一種用鋼絲繩限制塔機(jī)工作區(qū)域的方法

黎維民，趙 林，鄭 興，周曉榮

（重慶長風(fēng)機(jī)械制造有限責(zé)任公司，重慶 400037）

在多臺塔機(jī)安裝于同一建筑工地的場合，要解決塔機(jī)間的互相干涉和塔機(jī)與施工建筑物的碰撞兩個(gè)問題。

解決塔機(jī)間的互相干涉方法比較容易，一是采取各臺塔機(jī)安裝高度有高低差，二是處于低位的塔機(jī)采取減短起重臂使其不碰撞高位塔機(jī)的塔身。

要解決塔機(jī)起重臂與建筑物的碰撞，在工作狀態(tài)，塔機(jī)司機(jī)可借助回轉(zhuǎn)限位裝置提前減速和操作回轉(zhuǎn)制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。但下班后塔機(jī)處于無人操作的非工作狀態(tài)，突然起大風(fēng)時(shí)塔機(jī)起重臂在風(fēng)力作用下自由回轉(zhuǎn)將與建筑物碰撞。按GB/T 5031《塔式起重機(jī)》附錄B的規(guī)定，要求在塔機(jī)上設(shè)置工作空間限制器。目前常用的方法有：

（1）利用回轉(zhuǎn)限位器的功能，同時(shí)在建筑物外架設(shè)防護(hù)架；

（2）利用回轉(zhuǎn)限位器的功能，同時(shí)在塔機(jī)有相對運(yùn)動(dòng)的上、下支座間鋼結(jié)構(gòu)上焊接限位擋塊；

（3）在回轉(zhuǎn)支承的外齒齒根處焊接小圓鋼；

（4）利用回轉(zhuǎn)限位器的功能，同時(shí)在塔機(jī)平衡臂尾部與地錨間設(shè)置鋼絲繩。

第一種方法要搭設(shè)空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比較費(fèi)事；第二種方法要在塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行焊接，限位時(shí)會(huì)產(chǎn)生剛性碰撞，容易損壞鋼結(jié)構(gòu)件；第三種方法在限位時(shí)容易打壞回轉(zhuǎn)減速器，在下一個(gè)不存在碰撞的工作場地又要將焊接物品割下、打磨、重新噴油漆；第四種方法最簡單，成本低，但存在諸多不理想的方面：限位鋼絲繩是地錨形式；相鄰塔機(jī)工作時(shí)所吊物品容易與限位鋼絲繩干涉；隨著塔機(jī)升高，限位鋼絲繩要相應(yīng)加長；鋼絲繩一旦受力張緊，其豎直方向的分力極易將平衡臂拉變形。

本文介紹的鋼絲繩限位的方法是對第四種方法的改進(jìn)，將限位鋼絲繩設(shè)置在塔機(jī)上，與地面沒有聯(lián)系；限位時(shí)是彈性約束，不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)件的剛性碰撞，實(shí)施效果理想。

本方案同樣采取電器控制與柔性限位鋼絲繩相結(jié)合，在塔機(jī)平衡臂兩側(cè)平衡臂拉桿吊點(diǎn)處與頂升套架頂部各設(shè)置一根鋼絲繩，達(dá)到限制塔機(jī)工作區(qū)域、防止與障礙物（建筑物或塔機(jī)）碰撞的目的。

1 方案的原理及構(gòu)造

塔機(jī)自身的安全保護(hù)裝置中有回轉(zhuǎn)限位器，規(guī)范要求限制起重臂只能在左右各540°（1.5圈）范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)?？梢詫⒃撗b置的多功能行程限位器的動(dòng)作范圍調(diào)整到所需要的限制范圍（根據(jù)工地實(shí)際情況確定），達(dá)到限制工作區(qū)域的目的。單純依靠限位器是不可靠的，在工作狀態(tài)如果突然停電，駕駛室內(nèi)未設(shè)置回轉(zhuǎn)應(yīng)急電源，回轉(zhuǎn)限位器、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器均失去控制，起重臂由于慣性繼續(xù)滑行會(huì)超出限制范圍；在非工作狀態(tài)，限位器、制動(dòng)器同樣均不起作用（常閉式制動(dòng)器按規(guī)定釋放），一旦大風(fēng)將起重臂吹動(dòng)自由回轉(zhuǎn)也達(dá)不到限制工作區(qū)域的目的。

為解決單純依靠限位器不可靠的缺陷，可以在塔機(jī)平衡臂兩側(cè)主弦桿拉桿吊點(diǎn)處與頂升套架上部下支座底部連接部位間設(shè)置一根鋼絲繩。在工作狀態(tài)，回轉(zhuǎn)限位器動(dòng)作，起重臂由于慣性繼續(xù)滑行，平衡臂與頂升套架間的鋼絲繩由松弛狀態(tài)緩慢繃緊，能可靠地阻止起重臂的回轉(zhuǎn)；如遇突然停電電器控制不起作用，起重臂慣性滑行和在非工作狀態(tài)吹大風(fēng)使起重臂隨風(fēng)回轉(zhuǎn)，限位鋼絲繩被張緊，均能可靠地阻止起重臂的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，避免與障礙物發(fā)生碰撞。

2 限位裝置的安裝及調(diào)試步驟

（1）將起重臂向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)慢速加點(diǎn)動(dòng)操作）到與障礙物（建筑物或塔機(jī)）有5m距離的方位，此方位為限制起重臂回轉(zhuǎn)的第一極限位置。將鋼絲繩用繩夾分別在平衡臂拉桿吊點(diǎn)和套架頂部主弦桿部位固定，固定時(shí)鋼絲繩盡量用人力張緊，鋼絲繩固定端扎4個(gè)繩夾，繩鞍座在受力繩一側(cè)，將鋼絲繩壓扁1/3。

（2）將起重臂向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到與障礙物的另一側(cè)（建筑物或塔機(jī)）也有5m距離的方位，此方位為限制起重臂回轉(zhuǎn)的第二極限位置。將鋼絲繩用繩夾分別在平衡臂拉桿吊點(diǎn)和套架頂部主弦桿部位固定，固定時(shí)鋼絲繩盡量用人力張緊。鋼絲繩固定端扎4個(gè)繩夾，繩鞍座在受力繩一側(cè)，將鋼絲繩壓扁1/3。

（3）調(diào)整塔機(jī)回轉(zhuǎn)限位器?；剞D(zhuǎn)限位器工作后，起重臂由于慣性力作用還會(huì)繼續(xù)滑行，滑行的距離與回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻力、塔機(jī)安裝垂直度、風(fēng)向、風(fēng)力等因素有關(guān)。塔機(jī)在最大幅度吊起額定起重量，使塔機(jī)起重臂向左向右回轉(zhuǎn)，反復(fù)調(diào)整回轉(zhuǎn)限位裝置多功能限位器行程開關(guān)的螺釘，使起重臂左右回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被限位器斷電自由滑行停止后，慣性滑行角度始終使左右兩側(cè)的鋼絲繩略有下?lián)系惶幱趶埦o狀態(tài)最為理想。

以上步驟完成后，本裝置的安裝、調(diào)試結(jié)束。為保證調(diào)試精度，可專門定購速比為1：20的多功能行程限位器（通常塔機(jī)回轉(zhuǎn)限位器采用1：60的多功能行程限位器）。

使用該種限制塔機(jī)工作區(qū)域的防碰撞裝置，不用在塔機(jī)上下、支座上焊接限位鋼結(jié)構(gòu)件，安裝方便，成本低廉，與塔機(jī)原有的回轉(zhuǎn)限位裝置共同作用，效果理想。近年來，重慶主城區(qū)已有幾個(gè)建筑工地采用和正在采用這種鋼絲繩防碰撞方案，均達(dá)到預(yù)期的效果。

3 方案合規(guī)性及對塔機(jī)結(jié)構(gòu)的影響

（1）《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》6.3.4對回轉(zhuǎn)限位器有如下規(guī)定：塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分在非工作狀態(tài)下應(yīng)能自由回轉(zhuǎn)。采用鋼絲繩限位方案后限制了塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分自由回轉(zhuǎn)，表面上看不符合規(guī)范要求，但可以具體分析該要求的實(shí)質(zhì)。該要求是基于當(dāng)非工作狀態(tài)的風(fēng)力正對著起重臂時(shí)，起重臂和平衡臂的風(fēng)阻力很大，有導(dǎo)致塔身根部折斷和塔機(jī)倒塌的安全隱患而規(guī)定的。在有限位要求的場合，采取降低塔機(jī)獨(dú)立狀態(tài)的安裝高度和附著狀態(tài)塔身的懸伸高度的措施，減小非工作狀態(tài)的風(fēng)載傾覆力矩，從而滿足規(guī)范要求的實(shí)質(zhì)。具體降低多少，由計(jì)算確定。如此，采用限位方案后起重臂不能自由回轉(zhuǎn)的塔機(jī)在非工作狀態(tài)的風(fēng)力作用下，既能保證不與障礙物碰撞，又能保證塔機(jī)的安全。

（2）采取這種限位方案至關(guān)重要的是限位鋼絲繩在運(yùn)動(dòng)和靜止結(jié)構(gòu)件上的設(shè)置位置，要保證既能形成足夠的限位力矩，又不能損傷相關(guān)結(jié)構(gòu)件。鋼絲繩與靜止結(jié)構(gòu)件的錨固點(diǎn)設(shè)置在截面尺寸最大的下支座與套架的連接處。在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，限位鋼絲繩張緊時(shí)能對塔身中心形成最大的限位力矩（力臂最大）；在豎直面，該錨固點(diǎn)與平衡臂的豎向距離小，鋼絲繩與平衡臂軸線的夾角小，鋼絲繩張緊時(shí)的豎向分力小，且鋼絲繩與運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件的錨固點(diǎn)在平衡臂拉桿吊點(diǎn)處，豎向分力由拉桿承受。平衡臂在水平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)慣性矩能充分保證在限位力矩的作用下平衡臂不會(huì)失穩(wěn)。鋼絲繩在靜止結(jié)構(gòu)件上的錨固點(diǎn)選擇在套架頂部和下支座的連接處，該部位結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。鋼絲繩是柔性體，在逐漸張緊過程中對塔機(jī)結(jié)構(gòu)件也有一定的緩沖作用。

4 塔機(jī)使用安全措施

司機(jī)除嚴(yán)格按常規(guī)的塔機(jī)安全操作規(guī)程作業(yè)外，對采用鋼絲繩限制工作區(qū)域的塔機(jī)，還要遵照以下操作要求：

（1）每天正式作業(yè)前，在空載情況下要檢查回轉(zhuǎn)限位器多功能行程開關(guān)是否正常，控制線路有無斷路現(xiàn)象，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器是否能起到制動(dòng)作用。

（2）在操作過程中要有防止起升鋼絲繩和懸吊重物碰撞障礙物的意識，要細(xì)心觀察和體會(huì)當(dāng)回轉(zhuǎn)手柄由工作擋位逐擋減速轉(zhuǎn)換為零擋位時(shí)，起重臂由于慣性繼續(xù)滑行的距離有多少，左右兩個(gè)方向的滑行距離是否合適，在起重臂順著風(fēng)力的風(fēng)向回轉(zhuǎn)，斷電后的滑行距離會(huì)增大多少，這些數(shù)據(jù)將作為回轉(zhuǎn)操作時(shí)回轉(zhuǎn)手柄提前置于零位擋的依據(jù)。

（3）司機(jī)不能有單純依賴回轉(zhuǎn)限位器會(huì)自動(dòng)斷電，而不人為提前停止操作的習(xí)慣。

（4）一般情況下，回轉(zhuǎn)限位器工作后起重臂滑行距離過長，可以連續(xù)點(diǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器。

（5）作業(yè)前應(yīng)經(jīng)常對限位鋼絲繩進(jìn)行檢查。

（6）指揮人員應(yīng)有上崗證，作業(yè)時(shí)與操作人員之間密切配合，通訊信號統(tǒng)一、暢通、清晰、明嘹，指揮和操作使用的對講機(jī)應(yīng)調(diào)為同一頻道。

（7）塔機(jī)的防碰撞區(qū)域禁區(qū)兩個(gè)極限位置設(shè)警示標(biāo)識。

5 限位鋼絲繩受力計(jì)算

塔機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在回轉(zhuǎn)限位器斷電后，由限位器的調(diào)試要求，在無風(fēng)狀態(tài)下限位鋼絲繩并未張緊，可不考慮工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)慣性扭矩。限位鋼絲繩的計(jì)算載荷主要考慮風(fēng)載荷產(chǎn)生的扭矩。工作狀態(tài)風(fēng)壓值小，按非工作狀態(tài)的回轉(zhuǎn)扭矩M進(jìn)行計(jì)算。

非工作狀態(tài)的回轉(zhuǎn)扭矩M按兩種工況分別計(jì)算。工況一，限位鋼絲繩處于張緊狀態(tài)，暴風(fēng)正對塔機(jī)臂架吹，計(jì)算回轉(zhuǎn)平面的風(fēng)載荷產(chǎn)生的力矩。工況二，限位鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，塔機(jī)臂架在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下回轉(zhuǎn)直到限位鋼絲繩張緊而停止，計(jì)算上部結(jié)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)期間的回轉(zhuǎn)慣性力矩。比較兩種工況的力矩，取最大值作為扭矩M。

根據(jù)現(xiàn)場塔機(jī)與障礙物要求的限制方位，分別畫出限制工作區(qū)域平面圖和立面圖。由平面圖上根據(jù)起重臂軸線在兩個(gè)極限位置與套架正方位的夾角，得到限位鋼絲繩張緊時(shí)對回轉(zhuǎn)中心的力臂值B；由立面圖得到限位鋼絲繩張緊后與平衡臂間的豎向夾角α。

查鋼絲繩的承載能力表，取安全系數(shù)n=3.5，使選取的鋼絲繩的最小破斷拉力［P］≥3.5F。

限位鋼絲繩安裝見圖1。

圖1 限位鋼絲繩安裝示意圖