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塔式起重机购买和租赁过程中的注意事项


 

山东建筑大学(山东富友公司)    王积永

1、引言

    塔式起重机是建筑施工的主要设备,目前在国内大约有320家塔机生产厂,塔机年产量已达两万余台,大大改善了施工条件,提高了施工效率。但令人可恼的是,在塔机使用过程中,机毁人亡的事故时有发生,这使人不得不对塔机技术、生产及市场进行重新审视。
    几年来,由于房地产行业欣欣向荣,塔机市场形势火爆,一些企业家看好市场纷纷上马,形成目前市场上激烈的竞争。在这激烈竞争的过程中,一些后起的塔式起重机生产厂为了抢占市场采用低价倾销政策,引发了塔式起重机商战的价格竞争战。俗话说:“从南京到北京,买的不如卖的精。”自古就没有赔钱的买卖,企业要生存就必须保证一定的利润,如果价格低到一定程度,他们便不得不在降低产品品质上作文章,造成塔机产品质量的下降,增加了塔式起重机的使用危险,出现了塔式起重机行业的“腥风血雨”。
    塔式起重机产品作为特种设备与一般产品不同,涉及人们的生命财产,因而安全性是第一位的。我们使用者要有一个清楚的认识。在塔式起重机的购买和租赁过程中,对所购买、租赁的塔式起重机性能应该有充分的了解,买好、用好塔式起重机。为此今天我在这里就塔式起重机的性能、结构及使用过程的主意事项进行一下简单的介绍,为大家在塔式起重机的购买、使用过程中提供参考。

2、塔式起重机的性能

2.1利用等级,工作级别
    塔式起重机属间歇工作的机器,具有短暂而重复工作的特征。工作时各机构时开时停,时而正转,时而反转。有的起重机日夜三班工作,有的只工作一班,有的甚至一天只工作几次。这种工作状况表明:塔机及其机构的工作繁忙程度不同即不同塔式起重机的利用等级不同。同时作用于塔机上的载荷也是变化的,有的塔机是经常满载的,有的经常轻载,其负载情况很差异很大,也就是说不同塔式起重机载荷状态差异很大。不同的利用等级和载荷状态就决定了塔式起重机的工作级别不同。塔机的这种工作特点,在设计塔机零部件、金属结构和确定起重机动力功率时都必须予以考虑。塔机的工作级别划分既是设计人员进行设计的依据,也应是用户采购和租赁塔式起重机的参考依据。塔式起重机的工作级别与塔式起重机成本息息相关。塔式起重机购买和租赁时,要知道塔式起重机的用途如建筑用、安装用,使用的时间及繁忙程度等,才能选择适合工作需要且价廉物美的塔式起重机。
 
2.2 塔式起重机产品型号标示
    目前,我国建筑用塔式起重机参数,一般参照JG/T5037-1993《塔式起重机分类》标准进行分类,其工作参数不得低于标准要求。塔式起重机性能参数的好坏直接影响塔式起重机生产成本,性能越好成本越高,当然销售价格和租赁成本越高。影响较大的主要参数有:额定力距、最大工作幅度、最大幅度起重量,最大起重量,独立和附着工作高度,工作速度等。
    我国起重机的型号编制是以额定力矩为主要参数来进行定义的,以QTZ80为例说明如下:
QTZ80,其中QTZ代表自升式塔式起重机,80为公称起重力矩800kN·m(基本臂和相应额定起重量的积)除以10。然而,由于进口塔式起重机的影响,市场上又有一种新型的型号标识方法,把最大臂长(m)与臂端(最大幅度)处所能吊起的额定重量(kN)两个主要参数来标记塔机的型号,如QTZ80标识为TC6010、TC5513。这种标记方法虽然不符合我们国家标准,但是却很直观地反映了塔机的起重性能,目前使用的较多。在塔式起重机购买时和选用时,应该了解两种表示的关系,对其起重力矩曲线进行认真比较。我公司设计、生产的QTZ80可以实现三种臂长,三种臂长条件下的公称力矩见表1:
表1
参数名称
参数值
安装臂长(m)
50
55
60
臂端吊载(kN)
15.6
12.55
10
35m处起重量(kN)
25.71
24.28
22.85
公称起重力矩(kN.m)
900
850
800
由上表可以看出吊臂长度和公称起重力矩的关系。而我们国家标准是按公称起重力矩(kN.m)命名的,目前市面出现的TC3524、TC4020、TC4516、TC5014、TC5015、TC5312、TC5610、TC5513、TC5612、TC6010塔式起重机的等都在宣称为QTZ80塔机,其生产成本和购买价格却是差别很大。掌握了这一点,就不至于被同种型号不同的编号所迷惑,从而作出科学的选择。

3、塔式起重机的主要构成

    塔式起重机可以分为三大部分:金属结构部分、机构部分、控制部分。这三大部分在塔机制作成本中所占比例大致为:60%、30%、10%。
3.1 金属结构
    起重机的金属结构是起重机的骨架。它的作用是承受起重机的自重以及在作业时的各种不同的外载荷,由吊臂、平衡臂、塔帽、转台、塔身和底架(行走式塔机还包括车架大梁、门架、支腿横梁等)等部件组成。起重机的各工作机构的零部件都是安装或支承在这些金属结构上的,改部分的选材和结构是否合理与塔式起重机的安全息息相关。该部分的成本不仅与起重机的性能参数有关,而且还与各部件的结构形式以及选用的材料密切相关。
    3.1.1 主要结构形式
    塔式起重机的主要结构形式是确定塔式起重机成本高低的主要因素之一,同样参数的塔式起重机采用以上不同的结构形式,在同样载荷的作用下,塔机的金属结构所承受的内力也是不同的,所采用的材料大小自然不同,其生产成本也将会有很大的差别,但不同的结构形式各有所长,适合不同的工程需要,它们都广泛应用于世,有着旺盛的生命力。只有了解它们的特点,受力情况和成本情况,才能正确地购买和使用塔式起重机。
    影响塔式起重机成本较大的主要结构为:塔式起重机上部结构、塔身及底架系统。但由于时间有限本次只介绍塔式起重机上部结构形式。
    塔式起重机上部结构主要是指吊臂、塔帽及平衡臂的结构组合形式,常见典型结构形式有:
    1)  悬臂结构(平头塔式起重机)

受   力:平头塔机的起重臂、平衡臂都属于悬臂静定结构,力学模型单一,计算简单。在同样载荷作用下内力较大。
钢结构用量:由于为悬臂受力,故与其它结构形式相比费材料。
制   造:无塔帽、拉杆等结构制造简单。
安装与拆卸:安装高度要求低,降低了安装拆卸时对起重设备的要求,节省拆装费用和时间,并容易进行空中拆卸;适合群塔交叉作业;适用于对高度有特殊要求的场合。
2)  片式塔帽、静定悬臂结构平衡臂,单吊点静定结构吊臂结构

受   力:比平头塔机受力分析要复杂,但仍然是静定结构,增加了起重臂拉杆、平衡臂拉杆及片式塔帽,改变了起重臂和平衡臂受力。
钢结构用量:静定结构比平头省材料;但比双吊点费。
制   造:片式塔帽结构比固定式塔帽简单,平衡臂是空间桁架式制造比固定式的平衡臂复杂;
安装与拆卸:安装高度要求高;安装与拆卸比平头复杂。
3)  片式塔帽、静定悬臂结构平衡臂,双吊点一次超静定吊臂结构

受   力:起重臂为一次超静定结构受力比单吊点复杂。
钢结构用量:吊臂为一次超静定结构,最省材料。
制   造:片式塔帽结构比固定式塔帽简单,平衡臂是空间桁架式制造比固定式的平衡臂复杂;双吊结构要求两根拉杆长度加工精度高。
安装与拆卸:安装高度要求高;安装与拆卸比平头复杂。
4)  固定塔帽、静定外伸结构平衡臂、单吊点静定结构吊臂结构

受   力:比平头塔机要复杂,比双吊点简单。
钢结构用量:比平头省材料;但比双吊点费。
制   造:固定式塔帽制造复杂;平衡臂为平面结构制造简单;
安装与拆卸:安装高度要求高;安装与拆卸比平头复杂。
5)  固定塔帽、静定外伸结构平衡臂、双吊点一次超静定吊臂结构

受   力:起重臂为一次超静定结构受力比单吊点复杂。
钢结构用量:为一次超静定结构,最省材料。
制   造:固定式塔帽制造复杂;平衡臂为平面结构制造简单。
安装与拆卸:安装高度要求高;安装与拆卸比平头复杂。
    3.1.2 局部结构
    随着现代化分析技术、检测技术的发展和我国人民对塔式起重机安全性的重视程度的增加,塔式起重机主要结构的受力分析技术已基本成熟。我国几个大的设计单位出具的设计图都可以达到国标要求,满足工程的需要。但塔式起重机的很多局部结构由于设计计算工作量巨大,人们的重视不够,计算分析不够完整,有时分析模型与实际情况不符、计算不够准确,在使用当中时有事故发生,应该引起我们的重视。
    下面举例说明几个值得我们注意的局部结构:
1、  塔式起重机塔身标准节连接套处

    加强板1:将连接套与主肢焊接处的受力状态由多向应力状态变为单向应力状态,使其受力大大改善,减少连接套对主肢的附加弯矩,明显提高抗疲劳性能。
    加强板2:能够增强主肢端部的刚性,减少主肢端部的变形对受力的影响。
    连接套结构:连接套有小尾巴结构将截面突变改为截面渐变,减少了应力集中,提高抗疲劳性能。
2、  耳板与管焊接处

    在耳板与管上都开槽来进行焊接(我们称为插接式),将两个构件的危险断面错开,减少截面突变,改善受力性能提高抗疲劳性能。
3、  踏步与主肢焊接处

    单角钢式和扣方或方管结构,踏步焊接处设有加强板,有加强板后大大增强了主肢抵抗附加弯矩能力,防止主肢局部受力发生过大变形。
    3.1.3材料
    钢结构部分所采用钢材大致有以下几种:型材、板材、管材及棒料。在设计选取材料时往往按国标规定重要受力结构件采用以下几种材质:Q235B、Q345B、20#、45#、40Cr,非重要受力件采用:Q235A、Q345A、Q215等等,不同材质的钢材在价格方面有多大差别呢?请看表2:
表2
      名称
材质
型材
板材
管材
圆钢
Q235
A
B
 
D
Q345
1.05A
1.05B
 
 
Q215(焊管)
 
 
C
 
20(无缝管)
 
 
1.25~1.5C
 
45(调质)
 
 
 
1.3D
40Cr(调质)
 
 
 
1.3D
    在塔机钢结构中型材与管材所占的比例最大。从以上表格中可以看出:型材材质中Q235与Q345价格差额为5%左右;焊管与无缝管最高差额能达到50%;圆钢普钢与45、40Cr差额为30%。在利益的驱使下部分塔式起重机生产单位,无视国家标准,用Q235A、Q345A、Q215代替Q235B、Q345B、20#、45#、40Cr,在大大降低成本同时也大大降低了产品的可靠性,这是我们使用单位和购买单位应该注意的事项。某厂选用的起升机构的轴承座采用了HT150,违反GB/T13752塔式起重机设计规范规定,在上海市造成塔式起重机事故,死亡一人。
 
    3.1.4 型式试验报告、设计计算书及使用说明书
    塔机制造许可证的设计开发环节包括设计输入、设计输出、设计评审及设计确认,是一个非常完整的设计和开发质量控制程序,其中设计评审和设计确认是确保塔式起重机设计质量的重要且不可或缺的环节。目前,我国制造许可证的管理只对该厂最大型号塔式起重机进行评审,覆盖塔式起重机控制不够严格,很多企业主为节省经费盗用技术图样进行生产,盗用技术图样是否已经更改无从考查,有些生产厂的技术人员却无知无畏,本无设计计算能力却进行了很多设计更改,且不作型式实验,造成了许多事故隐患。为此,我们购买者应该对其产品进行调查,查看其产品的计算书、型式实验报告、使用说明书是否齐全完整,产品的结构、材料、参数与其计算书、型式实验报告、使用说明书是否统一。
3.2 工作机构
    工作机构是为了实现起重工作要求,根据不同的运动要求而设置的。一般设有起升机构、变幅机构、回转机构、顶升机构和行走机构。工作机构是塔式起重机进行工作的心脏,其性能和质量好坏直接反映塔机的性能好坏。在整机工作参数相同的情况下,产品性能好坏的很大程度取决于三大机构工作性能,也很大程度影响产品的成本。下面就分别谈谈三大机构。
    3.2.1 起升机构
    起升机构是三大机构中功率最大的机构,主要由电机、减速机、制动器、机架等构成。我们应该逐一考查:
    3.2.1.1电机
    采用电机的种类和好坏决定塔式起重机的起升性能,目前,广泛采用的起升电机有:多速电机、绕线电机,变频电机。其性能和价格都是逐一升高的,同一种类型不同厂家生产的工艺不同,其品质和价格差别也很大。
    多速电机:通过变换电机极数改变速度,在起制动和换挡时有较大的机械冲击,启制动不平稳。
    绕线电机:启动电流小,转矩大,功率因数高,可以平滑稳定的启动。调速范围较广;低速时靠转子线圈串接电阻实现,即能耗制动,不利于节能。
    变频电机:可以实现无级调速,零速制动平滑无冲击,提高了塔机的运行效率;大功率电动机重载下降时对电网的冲击大,影响电网供电质量;价格较贵。
    直流电机:调速性能优良,价格昂贵。
    液压起升机构:为发展趋势,在节能、运行稳定和成本方面有较大的优势,但是对高温敏感,不易维护。
    3.2.1.2减速机
    减速机多采用多级圆柱齿轮减速机,但由于市场竞争非常激烈,不同企业的经营理念不相同,采用的生产的工艺不同,其品质和价格差别很大。根据我的了解,某些减速机厂为了迎合市场低价的需要,齿轮根本不作热处理和表面处理,这样一来,产品的性能根本得不到保证,寿命大大降低,很快就出现噪音很大的情况。
    3.2.1.3制动器
    制动器的可靠性直接影响塔式起重机的安全性能,选用的厂家值得关注。
    3.2.1.4机架
    机架同塔式起重机金属结构类似,主要是结构形式和选材是否合理。
    3.2.2. 回转机构
    回转机构是起重机惯性冲击最严重的传动机构之一。主要由电机、减速总成、液力偶合器等构成。
    3.2.2.1电机
    采用电机的种类和好坏决定塔式起重机的回转惯性力,目前,广泛采用的起升电机有:鼠笼式电机、绕线电机,变频电机。绕线电机采用绕线式串电阻调速方式,这种方式起动特性较软,冲击较小,但价格也相应高一些。比较先进的是变频无级调速电机,它起动冲击很小有,但成本高,价格较贵。
    3.2.2.2减速机总成
    减速器总成是回转机构的关键组成部分。有蜗轮蜗杆传动方式,目前已很少使用;摆线针轮减速器,由于受不了较大的弯矩和扭矩冲击也在逐渐退出;现在大塔机多采用行星齿轮减速器,小塔机有的还采用摆线针式;还有采用力矩电机带有涡流调速器和电磁制动器的回转机构,利用力矩电机机械特性软和变压、变涡流调速的特性,可实现机构起动和就位平稳无冲击。
    3.2.2.3液力偶合器
    液力偶合器的可靠性直接影响塔式起重机的性能,选用的厂家值得关注。
    3.2.3 变幅机构
    小车变幅机构是影响重物就位准确性的一个机构,它的惯性冲击要比回转机构低一些,对塔式起重机的受力影响较小。
    目前大塔一般是用双速或三速电机,小塔机用的是单速电机,先进的则是变频无极调速电机,价格当然高一些,却是发展趋势。
    目前,我国塔式起重机生产厂的工作机构一般采用外购,而目前我国生产塔式起重机专用机构的厂家很多,其技术性能参数相仿,其质量和价格差异很大。考查塔式起重机采用的机构来源对塔式起重机采购和使用是非常重要的。质量好价格较高的厂家有石家庄科一重工、江苏江特、潍坊汇奇及石家庄生建等。
4 电控系统
    塔式起重机的控制系统包括操纵装置、电气控制装置和安全装置以实现各机构的起动、调速、改向、制动和停止。在塔式起重机使用过程中,电气的故障是发生最多的故障,购买和租用塔机时,我们首先要看看它的电控系统。
    4.1电气原件
    电器元件的质量和可靠性直接影响着塔机的维修率,电控系统中交流接触器占据了最大的比例。就目前国内生产塔式起重机的厂家对于其电器部分选择有以下几种:ABB、施耐德、西门子、天水、正泰等。前三种为一个质量和价格等次,后两种分别为一个质量价格等次。
    4.2操作方式
    操作方式大致分为:(1)转换开关,(2)联动控制台,(3)PLC控制,(4)工业摇控器。实际第一种已属于淘汰之列,较多应用的是联动控制和PLC控制,工业摇控器在我国塔机的应用上其可靠性还不能确定,目前应用很少。
    4.3安全装置
    我国塔机标准规定:塔式起重机都应装有起重力矩限制器、起重量限制器、起升高度限制器、幅度限制器、回转限制器等。最新的标准将要求塔式起重机安装塔式起重机黑匣子。
    目前,塔式起重机生产厂一般不自制安全装置,通常进行采购,而安全装置生产企业的规模差别很大。在购买塔机时,应考查这些装置是否专业厂家制造,要特别注意检查其可靠性。看看是否有防小车牵引绳断绳装置,小车防断轴下坠装置等。
    黑匣子可以使司机从显示器上很直观地看到当前塔机的工作状态,如力矩大小、起重量、幅度多大、起升高度、回转角度等,这样可以随时掌握塔机运行情况,防止许多潜在危险,并能够记录这些数据。
塔式起重机防倾翻检测仪,该仪器通过检测塔身倾角的状态达到塔机安全检查的目的,通过报警机制提醒人们检查塔机存在的隐患,对预防塔机倾翻具有重要的意义
 
5 塔式起重机组合设计
    组合设计是指将系列产品进行分组,组内不同产品或同一产品结构件可以实现一定程度的互换组合,形成一个全新的塔式起重机。关于塔式起重机吊臂变臂功能便是一个特例,我们都已经很熟悉而且应用很好,对于使用单位或租赁单位,是一个非常好的功能。随着组合设计技术在塔式起重机行业的发展已经应用到不同产品,很多结构件的组合设计如塔身底架系统等等。由于塔式起重机使用的工程经常变化,使用要求不同,各种塔式起重机使用的时间并不是完全同步的,可以通过不同型号的部件组合,以较小的成本完成多种施工要求的施工任务,提高了塔式起重机实际施工利用率。
    下面介绍几个典型应用:
    5.1塔身标准节组合
    同组内产品的标准可以组合,一方面小塔标准节储备不足,可调用闲置的同组内大塔标准节,减少物资闲置;另一方面可将大塔标准节用作小塔基础节,提高小塔独立高度,满足特殊工程的需要。如TC7040的标准节可作TC7030的标准节,7030独立高度可由原48米提高为66米,若TC6018使用TC7030的标准节独立高度可达到80米等;若独立高度还不够可捆绑使用在有些特殊建筑。如电厂用凉水塔,其内部不允许附着,可采用主塔身加四个附助塔身的工作方式来满足。如下图所示我们为某电厂设计的捆绑式QTZ80独立高度可达96.7米。
 
    5.2底架系统的组合
    目前,我国大车行走塔式起重机尽管应用较少,但时而有用户需要,多种机型购置塔式起重机行走系统,会形成大量的行走机构闲置,造成浪费。同组几种产品配置一台或两台大车行走机构共几种产品的多台塔式起重机使用,既可以满足需要,也不会造成浪费。
 
    综上所述要选购或租用塔式起重机时,首先要看生产厂家的生产、安装资质(原件),所购塔式起重机的型式实验报告(原件)、计算说明书、产品图样,检查几种材料是否齐全、完整、统一;所生产的塔式起重机的结构形式,性能参数是否符合我们的要求。其次是了解质量情况,最好要到生产现场去考察,看一下他的生产工艺,是不是符合要求,主要考察1、焊接质量;2、配套机构质量;3、电控系统;4、原材料材质;5产品的生产工艺及组合能力。再次,了解售后服务方面,搞清楚保修期限,保修内容。最后考虑产品价格,同样的质量(包括配套件、售后服务等因素)比价格,不同质量的产品价格比无从谈起。

 

来源:山东建筑大学(山东富友公司)  作者:王积永  日期:2008/6/11   
 

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