动臂塔式起重机的应用和前景

浅谈动臂塔式起重机的应用和前景

摘要：简述动臂塔式起重机的发展过程及目前应用状况，探讨动臂塔式起重机未来的发展前景。

关键词：动臂塔式起重机；发展；应用；前景

abstract: this paper describes the development process of luffing jib tower crane and the present application situation; explore the development prospects of the future of the jib tower crane.

key words: luffing jib tower crane; development; application; prospect

中图分类号：th21文献标识码：a文章编号：

塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于1900年，1905年出现了塔身固定的装

有臂架的起重机，1923年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。1930年德国开始批量生产塔机，并用于建筑施工。

1、动臂塔式起重机的发展及其应用

动臂塔式起重机（即俯仰臂架塔机）是历史上最早出现的塔机型式，从第二次世界大战结束后到20世纪60年代，由于动臂式塔机的施工效益显著，从工业建筑到民用建筑，从造船厂到港口码头，从钢结构建筑到电站建设，动臂式塔机无处不在，动臂式塔机占有

塔机市场的大部分份额。我国的塔机行业是在20世纪50年代起步，当时引进的样机也是德国出产的动臂式塔机。但是从20世纪70年代开始，由于技术的局限性，动臂式塔机很少能带载变幅，大部分塔机都要靠在轨道上行走来改变吊装物的水平位置，这一致命缺点使其逐渐被挤出建筑市场，小车变幅塔机取代了动臂式塔机的地位。

小车变幅塔机优点在于可以轻而易举地带载变幅，变幅时吊重能水平移动，这样不仅变幅功率很小，而且吊重安装就位准确，操作容易，臂架长度远超动臂式塔机。小车变幅塔机形式多样，有上回转、下回转、附着、内爬、行走等多种形式，适应范围广。

从20世纪80年初至步入21世纪，随着我国经济的高速发展，城市规模的不断扩大，建筑物的增多，对塔机的需求量剧增，塔机市场空前的繁荣，塔机产品的技术性能也得到显著的提高。而在这期间，小车变幅的塔机是我国塔机市场的主角，动臂式塔机只在一小部分高层建筑施工中得到应用。但近年随着城市建筑物密度的增加，高层摩天建筑的涌现，市区的工地凸显了拥挤的状态，加上新制定的相邻空间权利的法规及跨占邻居领地产生的纠纷，逐渐迫使人们改变使用塔式起重机已有的传统观念，视线从小车变幅的塔式起重机转向臂架俯仰变幅的动臂塔式起重机。

现代化的城市高楼密布，大型的建筑工地塔机林立，塔机臂架互相干扰问题明显，这使有固定臂长的小车变幅塔机受到了很大的限制。另外，由于小车变幅塔机的臂架较长，转动时必须掠过其他建

筑物或道路，覆盖面积大，当塔机出现意外事故时伤及无辜的概率就会大，容易扩大伤害范围，这些都是小车变幅塔机的致命缺点。随着近十年我国塔机产品技术性能的显著提高，动臂式塔机的变幅能力也得到很大的提高，克服了原有的致命缺点，加上动臂式塔机在施工作业时吊臂可不超出建筑工地围栏，也可避免多台塔机作业的干涉，目前在典型的市区工地或高层建筑工地上，人们又趋向使用动臂式塔式起重机了。

2、动臂塔式起重机的前景

目前，动臂塔式起重机在国内建筑行业中尚未得到广泛的应用，究其原因是动臂塔式起重机比同吨位、同起重力矩的小车变幅塔机的销售价格高；动臂塔式起重机在吊运重物时变幅速度比小车变幅塔机变幅速度慢，工作效率相对较低。从城市现代化发展趋势可知，城市的高层建筑物会越来越密集，市区建筑工地的空间会变得越来越拥挤，只有使用动臂式塔式起重机，才可以既不跨越相邻建筑物的空间，又可避免相邻塔机间的干涉，又能满足大起重量的要求。故此，动臂式塔式起重机在拥挤的城市建筑工地上的应用会越来越多。

动臂式塔机能否成为未来塔机市场的主流产品，塔机的安全设计及安全使用是关键：

3、动臂式塔机的安全设计

3.1变幅机构铰点的设计

对于动臂式塔机来讲，其俯仰变幅过程中，起重臂的重心也在变

化，吊臂自重弯矩也随之变化，这对整机平衡影响很大，存在臂架后翻的风险。理论上只要改变塔机臂架的角度，就可以改变塔机作业的工作幅度。动臂式塔机一般允许吊臂的俯仰角度在15°到85°之间变化，随着臂架的加长，要达到在塔身周边区域吊物体时臂架的仰角就非常大，这增加了塔机的后翻风险。但大仰角的吊臂，却相当于增加了塔身的高度，有效地扩展了塔机的工作范围，塔机的工作范围几乎是以吊臂长度为半径的半球体空间。而要使臂架的仰角尽可能大而又不发生塔机后翻的危险，由臂架下铰点和人字架上铰点所组成的变幅机构铰点的设计是关键，也是整机设计所考虑的一个重要问题。通常铰点的布置是通过作图和计算相结合的原则来确定，其过程十分繁琐，还往往得不到最合理的布局，故能用简单的数学关系式即可判断铰点确定是否合适，并能为铰点的设计提供参考是动臂塔机设计者努力想达到的目标。

3.2起重臂的设计

当动臂式塔机的吊臂由最小幅度变化到最大幅度时，吊臂的自重弯矩变化较大，而吊臂自重弯矩变化时对整机平衡影响很大。同小车变幅相比，动臂变幅对塔身产生了一个变化的附加弯矩，使得塔身的受力更加复杂，尤其对于大塔，起重臂的自重非常大，由此产生的附加弯矩迫使塔身做得很粗壮，不但浪费材料，还增加了整机的自重，极大限制了起重能力，还给塔机的安装运输和拆卸带来极大地不便。为此，动臂式塔机的起重臂设计一般采用“杆”结构，采用四根主肢的矩形截面，这相对于小车变幅塔机的“樑”结构稳

定性能更好，承载能力更强。并且材料采用高强度结构钢，尽可能地减轻起重臂的重量，使起重臂重量占整机结构重量的比例更小，而最大限度地增加塔机的起重量。另外，动臂式塔机起重臂的臂节还可以设计成能放入塔身节内，以方便运输。

3.3配重的设计

当动臂变幅时，会产生附加的的静载力矩。能平衡这一力矩，则会大大提高动臂塔机的起重能力。在机械上的解决方法就是采用移动配重技术，即吊臂仰起向上变幅时，使配重向接近塔身的方向运动，在最小幅度时，配重施加在臂架上的回复力也最大；吊臂俯降变幅时，使配重向远离塔身的方向运动。通过移动配重，一方面抵消动臂变幅时产生的静载力矩，另一方便又可以减小吊臂俯降时风力的影响，防止臂架被风吹向后翻的危险。

但是采用移动配重需要额外的检查及维护保养，成本高，并且研制费用也高。目前大部分的新型动臂塔机都采用固定配重设计，以降低制造成本和安装维护费用。可是固定配重的缺点是在吊臂过仰时存在塔机倾翻的风险，使用时的安全要求比较高。如何采用一种更加简洁的设计，使其不仅能达到预期的目的，而且又能大幅度降低费用，一直是动臂式塔机设计者研究的问题。

4、动臂塔机的安全使用

由于动臂式塔机很多情况下都是在高层建筑物上使用，地面风平浪静，高空风起云涌、变幻莫测，风对于塔机的影响是不容忽视的。根据吊臂稳定性计算原则，动臂塔机在空载状态下，当由吊臂和吊