平头塔式起重机概述

平头塔式起重机概述
黄轶逸　编译
平头(Ftat top )塔式起重机也称无塔头(T op 2
less )塔机或锤头式(Hammerhead )塔机,其显著的设计特征是起重臂的支承构件不超过臂架本身的总高度,顶部明显地与带塔头的传统塔机不同。

这种起重机并不是一种全新的设计,但在过去三年里其提供的产品范围和市场业绩却有了显著的增长。

仔细观察早期塔式起重机的侧面轮廓,就可以发现20世纪60年代英国Richier 2weitz 公司的产品具有相似的设计特点,如Weitz X1290型塔机用短拉杆分别将起重臂和平衡臂与一个高度很小的塔头连接起来(见标题图)。

这种型式与平头塔机比较接近,具有相似的优点,例如可以很方便地将起重臂的长度按5m 一节加以改变。

1975年Linden 公司创造了平头塔机模数系统,使不同型号的塔机之间可以实现臂节的互换,其具有代表性的8000系列自由悬臂式塔机的起重能力为100～880t ・m 。

大型塔机的需求在两次石油能源危机时期的回落,促使C omansa 公司转向Linden 公司的概念,进入较小规格平头塔机的领域,而在20世纪末,其他一些制造商也陆续推出了平头塔式起重机,包括BK T (现为P otain )、Liebherr 和T erex 2C omedil 公司等,其中P otain 公司已推出了MDT 型50～412t ・m 共13种规格的系列产品。

1　平头塔式起重机的优点
平头塔机的优点是由其特殊的结构型式所决定的,特别是在受到限制的工地条件下,对平头塔机的需求更为明显。

(1)当若干台塔机需在同一个工地内相互靠近作业时,用平头塔机可以节省大量费用。

由于平头塔机取消了塔头,降低了自立高度,而且工地内所安装的相互交叉作业的塔机均可相应降低高度,可节省安装时间,并可减少每台塔机的中心压重;还可降低对安装塔机用的移动式起重机起升高度的要
求;在某些情况下,甚至可以采用较小的塔身截面和底架等等。

近年来建筑施工周期普遍缩短,因此节省安装时间也是很重要的一环。

(2)当工地现场条件限制移动式起重机进入时,采用平头塔机是特别合适的,可用其他方法解决安装问题。

平头塔机的无拉杆臂架可按顺序在空中逐节装配,必要时可直接从运输汽车上吊取安装。

由于安装单元的重量较小,可以利用其他较轻便的起重设备吊装;当建筑工地上已装有其他塔机时,则可用一台塔机去安装在另一位置的平头塔机。

(3)施工过程中需要改变塔机臂架的长度时,不必拆卸整个臂架,只需在空中加减臂节即可。

降低了对移动式起重机起重能力的要求,也使平头塔机可以安装在双曲线冷却塔内进行施工。

(4)大多数平头塔机制造商可提供模数化臂架设计,不仅大大降低了制造费用,而且也大大提高了这类起重机对用户的适用性。

当用户拥有同一系列的不同型号平头塔机时,就可以用较大型号塔机的外侧臂节作为较小塔机的中间臂节。

用户塔机群的配备比较灵活,可适当减少臂节的数量。

(5)无拉杆支承臂架的受力比较明确,上弦杆受拉及下弦杆受压,所有杆件受力方向不变,因此有些杆件特别是侧面腹杆的重量可以减轻。

普通的拉杆支承式臂架,杆件受力方向经常改变,其反力会引起材料的磨损和撕裂,并产生失效的危险。

2　缺点及应采取的措施
平头塔机在设计上存在的缺点也不可忽视,只
有克服其设计上固有的缺点后,平头塔机才能作为一种普遍的型式加以推广,否则就只能作为一种功能型起重机,在特殊需要时加以应用。

(1)平头塔机的臂架在大幅度时丧失的起重能
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力较多。

为了能较好地解决这一问题,设计时要根据臂架长度,通过改变臂架系统的高度和减小钢结构材料的壁厚来降低臂架自重。

然而这种方法的效果是有一定限度的,研究表明,对于用户所需要的特长臂架,加长普通拉杆支承的臂架,其丧失的起重能力要比平头塔机的臂架型式少得多。

(2)由于相同规格的平头塔机其整个臂架和平衡臂的重量比带塔头塔机约重5%～15%,因此设计时要考虑其便于架设的问题。

150t ・m 级以上平头塔机的臂架要分解为较轻的各节臂段,使其在空中可以很容易地安装,为此还要设计方便的穿绳系统、通往连接点的安全通道和用销轴连接来代替螺栓连接等。

按照上述原则,平头塔机臂架在安装时的臂段甚至比普通塔机还要轻。

图1显示长度70m 以上的塔机臂架的总重对安装用移动式起重机起重能力的主要影响。

图1
100t ・m 级以上平头塔机的机械装置分为两部
分,一部分在回转平台上,另一部分在平衡臂上,以减轻安装重量。

平衡臂在平头塔机中是比较重的部件,而回转平台则与普通塔机的塔头部分(包括转台)重量相近。

为了限制部件重量,臂架支承与回转平台的连接是可分离的。

(3)平头塔机具有较高的臂架外形尺寸(特别是根部节),解体装运时运输量比普通塔机大。

为了运输方便,臂架整体外形高度应不超过218m 。

如Linden 公司最初的大型550t ・m 级塔机,其根部节臂架高度大于317m ,运输时必须分解。

而普通塔机其基本臂节则可放在塔身节上面用普通载重汽车运输。

为此必须寻找新的最佳运输方案,如P otain195t ・m 级平头塔机的三节臂架可与压重块一
起放在一辆载重汽车上用船装运。

(4)为了尽量降低平头塔机的总高度,需要配
备一个具有多种不同高度塔身节的塔身系统。

平头塔机最主要的优点是降低了总高度,有时需要按米计算,而这个优点只有在配备一个其高度变化非常灵活方便的塔身系统时才能得到最大的发挥。

因此平头塔机应带有许用不同高度的塔身节,如P otain 平头塔机可提供高度仅为1166m 的塔身节。

(5)对于起重力矩800t ・m 以上、臂长85～120m 的大型塔机,平头式设计将失去优势。

由于
大型塔机的起重量大、臂架长,按此要求设计的无拉杆式臂架将承受很大的弯矩,其构件重量将成倍增加,并会影响塔机整体性能,再采用平头型式就会得不偿失。

在这种情况下,用拉杆支承的传统臂架式塔机仍是最合适的型式。

3　平头塔机的应用示例
如上所述,平头塔式起重机有其固有的优缺点,因此应根据工程施工的具体情况和要求进行选用,扬长避短,以便最大限度地发挥其作用。

而在某些特殊工况下,平头塔机则可以成为最佳的选择,当然有时还需作变型设计以适应特殊要求。

(1)德国法兰克福—亚琛段的高速铁路工程中,需要建设不少隧道,建筑承包商使用了两台Liebherr 公司180EC 2B 型平头塔机。

这两台塔机是专门作变型设计用于隧道工程中的抓斗作业,以便装运渣土。

塔机处于高度不大的高压动力线下方,其40m 长的臂架还要跨越隧道工程旁的高速公路。

该塔机设有挂线电缆可沿臂架全长移动,电缆绕在专门制作的起重小车平台上,为液压操纵的抓斗供电。

该机需按预定比率降低起重量,以适应其重型工作条件,而抓斗可以很方便地从吊钩上卸下,即可投入通用的起重作业。

(2)德国威斯巴登附近的高速铁路工程中,一台Z eppelin 公司的Z BK 100平头塔机(BK T 系统)在非常特殊的条件下参与隧道建设工程。

该塔机安装在7km 长的隧道内,作为一种运行式起重机运送隧道铺设材料。

装有318m ×318m 轨道底架,50m 臂架和一节高度缩短至412m 的变型塔身节,
以适应隧道内工作。

臂端可起重116t 并向上抬起400mm ,以达到最大吊钩高度。

由于塔机底架前方具有50m 工作幅度,可以沿着臂架把预拌混凝土运向前方进行浇筑,显著地提高了生产率。

当塔机在不断延伸的轨道上运行
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前,必须将底架前方的混凝土地面铺设好,而塔机的底架则应设计得很小,以便车辆可在隧道内从塔机旁边通过。

塔机是在隧道外安装的,但拆卸则必须在隧道内进行。

因为当塔机向前运行后,随后进行的隧道衬砌作业使隧道的有效高度低于塔机的总高度,使其不能再向后退出。

塔机在隧道内拆卸时,顶部的净空高度仅为500mm 。

首先用Demag AC4021型轮式起重机把臂架逐节拆除,再将整个机械装置用AC4021和AC25起重机前后抬吊下降,而塔机的下部基座则可自行从轨道驶出。

(3)平头塔机也可用于建筑工业以外的场所:一台P otain 公司MDT 系列的变型平头塔机—MDT N412被用于瑞士巴塞尔市的集装箱堆垛场(见图2)。

该机是专为重型工作制而设计的,日吊运100～120个空集装箱。

为保证其快速运转,强调需要特别平稳的、加速度较大的回转机构,所有卷扬机均采用变频调速,装有4个摄像机,使操作者可在专门设计的驾驶室内,在2个监视器上从空中观察吊重物停放的区域。

为了减少钢绳的磨损,起升卷扬机采用两根钢丝绳单层卷绕,
而起升绳的
图2
穿绕和双变幅小车配置可避免起吊重物旋转。

塔机
下部采用专门制造的门座,可在轨道上运行,其轮压不超过280kN 。

以上所述只是平头塔机在某些特殊工况中的应用示例,说明其适应性较强。

当然,平头塔机也能用于一般的建筑工程,与普通塔机相比毫不逊色。

4　市场发展前景
当近年来全球塔机市场不景气时,塔机制造商们预测平头塔机潜在市场的增长数与普通上回转塔机相同,因此各主要塔机制造商纷纷推出自己的平头塔机系列。

T erex C omedil 公司介绍一种新的城市型塔机系列,从CTT 512215型(40m 幅度起重1t )到CTT 16128型(60m 幅度起重211t );P otain 德国公司则看到了200t ・m ～400t ・m 级塔机的增长需求,在德国的租赁公司中约有50%的P otain 上回转塔机是平头式的。

平头塔机在瑞士的销售量也有所增长,P otain 公司的MDT 系列塔机是瑞士市场上最适合的上回转塔机。

C omansa 公司还看到美国是一个复苏的塔机市场,在2000年成功地销售了6台大型Linden 8000系列塔机,其中2台在高层建筑施工中爬升至270m 高度。

平头塔机的成功,需要通过降低其超过普通塔机约10%～15%的价格来支持,它所用的钢材较多,要通过其他途径降低成本。

大多数制造商很欣赏模数化的臂节,因为它能用于不同型号的塔机。

与普通塔机相比,平头塔机发展的重点应放在传动装置的标准化方面,以便从批量生产中取得效益。

当平头塔机被逐步接受并普及时,产量增长后就可进一步降低制造成本。

作为一种流行趋势,在城市型和中型塔机中,平头塔机将逐步替代普通塔机。

然而由于在建筑工业内存在的保守倾向和使用习惯,平头塔机要在上回转塔机市场中占据支配地位,尚需努力。

我国平头塔式起重机的应用很少,工地上难得见到平头式塔机的身影,在年产数千台的各类塔机中,也极少有平头塔式起重机的型号。

1994年起,台商独资企业———中升(南京)起重机械有限公司开始生产其从国外引进技术的ZSC 系列平头式塔机,提供从120～900t ・m 共五种规格的产品;1999年沈阳建筑机械有限公司研制成功新型平头式塔机,现有R 系列100t ・m 和200t ・m 两种规格;最近还有个别企业正在研制40～80t ・m 中小型平头塔机。

由于建筑施工企业的使用习惯,加之平头塔机比同规格的普通上回转塔机价格高,目前生产的数量很少,可以说我国平头塔式起重机的生产和应用尚处于起步阶段。

随着国外同类产品的不断发展和完善,通过相互交流,相信具有独特优点的新型平头塔机会在我国逐步得到应用和推广,成为我国塔式起重机大家族中的一个重要成员。

黄轶逸,北京建筑机械研究所,100007　北京安定门内方家胡同21号
收稿日期:2001207213编 辑:孔庆璐
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