塔式起重机基础知识讲稿.docx
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塔式起重机基础知识讲稿
塔式起重机基础知识
一、国内外塔式起重机的发展概况
（一）国外概况
1900年――第一项有关塔式起重机的专利诞生。
（西欧）
1905年――出现了第一台塔身固定的，有臂架的原始塔机。
1923年――出现了第一台较完整的近代塔机。
1930年――德国开始批量生产塔机，用于建筑施工。
1941年――第一部塔机标准――德国工业标准DIN8670公布了，首次正式规定t·m――起重力矩表示塔机的起重能力。
1946年~1979年――二战以后，随着战后重建和经济发展，塔机在西方工业化国家高速发展
1980年至今――受建筑市场的影响，发展低迷。
（二）中国情况
1953年――从原民主德国引进“建筑师－I”型塔机
●1954年――在抚顺试制成功第一台TQ2-6型塔机
1954年~1979年――低水平慢速发展
1980年~1989年――较快发展（改革开放的结果：
生产厂家几十家）
1991年~1999年――快速发展（厂家增加，产量增加，标准化建设加快，研发能力提高，对制造业实行生产许可，对安装实行资格许可，对使用实行监督检验许可，开始规范管理，生产厂家百余家）
2000年至今――火（经济火――房地产业火――建筑业火――厂家大量增加（500余家）――产量巨增（出现了一个建筑工地几十台塔机作业的火热景象）→事故频发！
（三）我国塔机标准化建设情况
有关塔机的技术标准，迄今已颁布施行的有：
JG/T5037-93塔式起重机分类
GB/T9462-1999塔式起重机技术条件
GB/T54-1999塔式起重机司机室技术条件
JG/T53-1999塔式起重机车轮技术条件
JG/T89-1999起重设备、吊钩防脱棘爪的设计要求
JG/T72-1999塔式起重机用限矩型液力偶合器
JG/T5111-1999长期堵转力矩电动机式电缆卷筒
GB/T13752-1992塔式起重机设计规范
JG/T5112-1999塔式起重机钢结构制造与检验
GB/T5031-1994塔式起重机性能试验
GB/T17806-1999塔式起重机可靠性试验方法
GB/T17807-1999塔式起重机结构试验方法
JG/T100-1999塔式起重机操作使用规程
●GB5144-1994塔式起重机安全规程
●我国标准分类：
国家标准、行业标准、地方标准、企业标准
●标准的性质分为：
强制性标准、推荐性标准
二、塔机的分类、组成、和参数
（一）名称由来
英文名称――tower（塔）crane（起重机），名称因该类起重机的外型象“塔”而来
（二）主要用途
主要用于起升高度大，作业半径大的工业、民用建筑施工，以及电站、水利、港口、造船等施工作业。
（三）分类
1.按回转支承位置分
●上回转塔机
●下回转塔机
2.按变幅方式分主要有
（1）小车变幅式
（2）动臂变幅式
3.按安装方式分
●
（1）快速安装式（下回转式）
●
（2）非快速安装式（上回转式）
4.按底架固定情况分
（1）固定式
（2）轨行式
5.升高方式分
（1）自升式
（2）固定高度
●自升式
（1）附着式
（2）内爬式
（四）塔机参数
●基本参数及定义
塔机参数包括基本参数及主参数。
基本参数共1１项，其名称及定义示于表1.
表1塔机基本参数及定义（据GB5031-1994）
名词术语
定义
1.幅度
2.起升高度
3.额定起升载荷
4.轴距
5.轮距
6.起重机重量
塔机空载时，塔机回转中心线至吊钩中心垂线的水平距离
空载时，对轨道式塔机，是吊钩内最低点到轨顶面的距离；对其他型式起重机，则为吊钩内最低点到支承面的距离。
在规定幅度时的最大起升载荷，包括物品、取物装置（吊梁、抓斗、起重电磁铁等）的重量
同一侧行走轮的轴心线或一组行走轮中心线之间的距离
同一轴心线左右两个行走轮或左右两侧行走轮组、轮胎或轮胎组中心径向平面间的距离
包括平衡重、压重和整机重
7.尾部回转半径
8.额定起升速度
9.额定回转速度
10.最低稳定速度
11．工作级别
回转中心线至平衡重或平衡臂端部最大距离
在额定起升载荷时，对于一定的卷筒卷绕外层钢丝绳中心直径、变速挡位、滑轮组倍率和电动机额定工况所能达到的最大稳定起升速度。
如不指明钢丝绳在卷筒上的卷绕层数，既按最外层钢丝绳中心计算和测量
带着额定起升载荷回转时的最大稳定转速
为了起升载荷安装就位的需要，起重机起升机构所具备的最小速度
分为Ａ１～Ａ６
最大独立起升高度、最大工作幅度（标准臂长）、最大额定起重量
●
●主参数——公称起重力矩
所谓公称起重力矩是指起重臂为基本臂长时最大幅度与相应额定起重量重力的乘积。
主参数系列见表2。
表2塔机主参数系列（kN·m）
公称起重力矩
100
160
200
250
315
400
500
600
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
（五）塔机的组成
按作用和工作性质区分，塔式起重机一般由下列部分组成：
1.结构
由底架、塔身、回转支座、塔顶、平衡臂、吊臂、司机室、梯子与平台、顶升套架和横梁部分组成。
2.机构
由起升机构、回转机构、变幅机构、运行机构、架设机构、液压机构等部分组成。
3.电气
由电源、电线与电缆、控制与保护、电动机等部分组成。
4.安全装置
由超载限制器、行程限位器、安全止挡和缓冲器、应急装置、非工作状态安全装置、环境危害预防装置等部分组成。
5.附属装置
由配重与压重、基础与轨道、拖运装置、附着框架及连杆、内爬框架、排绳与拖绳装置、电缆卷筒、检修装置等部分组成。
这些组成部分中，1、2、3、4中的大部分是任何类型的塔式起重机都必须具备的5的部分，则因塔式起重机的类型和用途不同而配置。
而且其中的有些部分应由用户自行准备，如配重、压重、轨道、基础、附着连杆等。
各组成部分由于其作用、性质、形式不同，在设计、制造、检验、维护等方面均有不同特点和要求。
（六）塔机起重量特性曲线的确定原则
1.起重量特性曲性的确定原则*
塔式起重机起重量特性曲线的确定要求，可由下列因素控制：
（1）起升系统强度，如起升电机、制动器、卷筒与钢丝绳、吊钩等；
（2）结构强度、刚度、稳定性；
（3）整机抗翻稳定性；
（4）最大安全工作载荷；
（5）起重力矩限制器控制的设定值（实际曲线）。
2.影响起重量特性曲线相关的具体因素和影响情况*
（1）变幅小车、吊钩滑轮组、钢丝绳的自重q（曲线下移）
（2）臂架的长度（增长——下移）
（3）起升绳倍率和变幅小车型式（4倍率较2倍率——下移）
（4）起升高度（高度增加——下移）
（5）起重力矩限制器（远点一致，近点上移）
Q=M/（R－d）－q
d对（R－d）的影响情况,使R减小而Q增大！
（七）塔机型号的编制方法
为了快速有效地区别各种塔机的品种规格，我们应当了解我国塔机的型号编制方法。
根据专业标准ZBJ04008《建筑机械与设备产品型号编制方法》的规定，我过塔式起重机的型号编制图示如下：
主参数代号（起重力矩Kn·m）
设计序号
形式、特征代号（汉语拼音第一个字母）
产品类组代号（汉语拼音第一个字母）
塔式起重机是起（Q）重机大类的塔（T）式起重机组，故前两个字母为QT；特征代号看你强调什么特征，如块装式用K，自升式用Z，固定式用G，下回转用X等等。
例如：
QTK400—代表起重力矩400kN·m的块装式塔机。
QTZ800B—代表起重力矩800kN·m的自升式塔机，第二次改型设计。
三、塔机的金属结构
塔式起重机的结构部分包括底架、塔身、回转支座、塔顶、臂架、平衡臂、通道和平台、司机室等主要材料采用机械性能高、工艺性好的轧制钢材，如GB700中的Q235B、Q235C，GB3077中的Q345（16Mn）；是主要连接方法，销轴和螺栓连接则用于为方便运办理与安装的可拆部位。
由于塔式起重机在户外露天使用，一般规定环境温度为－20~+40℃，并且承受雨、雪、大气等的侵蚀。
因此，在选择材料、焊接设计时要保证良好的搞低温脆断性，具有可靠的冲击韧性保证；在抗腐蚀、避免结冰膨胀破坏方面，都要采取相应措施。
（一）底架
底架是塔式起得机中承受全部载荷的最底部结构件，它可以安装在行走台车上或固定支腿上，也可以安装在地面基础上。
一般有下述几种形式：
（1）X型 大型塔式起重机往往采用，特点是重量较轻，受力明确；
（2）＃字型 中小型塔式起重机多用此型，制造简单；
（3）带有可折叠的支腿型用于下回转的快速安装型塔式起重机，方便于整体拖运；
（4）轨距可变拖型 适用于弯轨运行的行走式塔式起重机；
（5）双W型 这是国外大型塔式起重机较新的结构，例如H30/23C、MD900等，杆件长度小，便于运输与贮存；
（6）门座型 这是造船与港口塔式起重机所必须的形式，跨度大、净空高，轮压小，可满足船只、码头上运办理车辆从中通过。
对下回转的塔式起重机，底架上安装有回转支承；对上回转的，底架上部与塔身连接。
底架经常要留有安装和固定压重、电缆卷筒的位置和装置。
（二）塔身
大多数塔式起重机的塔身都是空间桁架结构，对上回转塔式起重机来说，塔身是不回转的；对下回转的，塔身则是与臂架同时回转的，其区别是前者主肢在回转一周内承受交变载荷。
而无论上、下回转，塔身均承受较大的压、弯、扭转、剪切载荷作用，强度、刚度、稳定及抗疲劳能力的校核都十分重要。
对可接高的塔身，可分为带有套架、侧面顶升，及内外伸缩塔身，中心顶升的两种型式。
塔身节的制造精度必须稳定，保证在同一型号塔式起重机中绝对互换。
●塔身节的连接，主要有高强度螺栓、抗剪螺栓、横向销轴、瓦套连接等。
※高强度螺栓介绍：
1.标准：
a.GB9098.1-82《紧固件机械性质螺栓、螺钉和螺母》
b.GB1231《钢结构用高强度大六角螺栓、螺母、垫圈技术条件》
c.JG/T5057.40-1995《建筑机械与设备高强度紧固件技术要求》
2.性能等级
a.各类高强度螺栓的性能等级为8.8、9.8、10.9、12.9级
b.各类高强度螺母的性能等级为8、9、10、12
c.各类高强度垫圈的性能等级为300HV。
—维氏硬度
3.性能等级所表示的含义
a.螺栓：
10.9
9—表示公称屈服点（σs）或公称屈服强度（σ0.2）与σb的比值的10倍。
10—表示公称拉力强度（σb）的1/100。
（σ0.2）杆件变形是达0.2%时之强度。
机械性能
性能等级
8.8
9.8
10.9
12.9
抗拉强度σb
N/mm2
公称
800
900
1000
1200
min
830
900
1040
1220
屈服强度σ0.2
N/mm2
公称
640
720
900
1080
min
660
720
940
1100
b.螺母：
10表示公称抗拉强度σb的1/100。
4.常用材料
有中碳钢和中碳合金钢：
12.9—35CrMo40Cr42CrMo
10.9—20MnTiB35UB40Cr45
8.8—453540Cr40B
对材料没有严格限制，要求保证机械性能。
5.标志
在螺栓头部的顶面或侧面，螺母的侧面打上性能等级及制造厂标志。
6.制造工艺
毛胚锻打，螺纹采用滚压法或切削法+热处理+表面处理。
7．试验（楔负载强度数值为σbmin）
栓头或根部不允许有裂纹。
只允许在螺纹或螺纹与杆部交接处断裂。
8.预紧力及预紧力距。
高强度螺栓的连接，必须采用大预紧力，一般预紧应力应为该螺栓材料的屈服强度的0.6-0.7倍。
预紧力和预紧力距值
性能等级
8.8
10.9
12.9
σ0.2
640
900
1080
螺栓直径
d
预紧力a
预紧力矩b
实际预紧力矩c
预紧力a
预紧力矩b
实际预紧力矩c
预紧力a
预紧力矩b
实际预紧力矩c
m
N
N·m
N·m
N
N·m
N·m
N
N·m
N·m
20
114000
410
370
160000
580
520
192000
690
620
30
262000
1450
1300
368000
2000
1800
442000
2400
2100
注：
连接板面要预处理，不刷防锈漆，表面不要锈蚀。
9.防松
a.不采用弹簧垫圈
b．采用两个相同的双螺母防松。
C．定期检查预紧力矩防松。
第一次安装后使用100h之后普遍检查拧紧，以后每使用500h拧紧一次。
10.质保书与合格证
a.应有合格证
b．制造厂应以批为单位提供质保书。
内容包括：
a）规格、数量
b）性能等级
c）材料、炉号、化学成分
d）机械性能测试数据
e）检验日期
11.重复使用
不超过两次，重复使用时应经严格的检查。
12.主要破坏形式
·脆断
·疲劳断裂
（三）回转支座
一般由回转平台、回转支承、固定支座（或为底架）组成。
其中，回转支承为具有较大滚道直径、座圈断面相对较小、回转速度较低，可以承受较大的倾翻力矩和轴向力、径向力的大型带齿的滚动轴承。
通常由高强度螺栓与回转固定部份分别连接，螺栓本身承受轴向载荷较大，且为交变载荷，为了保证连接可靠、消除间隙，都要在安装时施加一定的预紧力。
（四）塔顶
塔顶的型式一般可分为刚性的和可摆动的两种，主要作用是支承吊臂。
对上回转的塔式起重机，刚性塔顶还起支承平衡臂的作用。
塔顶结构集中了由吊臂及平衡臂传来的载荷，再传递给回转支座、塔身。
因此，不仅要考虑安装的方便，还要保证强度、刚度、稳定性要求。
●刚性塔顶——受弯矩、压力、剪切作用！
●可摆动塔顶——受压力载荷作用！
（轴心受压）
（五）平衡臂
●平衡臂的作用：
（1）放置配重，产生后倾力矩以便在工作状态减少由吊重引起的前倾力矩，在非工作状态减少强风引起的前倾力矩，并保证其抗倾翻稳定性；
（2）在采用可摆动塔顶撑杆时，平衡臂还要对塔顶撑杆起支持作用；在采用固定塔顶时，平衡臂则是靠塔顶来支持的；
（3）平衡臂上可放置起升或变幅机构；
（4）？
平衡臂上可安装风帆标牌，调节逆风面积，保证非工作状态时尾吹风。
平衡臂一般可分为：
（1）和塔身活动铰接，用于固定塔顶，大多采用实腹型钢作主梁；——受压力载荷作用！
（轴心受压）
（2）和塔身刚性固定，用于可摆动塔顶，大多采用空间桁架梁，截面和自重都较活动铰接为大。
——受弯矩、压力、剪切作用！
（六）吊臂
吊臂可分为两类：
●动臂变幅式
●小车水平变幅式
●伸缩式小车变幅臂架
●折曲式臂架
动臂变幅式按塔式起重机发展史来讲，动臂变幅式是最早采用的，它具有臂架截截面小，自重轻、幅度小时可得到较大的起升高度。
——截面形状为正方形，——受力形式为轴心受压！
小车水平变幅臂架，为了减轻自重，截面大部分为三角形，极少数者用矩形截面，而且又多采用正三角形断面，用方钢管或槽钢制成的下弦杆做运动小车的轨道，上弦杆用钢管或圆钢等制成。
——受弯矩、压力、剪切作用！
（七）司机室
为了便于司机操作，塔式起重机的司机室必须与回转部分一同回转。
（八）通道与平台
（1）塔身中的通道，一般都要设直立梯或斜梯，塔身截面较大时设在塔身内部，梯子与塔身结构间距离于1.2m时要设后背护圈。
梯子高度超过10m时，要设中间休息平台。
（2）臂架通道，现代小车水平变幅的塔式起重机变幅小车上均设有可随小车移动的检修平台，臂架内可不设通道。
（3）上回转的塔式起重机，回转支座间的通道一般均设在内部，最顶部的塔身节或回转固定支座上设平台，回转支痤内设扶梯或回转平台上设活动可伸缩的梯子。
（4）凡需安装、检修操作的处所，都应设可靠的通道和平台。
（5）平台和走台可用花纹钢板和钢板网制造，钢板网自重轻，便于观察，优点较多。
（九）拉杆
四、塔机的工作机构
塔式起重机的工作机构，有起升、回转、变幅、运行机构。
非快速安装的则有顶升机构。
（一）起升机构
1.特点及组成
（1）起升高度大
（2）调速性能要求较高，重载低速、轻载高速，并且具有可靠的微动性能，以满足安装就位、起动时逐渐拉紧钢丝绳的要求；
（3）安装形式和体积、重量都要适应整机布置要求。
起升机构一般由电动机、制动器、减速箱、卷筒、卷筒轴及支承、底座、起升高度限制器、电控箱等组成。
（二）回转机构
1.特点及组成
回转速度一般为0.5~1.0r/min；无论吊重大小、在什么幅度、风速如何变化，都应有可靠的高速性能，保证起制动平衡，钢结构不产生明显的扭转变形，吊重就位停放准确；还应具有防止碰撞和过载的性能，因此一般都采用具有软传动的形式，例如力矩电机、液力耦合器、皮带、缓冲装置、测速发电机或陀螺仪负反馈控制、电磁联轴节；还应具有按载荷大小控制的制动器，及在非工作状态允许其逆传动、随风自由回转的性能。
●液力耦合器
液力耦合器亦名液力联轴器，装设在电动机与减速器之间，取代原先采用的机械式联轴器。
在电动机与减速器之间，用液力耦合器替代机械联轴器可取得三种效果：
（1）使传动平稳地加速和减速；
（2）防止电动机超载；（3）通过耦合器内油液数量来改变传递的扭矩。
液力耦合器的工作原理可用下图来说明。
输入轴1与电动机相连接，带动泵轮2转动，泵轮壳3与泵轮2固定连接在一起。
泵轮壳内装涡轮4，涡轮轴5与被拖动的机构相连接。
泵轮和涡轮内腔分别装有尾部去掉一块的叶片6和7。
在泵轮和涡轮之间的空腔内充满油液。
当电动机通过轴1驱动泵轮旋转时，泵轮内的油液在离心力作用下向外流动，从而使油液具有动能。
油液流至泵轮外缘时，不能再往外流，只能流至涡轮的空腔内，将动能传给涡轮，涡轮传动，动力通过轴5输出。
腔内的油液按箭头所示方向循环流动，
连续不断地由泵轮获得能量，再将能量传给涡轮。
在泵轮和涡轮之间没有任何机械联系，实现传动的条件是工作油液在泵轮与涡轮之间循环流动。
泵轮和涡轮的直径相等，所以当涡轮随泵轮转动起来之后，在离心力的作用下，工作油液均力图由内缘甩向外缘。
由于泵轮转速高于涡轮转速，在液力耦合器泵轮2上的各质点（如图7-3-3b中的A、B、C等质点）的离心力都大于涡轮上各对应质点A′、B′、C′的离心力，迫使工作油液从泵轮2流向涡轮4并形成循环流动，实现动力的传递。
（三）变幅机构
1.运行小车式变幅机构
2.动臂式变幅
（四）运行机构
运行机构仅用于轨道行走式，由电机、减速器、台车、车轮、夹轨器、终点限位开关、缓冲器等组成。
（五）液压顶升机构
上述各种型式顶升机构中的液压系统，都要求具有安全溢液阀、平衡阀、下降时还应有节流阀调节下降速度。
比较完善的液压系统见图5-38所示，这种系统具备以下特点：
顶升与下降分高低压，顶升时用高压使油缸直径不致很大，下降时用低压防止意外事故强制下降导致危险；在下降横梁时也采用低压平衡阀，保证下降平衡和安全；无杆腔回油时设可调节流阀，使下降时免除振动；采用H型中部连通的换向阀，减小停止时的液压冲击；平衡阀设在油缸内部，大小不同的单向阀开锁的柱塞使上升与下降时流量不同，满足两种状态对速度的不同要求。
五、塔机的安全装置
（一）超载限制装置
1.全力矩法力矩限制器（p92）
1.原理：
ΣMo’=0
N1·
=G·l2＋MRo’
N1=
N1=C+
N1=C+
l1――O’到拉杆的垂直距离；
l2――吊臂自重到O’的水平距离；
G――吊臂自重
MRo’＝
N1和MRo’成正比!
N1↑，塔顶所受压力Ｎ↑，则塔顶弦杆受压时的纵向变形量增大。
全力矩限制器的双片弓形钢板（簧片）将这一微小的纵向压缩变形，转变成双片弓形板间较大的横向变形，使安装在弓形板上的开关触点动作，执行保护力矩的功能。
MRo’↑→N1↑→N↑→塔顶弦杆的∑↑→弓形板间的横向变形↑↑→触点动作，执行保护功能。
●调整方法：
（1）预报警控制――在Rmax起吊0.9QRmax，调整开关2。
（2）定幅变码保护
在Rmax处，起吊QRmax，使开3是触点接触，放下QRmax，再起吊1.1QRmax，开关3应动作，否则应重新调整。
（3）定码变幅限制
在最大额定载荷Qmax对应的幅度L处·，缓缓起吊Qmax，调整开关5的触点接触，将小车开回臂架根部，以额定速度向外变幅，在到达1.1处前，开关5应动作，否则应重新调整。
（4）变幅减速控制
当v≥40m/min的小车向外运行，起重力矩达到额定值的80%时，应自动转换为低速运行。
确定R，再测量0.8R，起吊QR，以额定速度向外运行至0.8R时，开关6应动作。
（二）行程限位器
1.起升高度限位器
2.回转限位器
3.变幅行程限位器
4.运行限位器
（三）安全止档和缓冲器
1.小车变幅
2.动臂变幅
3.运行安全止挡与缓冲器
4.钢丝绳脱槽止档和防跳装置
（四）应急装置
1.小车变幅绳断绳保护装置
2.小车断轴防坠落装置
3.紧急事故开关
（五）非工作状态的安全装置
这一种安全装置主要是上防风抗滑的夹轨器、锚定装置。
（六）环境危害预防装置
1.风速仪
2.航空障碍灯
3.防雷击措施
4.扫轨板
5.防碰撞装置
六、附属装置
附属装置中，除配重、压重、基础、轨道、附着连杆等由用户自备外，其余的由制造厂根据订货要求提供。
（一）配重与压重
●配重是1。
降低塔顶负荷力矩、2。
增加抗倾翻稳定性的主要措施。
●压重的作用主要是增加非工作状态的抗倾翻稳定性，并降低底架所受到的来自基础的拉力。
（二）基础与轨道
1.固定式基础
2.轨道及其基础
（三）拖运装置
（四）附着框架与连杆
（五）内爬框架
（六）排绳与拖绳装置
1.排绳；
2.拖绳；
（七）电缆卷筒
（八）检修装置
七、整机稳定性
根据GB5144的规定和GB/T13752塔式起重机设计规范的要求，对塔式起重机的整机倾翻，要进行1无风静载工况、2有风动载工况、3突然卸载工况、4安装工况和5暴风袭击下的非工况进行计算，最后根据最危险的倾翻状态，来确定基础重量或应加的压重。
一、无风静载工况
验算最大吊重力矩下向前倾翻可能性。
1.自重力矩（含平衡重和压重的作用）
每台塔式起重机，当它立好后，空车状态有一个后倾的力矩M空，这个力矩对防止前倾是有利的。
所谓自重力矩，是指整台塔机对前边缘倾翻线的后倾保持力矩（见图4-1）。
M自=M空+（G自重+G压重）·b/2（4-1）
这里的G自重是整机重和平衡重之和，b指地基总宽度，G压重是指基础上应加的压重。
2.静态超重吊重力矩
标准规定，塔机静态最大超载25%。
M吊=（1.25Qmax+G小车+G吊钩）·（Rmax-b/2）（4-2）
3.安全判别要求
0.95·M自-K·M吊≥0（4-3）
其中K是安全储备系数，可取K=1.4～1.5
二、有风动载工况
1.自重稳定力矩
M自=M空+（G自+G压）·b/2
2.吊重力矩
M吊=〔（Qmax+G钩）·1.1
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