浅析建筑起重机械主要参数设计的安全运用
2014-04-29徐雄伟
徐雄伟
摘要：随着塔式起重机被广泛的应用，塔机安全事故逐渐增多，危害也越来越大。为了减少施工中的安全事故，施工企业应对塔机安拆技术、使用、管理等要求也越来越严格，杜绝事故的发生。
关键词：塔式起重机安全;使用
1.前言
目前，塔式起重机（以下简称“塔机”）作为工程建设中必不可少的垂直运输设备，由于作业半径大、覆盖面广，具有节省劳力、减轻劳动强度、提高生产效率等方面优势。因此，在工程建设领域中被广泛使用。作为工程建设中的主要建筑机械，在建筑等领域发挥着极其重要的作用。由于它是一种特殊的起重设备，所以在施工中对施工企业技术、使用、管理等环节的要求亦很高。随着近几年来塔机安全事故增多，危害性越来越大，本人从塔机主要参数的设计角度作为出发点，与大家浅析一下塔机在生产和作业中的安全管理和使用。
2.塔机的特点和类型
2.1塔机的特点
塔机是将臂架安装在高耸的钢结构塔身上端的回转式起重机，被广泛的用于建筑施工作业中，起重量较小，塔身和臂架采用金属桁架结构，设计比较轻巧，分段连接拆卸方便、便于转移等特点。
作业特点是以反复短暂的工作循环方式完成对货物的运输作业，包括：载物、物料提升、水平运送（变幅、回转）、下降、卸载，然后空载返回初始地的完整过程。期间由于反复的起动、制动，各机构和金属结构承受着强烈的振动和冲击力，构件承受不稳定的变幅应力的作用，所以塔机属于高危作业的设备，一旦发生事故，将造成巨大的损失。因此了解一些设计中相关参数的知识，对在塔机应用中的安全施工有很大的帮助。
2.2塔机的类型
按照国家标准分类，塔式起重机的型号标准是QT，也有厂家按照英文缩写加变幅长度和起重特性编写，例如：TC5610。
建筑施工中经常使用的塔机有以下几种形式：QT-上回转式塔机，QTZ-上回转自升式塔机，QTK-快速安装式塔机，QTG-固定式塔机，QTP-爬升式塔机等。
3.塔机的基本参数
塔机最重要的基本参数就是“额定起重量”，其他的还包括：起升高度、变幅幅度、回转角度、各机构的运行速度等，这些参数在设计中都严格执行已颁布的国家标准和企业标准，所以了解一下对我们在塔式起重机施工应用中的风险掌控奠定一定的基础。
3.1额定起重量
指塔机一次允许吊起的重物（或物料）和吊具质量之和。塔机的吊钩和滑轮组的质量不在其中。而起升载荷是指额定起重量的重力，以Q标记。
所以当塔机在施工现场安装完毕，进行调试力矩和最大起重量的限位时，决不能忽视取物（吊具）装置的自身质量，否则会导致塔机的超载，引起重大事故。
额定起重量是根据塔机使用要求在设计时依据国标GB/T783-1987之规定选取的。根据塔机的使用要求在设计前选择的数值应靠近或不小于下表的标准数值。
表1 额定起重量标准 （摘自GB/T783-1987） （单位：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
从以上的列表中不难发现，在施工中所用塔机的额定起重量都遵循于这个标准值，同时它也是我们在选择塔机是不是能满足我们施工需要和杜绝超载的一个重要依据。
额定起重量又称为塔机的最大起重量，鉴于以上所诉的塔机作业特性决定了当塔机在吊最大起重量时对起升机构的计算方法，不同的工况下，塔机对起吊物料的质量要求也有改变。
例如QTZ630塔机的额定起重量是6t，起升机构是三速电机带动的卷扬机，当塔机在起吊最大起重量6t时，在塔机的设计计算中是在起升机构最低速而且起吊绳为4倍率的工况下起吊的。当起升速度在中速的工况下，最大起重量相应的变为3t，起升速度变为最高速时，其相应的最大起重量变为1.5t。同样在对起吊绳的设计计算中，根据钢丝绳的承重力钢丝绳倍率的不同也做出了对最大起重量相应的变化，当起吊钢丝绳的倍率更改为2倍率的工况时，其最大起重量也相应的减半变为3t。所以，在调试塔机的额定起重量时，要掌握起升速度和钢丝绳倍率的实时工况，避免重大事故的发生。
3.2幅度
指塔机回转中心线与吊具装置垂直线之间的距离，单位为米。
根据在设计中对幅度的定义，我们知道幅度的测量方法，当塔机安装完毕进行调试力矩限位器时，幅度的大小要从回转中心线量起，而不是从起重臂的臂架铰接处量起，否则会导致超力矩带来的危险工况。
3.3起升高度
指塔机安装的自然地面到取物吊钩能够达到的最高位置的垂直距离，单位为米。
4.塔机的工作等级
塔机的工作等级由塔机自身的两个特性决定的。
塔机的使用等级：塔机使用的频繁程度。
塔机的载荷状态等级：塔机吊运货物的质量接近额定起重量的程度。
4.1塔机的使用等级
从塔机设计角度来说，塔机的使用寿命是指塔机报废前，所独立完成的工作循环总次数。一个工作循环又称为一个完整的组合动作，包括：塔机起吊货物的起升、回转和变幅的水平运行、下降、卸荷，最后空载回到原起点的全过程。在这个组合动作的全过程中，按照国际标准化组织标准ISO8686-1规定，起重机械的使用等级可分为U0---U9共10个等级（见下表）。表中工作循环数N为上限，在起重机的设计计算中，实际循环数在两组循环数之间时，计算采用高一级的使用等级。
表2 起重机的使用等级
使用等
级记号
工作循环数
N（上限）
说明
使用等
级记号
工作循环数N（上限）
说明
U0
1.6X
不经常使用
U5
5.0X
经常中等繁忙使用
U1
3.2X
U6
1.0X
较繁忙使用
U2
6.3X
U7
2.0X
繁忙使用
U3
1.25X
U8
4.0X
很繁忙使用
U4
2.5X
经常清闲使用
U9
>4.0X
从上表中可以看出，塔机的设计使用寿命与塔机工作循环总数有直接的关系，而工作循环数又与工作天数和时间有关系，可以通过下式来计算塔机在有效使用年限内的总工作循环数：
N=3600YDH/t
N-----塔机使用年限内总工作循环数
Y-----使用每个年限
D-----一年的工作天数
H-----一天的工作小时数
t------塔机一个工作循环时间
由以上给出的计算公式，我们不难发现一台塔机在规定的使用年限内，一年的工作天数假如300天，那么这台塔机的寿命与每天的使用时间和忙闲都有着密切的关系。
4.2塔机载荷状态等级
载荷状态指：塔机工作时实际所吊运货物的质量与额定起重量接近的程度。
这就是在设计计算中常用的载荷谱系数kp。当塔机起重臂上的载荷分布已知（起重曲线图），载荷谱系数可以采用以下公式计算：
式中
当塔机的起重臂的载荷分布已知，按照上面公式能计算出塔机的实际载荷系数，下表列出了起重机载荷状态分级表，在实际计算中，当实际载荷谱系数不等于下表所示时，选取接近大一档的载荷等级。
表3 起重机的载荷状态分级
起重机载荷等级
载荷谱系数
说明
Q1
0.125
很少吊额定起重量，经常轻载荷
Q2
0.25
很少吊额定起重量，经常中等载荷
Q3
0.50
很少吊额定起重量，较多吊较重载荷
Q4
1，00
经常吊额定起重量
塔机在设计计算中，最主要的就是强度的计算，所以其钢结构的载荷是首要考虑的，它直接关系到塔机的安全性和整体稳定性。所以通过以上公式利用其使用说明书，能计算出塔机的载荷谱系数，从而了解塔机结构件疲劳寿命的情况，合理的控制风险，进一步保护塔机在施工中整体的稳定性和安全性。
5.结束语
通过以上对塔机设计参数方面的了解，控制塔机在施工运行中不违反设计原理，能够有效预防塔机在使用过程中的各类事故发生，起到防患于未然的目的。通过对塔机设计计算的了解可以提高认识，明确指导思想和目标，加强塔机的安全专项治理工作，有效控制重大塔机安全事故的发生。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.GB3811-2008.起重机设计规范
[2]国际标准化组织标准.ISO 8686-1
[3]胡宗武，徐履冰等，石来德，等.非标准机械设备设计手册
这就是在设计计算中常用的载荷谱系数kp。当塔机起重臂上的载荷分布已知（起重曲线图），载荷谱系数可以采用以下公式计算：
式中
当塔机的起重臂的载荷分布已知，按照上面公式能计算出塔机的实际载荷系数，下表列出了起重机载荷状态分级表，在实际计算中，当实际载荷谱系数不等于下表所示时，选取接近大一档的载荷等级。
表3 起重机的载荷状态分级
起重机载荷等级
载荷谱系数
说明
Q1
0.125
很少吊额定起重量，经常轻载荷
Q2
0.25
很少吊额定起重量，经常中等载荷
Q3
0.50
很少吊额定起重量，较多吊较重载荷
Q4
1，00
经常吊额定起重量
塔机在设计计算中，最主要的就是强度的计算，所以其钢结构的载荷是首要考虑的，它直接关系到塔机的安全性和整体稳定性。所以通过以上公式利用其使用说明书，能计算出塔机的载荷谱系数，从而了解塔机结构件疲劳寿命的情况，合理的控制风险，进一步保护塔机在施工中整体的稳定性和安全性。
5.结束语
通过以上对塔机设计参数方面的了解，控制塔机在施工运行中不违反设计原理，能够有效预防塔机在使用过程中的各类事故发生，起到防患于未然的目的。通过对塔机设计计算的了解可以提高认识，明确指导思想和目标，加强塔机的安全专项治理工作，有效控制重大塔机安全事故的发生。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.GB3811-2008.起重机设计规范
[2]国际标准化组织标准.ISO 8686-1
[3]胡宗武，徐履冰等，石来德，等.非标准机械设备设计手册
