一种用钢丝绳限制塔机工作区域的方法

黎维民，赵 林，郑 兴，周晓荣

（重庆长风机械制造有限责任公司，重庆 400037）

在多台塔机安装于同一建筑工地的场合，要解决塔机间的互相干涉和塔机与施工建筑物的碰撞两个问题。

解决塔机间的互相干涉方法比较容易，一是采取各台塔机安装高度有高低差，二是处于低位的塔机采取减短起重臂使其不碰撞高位塔机的塔身。

要解决塔机起重臂与建筑物的碰撞，在工作状态，塔机司机可借助回转限位装置提前减速和操作回转制动器来实现。但下班后塔机处于无人操作的非工作状态，突然起大风时塔机起重臂在风力作用下自由回转将与建筑物碰撞。按GB/T 5031《塔式起重机》附录B的规定，要求在塔机上设置工作空间限制器。目前常用的方法有：

（1）利用回转限位器的功能，同时在建筑物外架设防护架；

（2）利用回转限位器的功能，同时在塔机有相对运动的上、下支座间钢结构上焊接限位挡块；

（3）在回转支承的外齿齿根处焊接小圆钢；

（4）利用回转限位器的功能，同时在塔机平衡臂尾部与地锚间设置钢丝绳。

第一种方法要搭设空间稳定结构，比较费事；第二种方法要在塔机钢结构上进行焊接，限位时会产生刚性碰撞，容易损坏钢结构件；第三种方法在限位时容易打坏回转减速器，在下一个不存在碰撞的工作场地又要将焊接物品割下、打磨、重新喷油漆；第四种方法最简单，成本低，但存在诸多不理想的方面：限位钢丝绳是地锚形式；相邻塔机工作时所吊物品容易与限位钢丝绳干涉；随着塔机升高，限位钢丝绳要相应加长；钢丝绳一旦受力张紧，其竖直方向的分力极易将平衡臂拉变形。

本文介绍的钢丝绳限位的方法是对第四种方法的改进，将限位钢丝绳设置在塔机上，与地面没有联系；限位时是弹性约束，不产生结构件的刚性碰撞，实施效果理想。

本方案同样采取电器控制与柔性限位钢丝绳相结合，在塔机平衡臂两侧平衡臂拉杆吊点处与顶升套架顶部各设置一根钢丝绳，达到限制塔机工作区域、防止与障碍物（建筑物或塔机）碰撞的目的。

1 方案的原理及构造

塔机自身的安全保护装置中有回转限位器，规范要求限制起重臂只能在左右各540°（1.5圈）范围内回转。可以将该装置的多功能行程限位器的动作范围调整到所需要的限制范围（根据工地实际情况确定），达到限制工作区域的目的。单纯依靠限位器是不可靠的，在工作状态如果突然停电，驾驶室内未设置回转应急电源，回转限位器、回转机构制动器均失去控制，起重臂由于惯性继续滑行会超出限制范围；在非工作状态，限位器、制动器同样均不起作用（常闭式制动器按规定释放），一旦大风将起重臂吹动自由回转也达不到限制工作区域的目的。

为解决单纯依靠限位器不可靠的缺陷，可以在塔机平衡臂两侧主弦杆拉杆吊点处与顶升套架上部下支座底部连接部位间设置一根钢丝绳。在工作状态，回转限位器动作，起重臂由于惯性继续滑行，平衡臂与顶升套架间的钢丝绳由松弛状态缓慢绷紧，能可靠地阻止起重臂的回转；如遇突然停电电器控制不起作用，起重臂惯性滑行和在非工作状态吹大风使起重臂随风回转，限位钢丝绳被张紧，均能可靠地阻止起重臂的继续回转，避免与障碍物发生碰撞。

2 限位装置的安装及调试步骤

（1）将起重臂向顺时针方向旋转（回转机构慢速加点动操作）到与障碍物（建筑物或塔机）有5m距离的方位，此方位为限制起重臂回转的第一极限位置。将钢丝绳用绳夹分别在平衡臂拉杆吊点和套架顶部主弦杆部位固定，固定时钢丝绳尽量用人力张紧，钢丝绳固定端扎4个绳夹，绳鞍座在受力绳一侧，将钢丝绳压扁1/3。

（2）将起重臂向反时针方向旋转到与障碍物的另一侧（建筑物或塔机）也有5m距离的方位，此方位为限制起重臂回转的第二极限位置。将钢丝绳用绳夹分别在平衡臂拉杆吊点和套架顶部主弦杆部位固定，固定时钢丝绳尽量用人力张紧。钢丝绳固定端扎4个绳夹，绳鞍座在受力绳一侧，将钢丝绳压扁1/3。

（3）调整塔机回转限位器。回转限位器工作后，起重臂由于惯性力作用还会继续滑行，滑行的距离与回转支承的摩擦阻力、塔机安装垂直度、风向、风力等因素有关。塔机在最大幅度吊起额定起重量，使塔机起重臂向左向右回转，反复调整回转限位装置多功能限位器行程开关的螺钉，使起重臂左右回转运动被限位器断电自由滑行停止后，惯性滑行角度始终使左右两侧的钢丝绳略有下挠但不处于张紧状态最为理想。

以上步骤完成后，本装置的安装、调试结束。为保证调试精度，可专门定购速比为1：20的多功能行程限位器（通常塔机回转限位器采用1：60的多功能行程限位器）。

使用该种限制塔机工作区域的防碰撞装置，不用在塔机上下、支座上焊接限位钢结构件，安装方便，成本低廉，与塔机原有的回转限位装置共同作用，效果理想。近年来，重庆主城区已有几个建筑工地采用和正在采用这种钢丝绳防碰撞方案，均达到预期的效果。

3 方案合规性及对塔机结构的影响

（1）《塔式起重机安全规程》6.3.4对回转限位器有如下规定：塔机回转部分在非工作状态下应能自由回转。采用钢丝绳限位方案后限制了塔机回转部分自由回转，表面上看不符合规范要求，但可以具体分析该要求的实质。该要求是基于当非工作状态的风力正对着起重臂时，起重臂和平衡臂的风阻力很大，有导致塔身根部折断和塔机倒塌的安全隐患而规定的。在有限位要求的场合，采取降低塔机独立状态的安装高度和附着状态塔身的悬伸高度的措施，减小非工作状态的风载倾覆力矩，从而满足规范要求的实质。具体降低多少，由计算确定。如此，采用限位方案后起重臂不能自由回转的塔机在非工作状态的风力作用下，既能保证不与障碍物碰撞，又能保证塔机的安全。

（2）采取这种限位方案至关重要的是限位钢丝绳在运动和静止结构件上的设置位置，要保证既能形成足够的限位力矩，又不能损伤相关结构件。钢丝绳与静止结构件的锚固点设置在截面尺寸最大的下支座与套架的连接处。在回转平面内，限位钢丝绳张紧时能对塔身中心形成最大的限位力矩（力臂最大）；在竖直面，该锚固点与平衡臂的竖向距离小，钢丝绳与平衡臂轴线的夹角小，钢丝绳张紧时的竖向分力小，且钢丝绳与运动结构件的锚固点在平衡臂拉杆吊点处，竖向分力由拉杆承受。平衡臂在水平面内的结构惯性矩能充分保证在限位力矩的作用下平衡臂不会失稳。钢丝绳在静止结构件上的锚固点选择在套架顶部和下支座的连接处，该部位结构强度足够，不会产生结构变形。钢丝绳是柔性体，在逐渐张紧过程中对塔机结构件也有一定的缓冲作用。

4 塔机使用安全措施

司机除严格按常规的塔机安全操作规程作业外，对采用钢丝绳限制工作区域的塔机，还要遵照以下操作要求：

（1）每天正式作业前，在空载情况下要检查回转限位器多功能行程开关是否正常，控制线路有无断路现象，回转机构制动器是否能起到制动作用。

（2）在操作过程中要有防止起升钢丝绳和悬吊重物碰撞障碍物的意识，要细心观察和体会当回转手柄由工作挡位逐挡减速转换为零挡位时，起重臂由于惯性继续滑行的距离有多少，左右两个方向的滑行距离是否合适，在起重臂顺着风力的风向回转，断电后的滑行距离会增大多少，这些数据将作为回转操作时回转手柄提前置于零位挡的依据。

（3）司机不能有单纯依赖回转限位器会自动断电，而不人为提前停止操作的习惯。

（4）一般情况下，回转限位器工作后起重臂滑行距离过长，可以连续点动回转机构制动器。

（5）作业前应经常对限位钢丝绳进行检查。

（6）指挥人员应有上岗证，作业时与操作人员之间密切配合，通讯信号统一、畅通、清晰、明嘹，指挥和操作使用的对讲机应调为同一频道。

（7）塔机的防碰撞区域禁区两个极限位置设警示标识。

5 限位钢丝绳受力计算

塔机的回转运动在回转限位器断电后，由限位器的调试要求，在无风状态下限位钢丝绳并未张紧，可不考虑工作状态下结构回转惯性扭矩。限位钢丝绳的计算载荷主要考虑风载荷产生的扭矩。工作状态风压值小，按非工作状态的回转扭矩M进行计算。

非工作状态的回转扭矩M按两种工况分别计算。工况一，限位钢丝绳处于张紧状态，暴风正对塔机臂架吹，计算回转平面的风载荷产生的力矩。工况二，限位钢丝绳处于松弛状态，塔机臂架在风力驱动下回转直到限位钢丝绳张紧而停止，计算上部结构件在运动期间的回转惯性力矩。比较两种工况的力矩，取最大值作为扭矩M。

根据现场塔机与障碍物要求的限制方位，分别画出限制工作区域平面图和立面图。由平面图上根据起重臂轴线在两个极限位置与套架正方位的夹角，得到限位钢丝绳张紧时对回转中心的力臂值B；由立面图得到限位钢丝绳张紧后与平衡臂间的竖向夹角α。

查钢丝绳的承载能力表，取安全系数n=3.5，使选取的钢丝绳的最小破断拉力［P］≥3.5F。

限位钢丝绳安装见图1。

图1 限位钢丝绳安装示意图