尺寸伸长，H尺寸变小，当超过设定的起重力矩值时，调节螺钉触及行程开关，行程开关动作切断所控制电路的电源。b图所示的是压缩式力矩限制器，焊接在塔帽的前弦杆，或桅杆式塔式起重机平衡臂的上弦杆上。吊重时，塔帽的前弦杆，或桅杆式塔式起重机平衡臂的上弦杆受压缩短，L尺寸也相应缩短，H尺寸增大，行程开关随着底板向右移动，调节螺钉向左移动。超过设定的力矩值时，调节螺钉触及行程开关，行程开关动作切断所控制电路的电源。2.4.2起重量限制器起重量限制器的保护对象是塔式起重机的起升机构。因此，使起重量限制器限位开关动作的信息，来源于起升钢丝绳的张力，起重量愈大钢丝绳的张力愈大。起重量限制器有多种型式，图9是其中两种。图9a中的起重量限制器悬挂在塔帽上，起升钢丝绳张力的合力使转向滑轮向下位移，测力环变形，两弹簧片之间的间距变小，当吊物重量超过设定值时，调节螺钉触及微动开关的触头，切断起升机构上升方向的电源。图9b中起重量限制器安装在起重臂的根部。起升钢丝绳张力的合力推动杠杆按逆时针方向转动，杠杆拉动螺杆向左移动，当吊物重量超过设定值时，螺杆上的撞块触及行程开关的滚轮，行程开关动作，切断起升机构上升方向的电源。2.4.3起升高度限位器起升高度限位器用于防止在吊钩提升或下降时可能出现的操作失误。当吊钩滑轮组上升接近载重小车时，应停止其上升运动；当吊钩滑轮组下降接近地面时，防止卷筒上的钢丝绳松脱甚至以相反方向缠绕在卷筒上。2.4.4幅度限位器

图8起重力矩限制器

图9两种起重量限制器结构示意图

幅度限位器的作用是限制载重小车在吊臂的允许范围内运行，限制小车最大幅度位置的是前限位，限制小车最小幅度位置的是后限位。2.4.5回转限位器

对回转部分不设集电器的塔式起重机，应设置正反两个方向回转限位开关。回转限位开关的作用是防止塔式起重机连续向一个方向转动，把电缆扭断发生事故。根据现行国家标准规定，开关动作时臂架旋转角度应不大于±540°。2.4.6小车断绳保护装置小车变幅塔式起重机应设置双向小车断绳保护装置。当变幅钢丝绳折断时，安装于变幅小车上的断绳保护装置在重力的作用下，自动翻转成垂直状态，受到起重臂底面缀条的阻挡，使小车不能沿着起重臂轨道向前或向后滑行。2.4.7小车防坠落装置小车变幅塔式起重机应设置小车防坠落装置，即使小车车轮失效小车也不得脱离臂架坠落。其结构原理是，在小车上焊接4个悬挂装置，小车正常运行时，这4个悬挂装置位于起重臂轨道的上方，当小车轮轴折断时，悬挂装置搁置在起重臂轨道上，使小车不致坠落。2.4.8钢丝绳防脱装置滑轮、起升卷筒均应设有钢丝绳防脱装置，该装置表面与滑轮或卷筒侧板边缘间的间隙不应超过钢丝绳直径的20%，装置可能与钢丝绳接触的表面不应有棱角。2.4.9爬升装置防脱功能自升式塔式起重机应具有可靠的防止在正常加节、降节作业时，爬升装置从塔身支承中或油缸头从其连接结构中自行（非人为操作）脱出的功能。2.4.10报警装置塔式起重机应装有报警装置，在塔式起重机达到额定起重力矩或额定起重量的90%以上时，装置应能向司机发出断续的声光报警。在塔式起重机达到额定起重力矩和额定起重量的100%以上时，装置应能发出连续清晰的声光报警，且只有在降低到额定工作能力100%以内时报警才能停止。

2.4.11风速仪对臂架铰点超过50m的塔式起重机，应配备风速仪，当风速大于工作允许风速时，应能发出停止作业的报警。2.4.12安全警示装置电笛或电铃起提示、提醒作用。用笛声告诉现场作业人员塔式起重机即装作业或吊物将至，提醒他们注意避让。所以塔式起重机操作人员在工作中一定要养成正确使用电笛（电铃）的良好习惯。警示灯根据GB5144-2006《塔式起重机安全规程》的规定，当塔顶高度大于30m且高于周围建筑物的塔式起重机，应在塔顶和起重臂的端部安装红色障碍指示灯，该指示

灯的供电不受停机的影响。塔式起重机操作人员在下班或晚上作业时，一定要把障碍指示灯及时打开，提醒空中飞行物注意避让，直到第二天天亮后才能关闭。3.安全性能要求3.1安装与使用环境安全性能要求（安装环境、使用坏境）除了应力集中和厚度因素，温度也会导致塔式起重机结构件的脆性破坏，普通结构钢脆性断裂的临界转变温度为-20℃。如果在低于这个温度的环境下工作，并且受应力集中、材质不均匀的影响，可导致突然断裂。因此，要求塔式起重机不能再低于-20℃的环境温度下使用。如必须在低于-20℃温度下工作，必须向制造厂申明，制造厂必须采用低温性能好的钢材。由于塔式起重机的塔身高、臂架，风载荷也对安全使用产生影响。同一地方风速会随着高度的增加而增大，而作业风速超过20m/s时，钢结构会发生变形和断裂。因此风速必须以安装在塔式起重机最大高度处的风速仪观测的风速为依据，当风力大于20m/s时，应停止使用。为保证塔式起重机在使用过程中不与周围建筑物发生碰撞，塔式起重机运动部分与建筑物及建筑物外围施工设施之间的最小距离不小于0.6m。为保证在使用过程中，塔式起重机与塔式起重机之间不发生碰撞，两台塔式起重机之间的最小架设距离，处于低位的塔式起重机的臂架端部与任意一台塔式起重机塔身之间的距离不应小于2m，处于高位塔式起重机的最低位置的部件与低位塔式起重机处于最高位置的部件之间的垂直距离不应小于2m。当多台塔式起重机在同一施工现场交叉作业时，应有专项方案，并采取防碰撞的安全措施。为保证使用过程中，塔式起重机不受周围输电线路的影响，上任何部件与高压输电线的安全距离符合表1的规定。如安全距离不够需采用了有效的防护措施。

表1塔式起重机的任何部位与输电线的安全距离3.2结构安全性能要求（独立高度、自由端高度、附着、垂直度、力矩）塔身的垂直度超差过大会使重心外移，增大倾覆力矩，造成整体失稳。因此塔式起重机安装后，在空载、风速不大于3m/s状态下，独立状态塔身（或附着状态下最高附着点以上塔身）轴心线的侧向垂直度允差不应大于4/1000，附着状态下最高附着点以下塔身轴心线的垂直度允差不应大于2/1000。

塔式起重机的独立高度和自由端高度要符合说明书要求，塔身高度超过使用说明书规定的最大独立高度时，应设有附着装置。当附着距离超过使用说明书规定时，应有专项施工方案并附计算书。附着装置的安装高度和间距应符合使用说明书规定。塔身与构筑物附着点的距离及方位应尽可能满足使用说明书的规定。鉴于附着装置关系到塔身的稳定和使用安全，为避免因塔机附着方案不完备造成公共安全隐患，在塔式起重机未安装附着前，其专项施工方案应经专家论证并提交专家组论证报告。禁止擅自在塔式起重机上安装费原制造厂制造的附着装置。（案例照片7）建筑工地维护保养条件较差，而且塔式起重机上很多关键零部件又位于高空，隐蔽故障不易被发现，使用过程中可能导致重大事故。如钢丝绳、吊具损坏会导致重物突然脱落产生反弹后倾，螺栓销轴连接失效、焊缝开裂、连接件锈蚀会使塔身、起重臂等发生断裂直接导致塔式起重机的倒塌。因此，起重臂、平衡臂、塔帽、塔身基础节和标准节应无明显裂纹、无明显塑性变形，连接焊缝无明显可见的焊接缺陷，螺栓和销轴等连接无松动，无缺件、损坏等缺陷。轨道无裂纹、无严重磨损等影响安全运行的缺陷；轨道焊缝无明显可见的焊接缺陷；螺栓和压板无缺件，压板固定牢固。吊具、钢丝绳、滑轮、开式齿轮、车轮、卷筒、环链的磨损、变形、缺损情况不应达到相应报废规。吊具悬挂牢固可靠，无缺件，吊钩应设置防脱钩装置，且无破损、缺件，能有效工作，不得使用经过补焊的吊钩。（案例照片2、3、4、5、6、7、8、9）3.3电气安全性能要求电气绝缘破坏，接地不良，会导致触电伤亡事故。因此，电气线路额定电压不大于500V时，主电路和控制电路的对地绝缘电阻不能小于0.5MΩ。采用TN接地系统，零线非重复接地的接地电阻应不大于4Ω；采用TN接地系统，零线重复接地的接地电阻应不大于10Ω；采用TT接地系统，漏电保护器动作电流与接地电阻的乘积应不大于50V。如果作业时电压过低，加上电缆长度大造成压降过大，会造成电控失灵，通电后制动器不是放，档位错乱，造成电动机和减速器损坏；电动机输出转矩不够，严重的会造成吊重失控而坠落。因此，应设有短路、过流、欠压、过压及失压保护、零位保护、电源错相及断相保护装置，以保证供电质量。最好自备专用变压器和稳压电源设备。电气控制系统带病运行，会导致机构产生振动和冲击，以致破坏。例如，起升机构控制箱内接触器粘连，接线松脱虚连，二极管击穿等，没有及时修理、更换而继续作业，会造成电动机断轴、齿轮打坏等事故。因此，电器柜或配电箱应防雨防尘以防止自然环境对电气元件的损坏。应配备门锁以及警示标志，禁止随意打开箱门。门内应有原理图或布线图，方便维修人员维护检查。3.4安装与拆卸过程中的安全性能要求(案例照片9、10、11、12）为避免塔式起重机在顶升或者降塔时，因平衡阀与油缸之间的连接油管爆裂，从而造成套架及以上部分超速下坠，平衡阀和液压锁与执行机构不能采用柔性连接。在拆装作业过程中，当遇天气剧变、突然停电、机械故障等意外情况，短时间不能继续作业时，必须使已拆装的部位达到稳定状态并固定牢靠，经检查确认无隐患后，方可停