淺析建筑起重機械主要參數(shù)設(shè)計的安全運用

徐雄偉

摘要：隨著塔式起重機被廣泛的應(yīng)用，塔機安全事故逐漸增多，危害也越來越大。為了減少施工中的安全事故，施工企業(yè)應(yīng)對塔機安拆技術(shù)、使用、管理等要求也越來越嚴(yán)格，杜絕事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：塔式起重機安全;使用

1.前言

目前，塔式起重機（以下簡稱“塔機”）作為工程建設(shè)中必不可少的垂直運輸設(shè)備，由于作業(yè)半徑大、覆蓋面廣，具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率等方面優(yōu)勢。因此，在工程建設(shè)領(lǐng)域中被廣泛使用。作為工程建設(shè)中的主要建筑機械，在建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。由于它是一種特殊的起重設(shè)備，所以在施工中對施工企業(yè)技術(shù)、使用、管理等環(huán)節(jié)的要求亦很高。隨著近幾年來塔機安全事故增多，危害性越來越大，本人從塔機主要參數(shù)的設(shè)計角度作為出發(fā)點，與大家淺析一下塔機在生產(chǎn)和作業(yè)中的安全管理和使用。

2.塔機的特點和類型

2.1塔機的特點

塔機是將臂架安裝在高聳的鋼結(jié)構(gòu)塔身上端的回轉(zhuǎn)式起重機，被廣泛的用于建筑施工作業(yè)中，起重量較小，塔身和臂架采用金屬桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計比較輕巧，分段連接拆卸方便、便于轉(zhuǎn)移等特點。

作業(yè)特點是以反復(fù)短暫的工作循環(huán)方式完成對貨物的運輸作業(yè)，包括：載物、物料提升、水平運送（變幅、回轉(zhuǎn)）、下降、卸載，然后空載返回初始地的完整過程。期間由于反復(fù)的起動、制動，各機構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)承受著強烈的振動和沖擊力，構(gòu)件承受不穩(wěn)定的變幅應(yīng)力的作用，所以塔機屬于高危作業(yè)的設(shè)備，一旦發(fā)生事故，將造成巨大的損失。因此了解一些設(shè)計中相關(guān)參數(shù)的知識，對在塔機應(yīng)用中的安全施工有很大的幫助。

2.2塔機的類型

按照國家標(biāo)準(zhǔn)分類，塔式起重機的型號標(biāo)準(zhǔn)是QT，也有廠家按照英文縮寫加變幅長度和起重特性編寫，例如：TC5610。

建筑施工中經(jīng)常使用的塔機有以下幾種形式：QT-上回轉(zhuǎn)式塔機，QTZ-上回轉(zhuǎn)自升式塔機，QTK-快速安裝式塔機，QTG-固定式塔機，QTP-爬升式塔機等。

3.塔機的基本參數(shù)

塔機最重要的基本參數(shù)就是“額定起重量”，其他的還包括：起升高度、變幅幅度、回轉(zhuǎn)角度、各機構(gòu)的運行速度等，這些參數(shù)在設(shè)計中都嚴(yán)格執(zhí)行已頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以了解一下對我們在塔式起重機施工應(yīng)用中的風(fēng)險掌控奠定一定的基礎(chǔ)。

3.1額定起重量

指塔機一次允許吊起的重物（或物料）和吊具質(zhì)量之和。塔機的吊鉤和滑輪組的質(zhì)量不在其中。而起升載荷是指額定起重量的重力，以Q標(biāo)記。

所以當(dāng)塔機在施工現(xiàn)場安裝完畢，進行調(diào)試力矩和最大起重量的限位時，決不能忽視取物（吊具）裝置的自身質(zhì)量，否則會導(dǎo)致塔機的超載，引起重大事故。

額定起重量是根據(jù)塔機使用要求在設(shè)計時依據(jù)國標(biāo)GB/T783-1987之規(guī)定選取的。根據(jù)塔機的使用要求在設(shè)計前選擇的數(shù)值應(yīng)靠近或不小于下表的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

表1????額定起重量標(biāo)準(zhǔn)?（摘自GB/T783-1987）???（單位：t）

0.05

0.1

0.25

0.5

0.8

1.0

1.25

1.5

2.0

2.5

3.0

4

5

6

8

10

12.5

16

20

25

32

40

50

63

80

100

125

140

160

180

200

225

250

280

320

360

400

450

500

從以上的列表中不難發(fā)現(xiàn)，在施工中所用塔機的額定起重量都遵循于這個標(biāo)準(zhǔn)值，同時它也是我們在選擇塔機是不是能滿足我們施工需要和杜絕超載的一個重要依據(jù)。

額定起重量又稱為塔機的最大起重量，鑒于以上所訴的塔機作業(yè)特性決定了當(dāng)塔機在吊最大起重量時對起升機構(gòu)的計算方法，不同的工況下，塔機對起吊物料的質(zhì)量要求也有改變。

例如QTZ630塔機的額定起重量是6t，起升機構(gòu)是三速電機帶動的卷揚機，當(dāng)塔機在起吊最大起重量6t時，在塔機的設(shè)計計算中是在起升機構(gòu)最低速而且起吊繩為4倍率的工況下起吊的。當(dāng)起升速度在中速的工況下，最大起重量相應(yīng)的變?yōu)?t，起升速度變?yōu)樽罡咚贂r，其相應(yīng)的最大起重量變?yōu)?.5t。同樣在對起吊繩的設(shè)計計算中，根據(jù)鋼絲繩的承重力鋼絲繩倍率的不同也做出了對最大起重量相應(yīng)的變化，當(dāng)起吊鋼絲繩的倍率更改為2倍率的工況時，其最大起重量也相應(yīng)的減半變?yōu)?t。所以，在調(diào)試塔機的額定起重量時，要掌握起升速度和鋼絲繩倍率的實時工況，避免重大事故的發(fā)生。

3.2幅度

指塔機回轉(zhuǎn)中心線與吊具裝置垂直線之間的距離，單位為米。

根據(jù)在設(shè)計中對幅度的定義，我們知道幅度的測量方法，當(dāng)塔機安裝完畢進行調(diào)試力矩限位器時，幅度的大小要從回轉(zhuǎn)中心線量起，而不是從起重臂的臂架鉸接處量起，否則會導(dǎo)致超力矩帶來的危險工況。

3.3起升高度

指塔機安裝的自然地面到取物吊鉤能夠達到的最高位置的垂直距離，單位為米。

4.塔機的工作等級

塔機的工作等級由塔機自身的兩個特性決定的。

塔機的使用等級：塔機使用的頻繁程度。

塔機的載荷狀態(tài)等級：塔機吊運貨物的質(zhì)量接近額定起重量的程度。

4.1塔機的使用等級

從塔機設(shè)計角度來說，塔機的使用壽命是指塔機報廢前，所獨立完成的工作循環(huán)總次數(shù)。一個工作循環(huán)又稱為一個完整的組合動作，包括：塔機起吊貨物的起升、回轉(zhuǎn)和變幅的水平運行、下降、卸荷，最后空載回到原起點的全過程。在這個組合動作的全過程中，按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO8686-1規(guī)定，起重機械的使用等級可分為U0---U9共10個等級（見下表）。表中工作循環(huán)數(shù)N為上限，在起重機的設(shè)計計算中，實際循環(huán)數(shù)在兩組循環(huán)數(shù)之間時，計算采用高一級的使用等級。

表2???????????起重機的使用等級

使用等

級記號

工作循環(huán)數(shù)

N（上限）

說明

使用等

級記號

工作循環(huán)數(shù)N（上限）

說明

U0

1.6X

不經(jīng)常使用

U5

5.0X

經(jīng)常中等繁忙使用

U1

3.2X

U6

1.0X

較繁忙使用

U2

6.3X

U7

2.0X

繁忙使用

U3

1.25X

U8

4.0X

很繁忙使用

U4

2.5X

經(jīng)常清閑使用

U9

>4.0X

從上表中可以看出，塔機的設(shè)計使用壽命與塔機工作循環(huán)總數(shù)有直接的關(guān)系，而工作循環(huán)數(shù)又與工作天數(shù)和時間有關(guān)系，可以通過下式來計算塔機在有效使用年限內(nèi)的總工作循環(huán)數(shù)：

N=3600YDH/t

N-----塔機使用年限內(nèi)總工作循環(huán)數(shù)

Y-----使用每個年限

D-----一年的工作天數(shù)

H-----一天的工作小時數(shù)

t------塔機一個工作循環(huán)時間

由以上給出的計算公式，我們不難發(fā)現(xiàn)一臺塔機在規(guī)定的使用年限內(nèi)，一年的工作天數(shù)假如300天，那么這臺塔機的壽命與每天的使用時間和忙閑都有著密切的關(guān)系。

4.2塔機載荷狀態(tài)等級

載荷狀態(tài)指：塔機工作時實際所吊運貨物的質(zhì)量與額定起重量接近的程度。

這就是在設(shè)計計算中常用的載荷譜系數(shù)kp。當(dāng)塔機起重臂上的載荷分布已知（起重曲線圖），載荷譜系數(shù)可以采用以下公式計算：

式中

當(dāng)塔機的起重臂的載荷分布已知，按照上面公式能計算出塔機的實際載荷系數(shù)，下表列出了起重機載荷狀態(tài)分級表，在實際計算中，當(dāng)實際載荷譜系數(shù)不等于下表所示時，選取接近大一檔的載荷等級。

表3????起重機的載荷狀態(tài)分級

起重機載荷等級

載荷譜系數(shù)

說明

Q1

0.125

很少吊額定起重量，經(jīng)常輕載荷

Q2

0.25

很少吊額定起重量，經(jīng)常中等載荷

Q3

0.50

很少吊額定起重量，較多吊較重載荷

Q4

1，00

經(jīng)常吊額定起重量

塔機在設(shè)計計算中，最主要的就是強度的計算，所以其鋼結(jié)構(gòu)的載荷是首要考慮的，它直接關(guān)系到塔機的安全性和整體穩(wěn)定性。所以通過以上公式利用其使用說明書，能計算出塔機的載荷譜系數(shù)，從而了解塔機結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的情況，合理的控制風(fēng)險，進一步保護塔機在施工中整體的穩(wěn)定性和安全性。

5.結(jié)束語

通過以上對塔機設(shè)計參數(shù)方面的了解，控制塔機在施工運行中不違反設(shè)計原理，能夠有效預(yù)防塔機在使用過程中的各類事故發(fā)生，起到防患于未然的目的。通過對塔機設(shè)計計算的了解可以提高認(rèn)識，明確指導(dǎo)思想和目標(biāo)，加強塔機的安全專項治理工作，有效控制重大塔機安全事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB3811-2008.起重機設(shè)計規(guī)范

[2]國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn).ISO?8686-1

[3]胡宗武，徐履冰等，石來德，等.非標(biāo)準(zhǔn)機械設(shè)備設(shè)計手冊

這就是在設(shè)計計算中常用的載荷譜系數(shù)kp。當(dāng)塔機起重臂上的載荷分布已知（起重曲線圖），載荷譜系數(shù)可以采用以下公式計算：

式中

當(dāng)塔機的起重臂的載荷分布已知，按照上面公式能計算出塔機的實際載荷系數(shù)，下表列出了起重機載荷狀態(tài)分級表，在實際計算中，當(dāng)實際載荷譜系數(shù)不等于下表所示時，選取接近大一檔的載荷等級。

表3????起重機的載荷狀態(tài)分級

起重機載荷等級

載荷譜系數(shù)

說明

Q1

0.125

很少吊額定起重量，經(jīng)常輕載荷

Q2

0.25

很少吊額定起重量，經(jīng)常中等載荷

Q3

0.50

很少吊額定起重量，較多吊較重載荷

Q4

1，00

經(jīng)常吊額定起重量

塔機在設(shè)計計算中，最主要的就是強度的計算，所以其鋼結(jié)構(gòu)的載荷是首要考慮的，它直接關(guān)系到塔機的安全性和整體穩(wěn)定性。所以通過以上公式利用其使用說明書，能計算出塔機的載荷譜系數(shù)，從而了解塔機結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的情況，合理的控制風(fēng)險，進一步保護塔機在施工中整體的穩(wěn)定性和安全性。

5.結(jié)束語

通過以上對塔機設(shè)計參數(shù)方面的了解，控制塔機在施工運行中不違反設(shè)計原理，能夠有效預(yù)防塔機在使用過程中的各類事故發(fā)生，起到防患于未然的目的。通過對塔機設(shè)計計算的了解可以提高認(rèn)識，明確指導(dǎo)思想和目標(biāo)，加強塔機的安全專項治理工作，有效控制重大塔機安全事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB3811-2008.起重機設(shè)計規(guī)范

[2]國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn).ISO?8686-1

[3]胡宗武，徐履冰等，石來德，等.非標(biāo)準(zhǔn)機械設(shè)備設(shè)計手冊