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）
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（k N·m）
（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）。
O
L（最大额定起重量对应
R max R
的有效工作幅度）
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：
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。
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—35CrMo 40Cr 42CrMo
10.9—20MnTiB 35UB 40Cr 45
8.8—45 35 40Cr 40B
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
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，