淺析建筑起重機(jī)械主要參數(shù)設(shè)計(jì)的安全運(yùn)用

徐雄偉

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

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)安全;使用

1.前言

目前，塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“塔機(jī)”）作為工程建設(shè)中必不可少的垂直運(yùn)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(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率等方面優(yōu)勢(shì)。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(jī)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(duì)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(lái)塔機(jī)安全事故增多，危害性越來(lái)越大，本人從塔機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)角度作為出發(fā)點(diǎn)，與大家淺析一下塔機(jī)在生產(chǎn)和作業(yè)中的安全管理和使用。

2.塔機(jī)的特點(diǎn)和類(lèi)型

2.1塔機(jī)的特點(diǎn)

塔機(jī)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(jī)，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(jì)比較輕巧，分段連接拆卸方便、便于轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)。

作業(yè)特點(diǎn)是以反復(fù)短暫的工作循環(huán)方式完成對(duì)貨物的運(yùn)輸作業(yè)，包括：載物、物料提升、水平運(yùn)送（變幅、回轉(zhuǎn)）、下降、卸載，然后空載返回初始地的完整過(guò)程。期間由于反復(fù)的起動(dòng)、制動(dòng)，各機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)承受著強(qiáng)烈的振動(dòng)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(jī)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(jì)中相關(guān)參數(shù)的知識(shí)，對(duì)在塔機(jī)應(yīng)用中的安全施工有很大的幫助。

2.2塔機(jī)的類(lèi)型

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，塔式起重機(jī)的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是QT，也有廠(chǎng)家按照英文縮寫(xiě)加變幅長(zhǎng)度和起重特性編寫(xiě)，例如：TC5610。

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

3.塔機(jī)的基本參數(shù)

塔機(jī)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(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度等，這些參數(shù)在設(shè)計(jì)中都嚴(yán)格執(zhí)行已頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以了解一下對(duì)我們?cè)谒狡鹬貦C(jī)施工應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)掌控奠定一定的基礎(chǔ)。

3.1額定起重量

指塔機(jī)一次允許吊起的重物（或物料）和吊具質(zhì)量之和。塔機(jī)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(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢，進(jìn)行調(diào)試力矩和最大起重量的限位時(shí)，決不能忽視取物（吊具）裝置的自身質(zhì)量，否則會(huì)導(dǎo)致塔機(jī)的超載，引起重大事故。

額定起重量是根據(jù)塔機(jī)使用要求在設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T783-1987之規(guī)定選取的。根據(jù)塔機(jī)的使用要求在設(shè)計(jì)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(jī)的額定起重量都遵循于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)它也是我們?cè)谶x擇塔機(jī)是不是能滿(mǎn)足我們施工需要和杜絕超載的一個(gè)重要依據(jù)。

額定起重量又稱(chēng)為塔機(jī)的最大起重量，鑒于以上所訴的塔機(jī)作業(yè)特性決定了當(dāng)塔機(jī)在吊最大起重量時(shí)對(duì)起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算方法，不同的工況下，塔機(jī)對(duì)起吊物料的質(zhì)量要求也有改變。

例如QTZ630塔機(jī)的額定起重量是6t，起升機(jī)構(gòu)是三速電機(jī)帶動(dòng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)，當(dāng)塔機(jī)在起吊最大起重量6t時(shí)，在塔機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中是在起升機(jī)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(shí)，其相應(yīng)的最大起重量變?yōu)?.5t。同樣在對(duì)起吊繩的設(shè)計(jì)計(jì)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(duì)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(shí)，其最大起重量也相應(yīng)的減半變?yōu)?t。所以，在調(diào)試塔機(jī)的額定起重量時(shí)，要掌握起升速度和鋼絲繩倍率的實(shí)時(shí)工況，避免重大事故的發(fā)生。

3.2幅度

指塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與吊具裝置垂直線(xiàn)之間的距離，單位為米。

根據(jù)在設(shè)計(jì)中對(duì)幅度的定義，我們知道幅度的測(cè)量方法，當(dāng)塔機(jī)安裝完畢進(jìn)行調(diào)試力矩限位器時(shí)，幅度的大小要從回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)量起，而不是從起重臂的臂架鉸接處量起，否則會(huì)導(dǎo)致超力矩帶來(lái)的危險(xiǎn)工況。

3.3起升高度

指塔機(jī)安裝的自然地面到取物吊鉤能夠達(dá)到的最高位置的垂直距離，單位為米。

4.塔機(jī)的工作等級(jí)

塔機(jī)的工作等級(jí)由塔機(jī)自身的兩個(gè)特性決定的。

塔機(jī)的使用等級(jí)：塔機(jī)使用的頻繁程度。

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

4.1塔機(jī)的使用等級(jí)

從塔機(jī)設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，塔機(jī)的使用壽命是指塔機(jī)報(bào)廢前，所獨(dú)立完成的工作循環(huán)總次數(shù)。一個(gè)工作循環(huán)又稱(chēng)為一個(gè)完整的組合動(dòng)作，包括：塔機(jī)起吊貨物的起升、回轉(zhuǎn)和變幅的水平運(yùn)行、下降、卸荷，最后空載回到原起點(diǎn)的全過(guò)程。在這個(gè)組合動(dòng)作的全過(guò)程中，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO8686-1規(guī)定，起重機(jī)械的使用等級(jí)可分為U0---U9共10個(gè)等級(jí)（見(jiàn)下表）。表中工作循環(huán)數(shù)N為上限，在起重機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，實(shí)際循環(huán)數(shù)在兩組循環(huán)數(shù)之間時(shí)，計(jì)算采用高一級(jí)的使用等級(jí)。

表2???????????起重機(jī)的使用等級(jí)

使用等

級(jí)記號(hào)

工作循環(huán)數(shù)

N（上限）

說(shuō)明

使用等

級(jí)記號(hào)

工作循環(huán)數(shù)N（上限）

說(shuō)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(jī)的設(shè)計(jì)使用壽命與塔機(jī)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(shí)間有關(guān)系，可以通過(guò)下式來(lái)計(jì)算塔機(jī)在有效使用年限內(nèi)的總工作循環(huán)數(shù)：

N=3600YDH/t

N-----塔機(jī)使用年限內(nèi)總工作循環(huán)數(shù)

Y-----使用每個(gè)年限

D-----一年的工作天數(shù)

H-----一天的工作小時(shí)數(shù)

t------塔機(jī)一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間

由以上給出的計(jì)算公式，我們不難發(fā)現(xiàn)一臺(tái)塔機(jī)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(tái)塔機(jī)的壽命與每天的使用時(shí)間和忙閑都有著密切的關(guān)系。

4.2塔機(jī)載荷狀態(tài)等級(jí)

載荷狀態(tài)指：塔機(jī)工作時(shí)實(shí)際所吊運(yùn)貨物的質(zhì)量與額定起重量接近的程度。

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

式中

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

表3????起重機(jī)的載荷狀態(tài)分級(jí)

起重機(jī)載荷等級(jí)

載荷譜系數(shù)

說(shuō)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(jī)在設(shè)計(jì)計(jì)算中，最主要的就是強(qiáng)度的計(jì)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(jī)的安全性和整體穩(wěn)定性。所以通過(guò)以上公式利用其使用說(shuō)明書(shū)，能計(jì)算出塔機(jī)的載荷譜系數(shù)，從而了解塔機(jī)結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的情況，合理的控制風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步保護(hù)塔機(jī)在施工中整體的穩(wěn)定性和安全性。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)塔機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)方面的了解，控制塔機(jī)在施工運(yùn)行中不違反設(shè)計(jì)原理，能夠有效預(yù)防塔機(jī)在使用過(guò)程中的各類(lèi)事故發(fā)生，起到防患于未然的目的。通過(guò)對(duì)塔機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的了解可以提高認(rèn)識(shí)，明確指導(dǎo)思想和目標(biāo)，加強(qiáng)塔機(jī)的安全專(zhuān)項(xiàng)治理工作，有效控制重大塔機(jī)安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB3811-2008.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]國(guó)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(lái)德，等.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)

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

式中

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

表3????起重機(jī)的載荷狀態(tài)分級(jí)

起重機(jī)載荷等級(jí)

載荷譜系數(shù)

說(shuō)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(jī)在設(shè)計(jì)計(jì)算中，最主要的就是強(qiáng)度的計(jì)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(jī)的安全性和整體穩(wěn)定性。所以通過(guò)以上公式利用其使用說(shuō)明書(shū)，能計(jì)算出塔機(jī)的載荷譜系數(shù)，從而了解塔機(jī)結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的情況，合理的控制風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步保護(hù)塔機(jī)在施工中整體的穩(wěn)定性和安全性。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)塔機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)方面的了解，控制塔機(jī)在施工運(yùn)行中不違反設(shè)計(jì)原理，能夠有效預(yù)防塔機(jī)在使用過(guò)程中的各類(lèi)事故發(fā)生，起到防患于未然的目的。通過(guò)對(duì)塔機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的了解可以提高認(rèn)識(shí)，明確指導(dǎo)思想和目標(biāo)，加強(qiáng)塔機(jī)的安全專(zhuān)項(xiàng)治理工作，有效控制重大塔機(jī)安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB3811-2008.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]國(guó)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(lái)德，等.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)