塔式起重机基础知识及安全规程培训教材

塔式起重机教育培训第一章塔式起重机的基础知识•第一节塔式起重机的分类及特点•塔式起重机属于全回转臂架型起重机，其最明显的特征是具有一个直立的塔身，并在塔身安装有可回转和变幅起重臂。塔式起重机根据其使用功能和结构型式的不同，可以分为很多类型和品种。主要可以按以下几种方式分类。•1.按安装方式分•1.1行走式塔机•塔机工作时的行走方式的不同又可分为轨道式、履带式、轮胎式、和汽车式四种。•1.2固定式塔机•将行走式塔机的行走台车固定在固定轨道上，作为固定式塔机使用。•采用整体式基础，将塔身底部与基础中的连接架连接。有的中小型塔机采用分体式基础，将底架四角与四个基础连接。有的塔机底架上设置中心压重，有的不设。•2.按回转方式分•2．1上回转塔机•回转机构与回转支承安装在塔身顶部，工作时塔身不回转，而上部结构－起重臂、塔帽和平衡臂回转。上回转塔机绝大多数是水平臂，小车变幅的自升式塔机，适用于高层建筑施工。•2．2下回转塔机•回转机构和回转支承安装在塔身底部的转台下，工作时塔身与起重臂一起回转。目前下回转塔机朝自身快速安装式塔机方向发展，多采用伸缩式和折叠式塔身，依靠自身的架设机构，在几十分钟时间内，就可以从拖运状态转为工作状态，并投入使用。由于下回转塔机的起升高度受塔身长度限制，只能用于低层和多层建筑施工，因此在我国大中城市以高层建筑为主，使用越来越少。•3．按变幅方式分•3．1动臂变幅式•通过改变起重臂俯仰角度而改变幅度。特点是在塔身高度相同的情况下，可以获得较大的起升高度，但幅度利用率低，吊重物不能实现水平移动，有的不能带载变幅。•3．2小车变幅式•载重小车沿塔机水平起重臂移动而改变幅度。它可以带载变幅，功率小、变幅快。小车变幅的特点吊重可以水平移动，安装就位方便，变幅幅度利用率高。但小车变幅时的水平臂工作时受弯，臂架结构复杂，自重大。•4．按自升方式分•当建筑物高度超过50m时，自立式塔机已不能满足施工要求，需要采用自身升高的方式，按照塔机设置的地点和自升方式，可以分为以下两类：•4．1附着式•塔机安装在建筑物一侧，底座固定在专门的基础上或将行走台车固定在轨道上，塔身间隔一定高度用附墙撑杆与建筑物连接，依附在建筑物上。•附着式塔吊是我国目前应用最广泛的一种安装型式，塔机由其他起重设备安装至基本高度后，即可由自身的顶升机构，将塔身逐节接高，附着和顶升过程可利用施工间隙进行，对工程进度影响不大，且建筑物仅承受由塔吊附着杆所传递的水平载荷，一般无需加固。施工结束，塔吊的拆卸可按安装逆程序进行，不需另设拆卸设备。•4．2内爬式•塔机安装在建筑物内部，支撑在建筑物电梯井内或某一开间内，依靠安装在塔身底部的爬升机构，使整机沿建筑物内通道上升。内爬式塔机主要应用于超高层建筑施工，具有固定高度的塔身，塔机自重较轻，在塔机起升卷筒容绳量内，其爬升高度不受限制。但塔机全部重量支撑在建筑物上，建筑结构需作局部加强，与建筑设计联系比较密切，其爬升须与施工进度协调，施工结速后，需特设的屋面起重设备将塔机逐一解体卸至地面。•第二节塔式起重机的基本结构•塔机一般由工作机构，金属结构和电气及控制系统三大部分组成。•1.工作机构•1.1起升机构•起升机构是塔机最主要的工作机构，是实现重物垂直运动的工作装置。起升机构主要由起升卷扬机及钢丝绳、滑轮组和吊钩组成。•塔机的起升高度大，特别是自升式塔机其起升高度可达百米以上。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，塔机的起升机构一般均具有调速性能。同时，为了符合重物安装就位的要求，我国塔机有关标准规定，起升机构应具有慢就位性能，并规定了各种规格塔机的最低稳定下降速度。•起升机构的调速方案多种多样，可适应各种不同规格和不同用途的塔机应用，包括有级变速（又可分为机械换档和电气换档）和无级变速两类。目前在我国应用比较广泛的有以下几种：•（1）三速笼型电动机驱动调速起升机构•三速电动机通过改变级数的方法可以获得高低两挡工作速度和一挡慢就位速度，基本上可满足塔机的调速要求，使机构简化，缺点是换挡时冲击较大，调速范围在1：8左右，且不能较长时间低速运行。主要用于40tm以下的轻小型塔机，特别适用于起升高度不大的快装塔吊。由于三速电机采用直接起动，其起动电流大，对建筑工地的电网造成影响，另外换挡时的冲击较大，因此一般仅用于30kW以下电动机。•（2）带涡流制动器的绕线电机配以2～3挡电磁换挡减速器调速起升机构•该调速驱动是通过安装在减速器内的片式电磁离合器实现机械换挡，可以获得2～3挡工作速度，另外通过涡流制动器得到慢就位速度。其缺点是涡流制动器的慢速不够稳定，当外载荷较小时，慢就位速度低，外载荷较大时则下降速度增加。另外这种调速方法换挡时需先将吊重停止，换挡后在重新启动。这种调速方法应用范围较广，可适用各种规格的塔机。•（3）双电机驱动调速起升机构•这种调速方法应用较多的是采用两台绕线型电机驱动，简称RCS机构。两台绕线型电机通过速比为1：2的齿轮副相联，一台作为驱动电机，另一台作为制动电机。双电机调速方法也可用一台绕线型电机加一台笼型电机或两台多速笼型电机驱动，可得到不同的调速特性。这种起升机构可在负载运动中调速，能以最大速度实现空钩下降，从而提高生产效率，吊载能精确就位，可实现无级调速，工作平稳，调速范围大，可达1：40。但机构相对复杂，其传动部件需专门制造。主要应用于100tm以上的大中型塔吊，国内生产的塔吊中应用这种调速方法的产品不多。•（4）变频调速驱动起升机构•这种起升机构通过变频器对供电电源的电压和频率进行调节，使笼型电动机在变化的频率和电压条件下以所需要的转速运转。可使电机功率得到较好发挥，达到无级调速效果。•塔机起升机构除采用上述各种调速方法外，为了充分发挥其工作性能，40tm以上塔吊一般均设有吊钩滑轮组钢丝绳倍率变换装置，可自动或通过人工把吊钩滑轮组的钢丝绳倍率从2变换至4，或由4变换至2。这样可以充分发挥起升电机的功率，增加调速范围。•各种不同的速度挡位对应于不同的起重量，以符合重载低速，轻载高速的要求。为了防止起升机构发生超载事故；•有级变速的起升机构对载荷升降过程中的换挡应有明确的规定，并应设有相应的载荷限制安全装置，如起重量限制器上应按照不同挡位的起重量分别设置行程开关。•1.2变幅机构•变幅机构是改变塔机工作幅度的工作装置，实现吊重物水平方向的移动，使塔机把吊重物的垂直运动扩大到沿起重臂的一个平面，扩大了作业范围。•塔机的变幅方式基本上有两类：•一是利用载重小车沿起重臂上的轨道移动而改变幅度，称为小车变幅式；二是利用起重臂俯仰摆动而改变臂端吊钩的幅度，称为动臂变幅方式。按照上述变幅方式的不同，变幅机构分为变幅卷扬机（用于动臂变幅）和小车牵引机构两种类型。变幅机构安装于臂架根部。•动臂变幅塔机在向下变幅时，特别是允许带载变幅时，整个起重臂与吊重一起向下运动，容易造成失速坠落的安全事故，所以国家标准规定：•对能带载变幅的塔吊变幅机构应设有可靠的防止吊臂坠落的安全装置，如超速停止器等，当起重臂下降速度超过正常工作速度时，能立即制停。变幅机构安装于回转平台。•对于小车牵引机构，国家标准规定：•只有当塔机的最大起重量不超过1t的塔吊，才允许采用摩擦牵引方式，除此以外均应当采用卷扬牵引方式。•同时规定：•对采用蜗杆传动的小车牵引机构也必须安装制动器，不允许紧紧依靠蜗杆的自锁性能来制停。•另外对于最大运行速度超过40m/min的小车变幅机构，为了防止载重小车和吊重在停止变幅后因惯性或吊臂倾斜而继续向外滑行，造成事故，还规定：•应设有慢速挡，在小车向外运行至起重力矩达到额定值的80%时，变幅机构应自动转换为慢速运行。•为适应长臂架的需要，采用调速型小车牵引机构是合适的。•双速笼型电机驱动的行星传动小车牵引机构•1.3回转机构•回转机构是实现塔机起重臂绕塔吊中心线回转的工作装置，使重物能够以塔吊中心线作水平圆周运动，从而把塔机的作业范围扩大为一个立体空间。现代塔机的吊臂很长，其侧向迎风面积较大，在大风中其承受的风载荷将使塔身承受很大的扭矩，甚至发生破坏，所以国家标准规定：•在非工作状态下，回转机构应允许臂架自由转动。根据这一要求，塔机的回转机构一般均采用常开式制动器，即在非工作状态下，制动器松闸，使塔机吊臂可以随风自由转动，臂端始终指向风的方向；而吊装定位时，由司机操纵上闸。•双回转机构、液力偶合器回转机构、无级调速的回转机构；•塔机由于吊臂长，因此回转时臂端的线速度很大，为了吊装定位的需要，对回转机构提出了调速要求，这一点随着塔吊臂长度不断加大的趋势，已变得越来越重要。对于不能无级调速的回转机构，为了使塔机回转时起动平稳，一般在机构中设置液力偶合器。回转机构调速系统主要有涡流制动绕线电机调速、多挡速度绕线电机调速、变频调速和电磁联轴节调速等，后两种可以实现无级调速，性能较好。另外由于塔机的臂架长度越来越长，较多采用双回转机构，使得回转抗风能力和受力均衡。•1.4行走机构•行走机构是使塔机整机沿一定方向运行的工作装置，对建筑用塔机而言，其行走结构一般为轨道式，即塔吊安装在特设的轨道上，可沿铺设的轨道往返行走。行走机构可使塔机在轨道长度内进一步扩大其作业范围，可适应长度较大的建筑施工。•由于塔机的重心很高，其自重很大，行走启动和停止时具有很大的惯性载荷，为了保证整体稳定性，有的塔吊在行走机构中不设制动器，而采用具有一定自锁作用的涡轮蜗杆减速器，以减小停车后的惯性行程，并在机构中设置液力偶合器，实现平稳启动。为了防止在非工作状态时塔机在风载荷作用下沿轨道自行移动，造成危险，行走机构的台车上应安装夹轨钳，可使塔吊固定在轨道上。•1．5顶升机构•自升式塔机为了解决自行顶升加节或沿建筑物搂层爬升的问题，设有自升机构，目前塔吊一般均采用液压顶升机构。附着式塔机的顶升机构安装在塔机的上部，包括液压顶升油缸、液压泵站及顶升横梁（俗称扁担梁）等，可与结构件的顶升套架相配合，以实现塔身加节接高或降节。内爬式塔机的爬升机构安装在塔身的下部，F0/23B塔机可将附着式所用的顶升机构拆卸后移至内爬式塔机使用，其液压顶升油缸、液压泵站、顶升横梁均互相通用，所不同的是把顶升套架改为两个安装在楼层上的爬升框架，用以支承及液压油缸。•2．金属结构•塔吊是一种高大型起重机，在整机的组成中，金属结构占有很大比重。一般来说，一台固定式自升塔机其金属结构在整机重量中约占70％左右，对于附着式塔吊，其塔身通过增加标准节不断接高，高度可达一、二百米，则其金属结构的重量就会占有更大的比例。现代塔机的金属结构基本上均采用焊接连接方式，承受拉、压、弯、扭等多种载荷，因此焊接质量十分重要，涉及到整台起重机的安全问题。•塔机的金属结构的疲劳寿命是确定塔机整机使用寿命的重要依据。由于塔机钢结构的承受的各种载荷复杂多变，且结构的材质、焊接、加工等的质量缺陷和应力集中现象容易产生疲劳裂纹，造成安全隐患。而我国目前尚无塔机淘汰报废标准规定，，因此需特别注意对一些使用时间较长的塔机加强钢结构的检查，发现问题及时修复或更换、报废。我国新修订的GB5144《塔式起重机安全规程》已明确规定：•塔机的主要结构件（塔身标准节、臂架、拉杆、塔帽或塔顶撑架）应有出厂的永久性标志，塔机安装和使用人员应该对使用年限较长的塔机结构加强日常检查，避免安全事故。•3．电气控制系统•塔机一般均采用电力驱动，由外接电源供电，各工作机构由电动机分别驱动，一般采用380V、50Hz的三相交流电源。•现代塔机的工作范围越来越大，速度越来越高，因此对工作速度的调节要求更为严格，需设置完整的调速控制装置。•塔机的控制系统包括操纵装置和安全装置，某些大型塔机还设有监控显示装置。操纵装置由电气控制设备和操纵机构组成，以控制塔机各工作机构的运动，完成塔机作业所要求的各种动作。塔机的操纵大多数采用安装在司机室内的联动控制台的方式，控制台有两个手柄，一般选择右手控制起升和行走，左手控制回转和变幅，机构运动方向与手柄方向一致。•塔机是一种作业高度和工作幅度很大的起重设备，在建筑工地上，其