1.杭州力泰起重机械有限公司 浙江省杭州市 311107
2.浙江省特种设备科学研究院 浙江省杭州市 310020
摘要：塔式起重机设计、生产和使用是一项系统的复杂的工程, 随着科学技术的发展, 新技术新工艺不断出现。应加快新技术的应用, 不断提高塔式起重机的可靠性及安全性。
关键词：塔式起重机；载荷设计；安全问题；分析
1塔式起重机性能参数
目前, 我国的工业与民用建筑广泛采用现场浇混凝土楼板结构, 在建筑施工中, 塔式起重机的主要作用是吊载砌体材料、钢筋及混凝土; 对中小型民用建筑施工, 多采用 350 以下的混凝土搅拌机, 而 350 搅拌机的一次出料重量为 0.8t 左右; 大型建筑施工中, 多采用商品混凝土, 采用 4 、 6 、 9 、 10m 3 的混凝土输送车运输, 采用混凝土泵输送, 经常吊载螺纹钢或混凝土砌块, 有的大型建筑施工现场采用 500 混凝土搅拌机, 一次出料重量为 1.3t左右。塔式起重机的性能参数应该适应建筑施工的要求, 因此将小型塔式起重机的最大幅度起重量确定为 0.8t , 大型塔式起重机的最大幅度起重量确定为 1.3t 更为合理。这不仅适应建筑施工的要求, 也增强了施工的安全性, 因为在调查过程中发现, 许多建筑施工队伍在施工过程中, 为追求进度或施工方便, 不顾塔式起重机的承载能力, 去掉塔式起重机的力矩限制器, 将单机搅拌的混凝土一次吊载, 超载使用, 给安全施工留下了巨大的隐患。
2塔式起重机的安装方案
塔式起重机的安装过程是塔式起重机事故多发阶段, 应严格按照操作规程进行。常见的安装方案是: 借助汽车吊进行初步安装, 然后依靠自身的液压顶升机构架设的自升式塔式起重机, 自升式塔机架设的安全性要高于固定式塔重机, 但是制造和安装成本高。用户安装塔式起重机一定要使用有资质的安装公司进行安装, 以确保安装过程的安全。
3 塔式起重机塔身结构形式
塔式起重机结构形式选择的是否合理对塔式起重机的安全及生产厂家的生产效率的提高是至关重要的。今天仅和大家分析一下塔身标准节结构中主肢、腹杆和连接方式的选择。
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3.1 塔式起重机塔身主肢
塔式起重机塔身标准节主肢主要有三种: 即单肢角钢结构、方管结构( 角钢扣方) 、圆管结构。单肢角钢结构的特点: 采用单肢角钢的塔身主肢结构简单,焊接量小, 制造成本低, 但是与相同截面面积的方管或圆管相比, 单肢角钢的惯性距和抗弯模量要小的多。由结构力学可以知道, 主弦应力由水平面两个方向的弯曲应力之和加上正应力组成, 即 σ=M1/W1+M2/W2+N/A , 这就要求在设计过程中, 密切关注附加弯距对主弦应力的影响。要求第一, 利用节点板保证水平腹杆和斜腹杆形心线的交点交在主弦角钢的形心线上; 第二, 单肢两个连接套的中心连线尽可能地在主弦角钢的形心线上。方管结构的特点: 方型结构可以分为异形方管( 钢板弯曲焊接或由圆钢管轧制而成) 角钢对扣焊接的方管, 这两种结构的方管的共同特点是: 力学性能比单肢角钢的好, Wx , Wy 较大, 附加弯距对主弦应力的影响小, 其腹杆的布置可按焊接结构要求布置, 不必刻意追求形心线相交的问题; 焊接工艺性比圆管结构好, 因为圆管焊接时需要考虑相贯线的问题, 但其成本高。就异形方管和角钢对扣焊接相比, 前者价格贵, 后者焊接量大。对于单肢角钢的塔身来说, 如果腹杆布置不合理, 腹杆形心线交于主肢形心线之外, 将产生附加弯矩, 增加主肢和腹杆的应力。焊接塔身时一定要严格按照图样的位置和尺寸布置腹杆, 切不要轻易更改。
3.2 塔式起重机塔身腹杆
塔身标准节腹杆选材多为角钢、方管、圆管。相比而言, 单肢角钢的力学特性不如方管和圆管, 相同截面面积的腹杆, 角钢的承载能力小于圆管, 且管结构的迎风面积小于角钢, 但角钢的价格远低于圆管。
3.3 塔式起重机塔身连接方式
塔式起重机塔身连接方式常见的有四类: 一类为圆钢制造的联接套而成; 二类为锻造联接套而成; 三类鱼尾板销轴联接;四类锻造方钢销轴联接。一类结构成本低, 且焊接工作量大, 扳手空间小, 不利于专用扳手的使用。二类锻造结构可根据需要进行设计, 焊接工作量小, 且相同扳手空间的情况下, 结构自重轻得多。但当塔机起重量大于 10t 以上时, 选择螺栓联接时, 现场安装时螺栓预紧力达不到设计要求。适合选用三类、四类, 但工艺复杂, 生产效率低。
4塔式起重机优先失去稳定性的部件
塔机失稳是我们都不愿看到的, 但同时又难以避免。塔机失稳有多种因素, 比如: 违章操作、超载使用、材料缺陷、焊缝质量、外物碰撞等, 这里不作深入分析。作为生产厂家, 我们希望塔式起重机超载使用时优先失稳部件应是不至于造成重大人身伤害的部件。在一般的机械设计中, 部件等强度和等稳定性设计是设计者追求的目标。然而, 由于塔机不同部件失稳后产生的危害程度差别很大, 设计时尽量使造成的损失最小的部件首先失稳,这在一定程度上可以避免恶性事故的发生。通过对大量事故进行分析, 发现塔身和平衡臂失稳后往往会伴随着巨大的经济损失和社会危害; 起重臂失稳后起重臂产生的力矩变化不大, 一般不会倒塔; 塔帽失稳后会使吊重落地, 卸掉引起失稳的过载倾覆力矩, 塔身恢复稳定状态, 因而一般没有太大的经济损失, 相比较而言造成的后果要轻的多。由此看来, 优先失稳的顺序应是塔帽 → 起重臂 → 平衡臂 →塔身, 换句话可以这样说: 当过载荷达到一定程度时, 设计上首先失稳的部件应该是塔帽, 然后才是起重臂、平衡臂和塔身。当然, 任何部件都必须有符合标准的安全系数, 只是塔帽的安全系数比塔身要小一些而已。
5 塔式起重机生产中容易忽视的几个问题
塔机在安装、拆卸、工作、暴风侵袭等不同工况所受的载荷是有很大区别的, 塔机设计计算时充分考虑了不同工况下的载荷, 有些生产厂家在生产时凭直觉判断载荷情况, 轻易更改结构、材料, 给安全生产留下隐患。下面结合生产中发现的问题, 结合受力分析, 说明塔式起重机生产过程应该注意的事项。
5.1 底架封板
塔式起重机底架位于塔式起重机的最底部, 上部所有载荷通过塔身和斜撑杆传给底架, 再由底架通过地锚螺栓传给基础,它的安全性影响塔式起重机的整机安全, 是至关重要的。
5.2 焊缝
对焊接结构处理的一般原则: 一是正确选择焊接接头的形式和焊缝布置的合理性, 力求焊接应力和焊接变形的相对均衡;二是焊接接头的强度不低于母材的强度; 三是严格要求焊缝的质量等级, 并在保证焊接质量的前提下, 尽量减少焊接工作量,最大限度地减少焊接变形和焊接应力。
6结语
塔式起重机在正常工作时受到多种因素的影响，在具体操作过程中要综合考虑这些影响因素所占的比例，特别是在沿海地区，风力的影响不可忽略，本文推导出的结论也需做相应的修正。随着我国建筑行业的快速发展和新型科技在起重设备上的应用、人们安全意识的不断提升，安全施工终将在建筑行业实现。
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论文作者:聂守凯1, 孟海涛2
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：塔式起重机论文; 角钢论文; 结构论文; 圆管论文; 应力论文; 重臂论文; 载荷论文; 《城镇建设》2019年第14期论文;