2.4 塔式起重机
2.4.1 塔式起重机的特点、类型及表示方法
塔式起重机是一种具有竖立塔身、吊臂装在塔身顶部的转臂起重机。由于吊臂装于塔身顶部，形成T型工作空间，因而有较大的工作范围和起升高度，其利用幅度比其他起重机高，一般可达全幅度的80%，而普通轮式和履带式起重机则不超过50%，塔式起重机在房屋建筑施工中，尤其是高层建筑中得到广泛应用，用于物料的垂直和水平运输及建筑构件的安装。
1．塔式起重机的特点
（1）工作时一般的起重高度为40～60m，有时可达到100～160m。
（2）工作半径大，塔式起重机要进行旋转作业，活动范围大，一般要在20～80m的旋转半径范围内吊动重物。
（3）应用范围广，塔式起重机能吊装框架和围护结构的结构件还能吊装和运输其他建筑材料等。
（4）塔式起重机多为电力操纵，具有多种工作速度，不仅能使繁重的吊、运、装卸工作实现机械化，而且动作平稳，较为安全可靠。
（5）具有多种作业性能，特别有利于采用多层分段安装作业施工方法。起重构件时，一般不会与已安装好的构件或砌筑物相碰，能充分利用现场构件堆放容易有条理，且比较灵活，还可兼卸进场运送的货物。
（6）塔式起重机在一个施工地点使用时间一般较长，在某一工程结束后需要拆除、转移、搬运，再在新的施工点安装，比一般施工机械麻烦，因而要求也严格，并需敷设行走轨道。
2．塔式起重机的分类
塔式起重机的分类、特点和适用范围见表2-6。
表2-6 塔式起重机的分类、特点及适应范围
3．塔式起重机型号分类及表示方法
塔式起重机型号分类及表示方法见表2-7。
表2-7 塔式起重机型号分类及表示方法（JG/T 5093—1 997）
特别提示
QTK400代表起重力矩为400kN·m的快速安装式塔式起重机。
QTZ800代表起重力矩为800kN·m的上回转自升塔式起重机。
2.4.2 QTZ80塔式起重机
1．塔式起重机的主要工作机构
1）变幅机构
变幅机构和起升机构一样，也是由电动机、减速器、卷筒和制动器等组成的，但其功率和外形尺寸较小，其作用是使用起重臂俯仰以改变工作幅度。为了防止起重臂变幅时失控，在减速器中装有螺杆限速摩擦停止器，或采用蜗轮蜗杆减速器和双制动器。水平式起重臂的变幅是由小车牵引机构来实现的，即电动机通过减速器转动卷筒，使卷筒上的钢丝绳收或放，牵引小车在起臂上往返运行。
2）回转机构
回转机构一般由电动机、减速器、回转支撑装置等组成。一般塔式起重机只装一台回转机构，重型塔式起重机装有2台甚至3台回转机构。电动机采用变极电动机，以获得较好的调速性能。回转支承装置由齿圈、座圈、滚动体（滚球或滚柱）、保持隔离体及连接螺栓组成，由于滚球（柱）排列方式不同可以分为单排式和双排式，由于回转小齿轮和大齿圈啮合方式不同，又可以分为内啮合式和外啮合式。塔式起重机大多采用外啮合双排球式回转支承。
3）起升机构
起升机构是由电动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳和吊装装置等组成的。电动机通电后通过联轴器带动减速器进而带动卷筒转动。电动机正转进，卷筒放出钢丝绳，反转时卷筒回收钢丝绳，通过滑轮组及吊钩把重物提升或下降。起升机构有多种速度，在起吊重物和安装就位时适当放慢，而在空钩时能快速下降。大部分起重机都具有多种起降速度，如采用功率不同的双电动机，主电动机用于荷载作业，副电动机用于空钩高速下降。另一种双电动机驱动是以高速多极电动机和低速多极电动机经过行星传动机构的差动组膈获得多种起升速度。
4）大车行进机构
大车行进机构是起重机在轨道上行进的装置，其构造按行进轮的多少而有所不同。一般轻型塔式起重机有4个行进轮，中型的装置有8个行进轮，而重型的则装有12个甚至16个行进轮。4个行进轮的传动机构设在底架一侧或前方，由电动机带动减速器通过中间传动轴和开式齿轮传动，从而带动行进轮使起重机沿轨道运行。8个行进轮的需要两套行进机构（2个主动台车），而12个行进轮的则需要4套行进机构（4个主动台车）。大车行进机构一般采用蜗轮蜗杆减速器，也有采用圆柱齿轮减速器或摆钱针轮行星减速器的。大车行进机构中一般不设制动器，也有的则在电动机另一端装设摩擦式电磁制动器。
5）液压顶升系统
它主要是靠安装在顶升架内侧的液压油缸和液压系统来完成接高工作。
6）起升绳索组
它由起重卷筒、导轮、起重小车及滑轮组、倍率变换滑轮等组成。
2.QTZ80型塔式起重机主要构造
QTZ80型塔式起重机为上回转、上加节、外套架侧置顶升、水平臂架、一机多用的自升式塔式起重机；其标准臂长25m，出厂臂长30m，也可根据施工需要接成35m、40m、45m、50m等。QTZ80塔式起重机通过更换或增加一些辅助装置，可分别用作轨道式、附着式、内爬式及独立固定式起重机，额定起重力矩800kN· m，如图2.17所示。
图2.17 QTZ80型塔式起重机结构简图
1—起升机构；2—平衡臂；3—平衡臂拉索；4—塔帽；5—起重臂；6—小车牵引机构；7—起重臂拉索；8—起重小车；9—吊钩滑轮；10—回转机构；11—回转支承；12—下支座；13—引进小车；14—平衡重；15—顶升架；16—塔身；17—压重；18—压重；19—底架；20—主动台车；21—附着装置；22—平台；23—液压顶升机构；24—操纵室；25—被动台车；26—电缆卷筒
1）底架（图2.18）
图2.18 底架
1—基础节；2—纵梁；3—横梁；4—夹轨器；5—撑杆
它由基础节1、纵梁2、横梁3、夹轨器4以及撑杆5等组成。
2）塔身标准节（图2.19）
图2.19 塔身标准节
1—立柱；2—横梁；3—垂直扶梯；4—休息平台
塔身标准节为1.8m× 1.8m，每节长2.5m。标准节要求具有互换性，通过顶升机构可将其增加或减少，使塔身达到所需的高度。各标准节均设有垂直扶梯3和休息平台4。
3）顶升套架（图2.20）
图2.20 顶升套架
1—套架；2—平台；3—液压顶升装置
它主要由套架1、平台2及液压顶升装置3组成，套架套在塔身标准节顶端，上部用螺栓与上支承座相连。
4）旋转塔架（图2.21）
图2.21 旋转塔架
1—塔帽；2—司机座；3—平台；4—拉索
它由塔帽1、司机室2及平台3等组成，上端通过拉索4与起重臂、平衡臂相连。
5）臂架
起重臂架是由无缝钢管与槽钢组成的三角形截面。第一节5.4m，其余5m，共有6节、总长30.4m。二下弦杆由槽钢加钢板封焊成矩形结构，作为牵引小车轨道，其上有钢板网走道板，便于安装、检查及维修。臂根部一节与塔身铰接，在该节上放置有小车牵引机构。
6）平衡臂
平衡臂与塔身铰链，上有扶栏和走道板。平衡重根据起重臂长度而定。
7）附着装置
附着装置由4个撑杆和1套环梁等组成。它主要是把塔机与建筑物固定，起依附作用。使用时环梁套在标准节上，四角用8个调节螺栓通过顶块将标准节顶着，如图2.22所示。
图2.22 附着装置
8）上支承座
上部①处用高强螺栓与旋转塔架相连，下部与回转支承的内圈连接，在支座两侧②处，对称地安装两套回转机构。回转机构下部的小齿轮与回转支承处齿圈啮合，如图2.23所示。
图2.23 上支承座
9）下支承座
它的上部连接旋转塔架，下部连接顶升套架的过渡节。上部平面用螺栓与回转支承装置的外齿圈连接，支承上部结构。下部四角平面用高强度螺栓与顶升套架、塔身标准节相连，如图2.24所示。
图2.24 下支承座
3．顶升程序
如图2.25所示，QTZ80型塔式起重机的顶升程序如下。
① 将臂架旋转至引入塔身标准节的方向。
② 调整好顶升套架1与塔身标准节2之间的间隙，一般以3～5mm为宜。
③ 吊起一节标准节放入引进轨道上，然后再吊起一节，并将载重小车运行至离塔中心17～18m处，使塔身两边平衡，即塔身所承受的不平衡力矩接近最小值。
④ 开动油泵操纵手柄，油缸3的活塞杆4伸出并将横梁销子5插入标准节踏步6的销孔中。检查无误后，再拆下下支承座与塔身标准节之间的连接螺栓7，然后开始顶升。当顶升套架被顶升1.25m后（如图2.25所示），用爪8支撑在标准节2的踏步6上，代替油缸横梁支撑顶升套架（如图2.25所示），并缩回活塞杆4（如图2.25所示）。当活塞杆缩回到上一步踏步时，将油缸横梁的销子重新插入销孔中，再次顶升。待活塞杆4再次全部伸出后，用油缸支撑着起重机上部，将标准节9引入。
图2.25 顶升过程示意图
1—爬升套架；2—标准节；3—油缸；4—活塞杆；5—销子；6—标准节踏步；7—连接螺栓；8—爬爪；9—标准节
⑤ 将标准节对正塔身，操纵油缸将标准节徐徐放下，装上和拧紧与塔身连接的螺栓。这样就完成了接一节（2.5m）的全部过程。
⑥ 按以上顺序直至所需高度，再将下支承座与塔身用螺栓连接好，并收回活塞杆。
特别提示
塔式起重机的主要安全装置：起升高度极限位置限制器、起重力矩限制器、最大起重量限制器、幅度限位装置、夹轨器和行走限位装置、风速仪、避雷与防电磁波感应装置、极限力矩联轴器等。
塔式起重机的工作过程的危险性非常高，工作时一定要注意安全。塔式起重机的常见事故：整机倒塌事故、倾覆事故、上部结构坠落事故、钢丝绳断裂塔臂坠落事故、误听指挥信号落钩、吊件坠落伤人事故、违章操作事故等。
案例分析
2002年11月，北京某建筑工地，一台160t·m塔机在顶升作业时，突然发生塔机上部结构下落，砸在上部标准节上，造成平衡臂弯折使配平用标准节坠落的事故。
原因分析：据事故现场调查，该塔机顶升套架上两侧的爬爪支座与套架横梁焊接的底板均已撕裂，造成爬爪上翻，顶升套架失去支撑，而此时顶部标准节已经拆除，回转下支座与塔身之间有2.6mm左右的距离，造成套架连同上部结构一起下落。
2.4.3 塔式起重机的选用
1．建筑物主体结构工程施工选用塔式起重机应考虑的几个主要问题
使用轨行式塔式起重机，就应考虑到轨道中心至建筑外墙之间的距离，一般控制在4.5～6.5m；使用外附自升塔式起重机时，应考虑被附着的框架节点的承载能力；若使用内爬式塔式起重机，则应考虑建筑结构支承塔式起重机后的强度和稳定性。
塔式起重机的吊高，应是施工过程的最大吊装高度；作业回转半径，应是施工过程中要求的最远的安装距离。
在同一施工现场使用多台塔式起重机同时作业时，应考虑有没有障碍物，塔式起重机的起重臂是否会出现碰撞，平衡臂是否有可靠的安全措施。
2．塔式起重机的选择
选择原则：根据所需最大起升高度选择塔式起重机的类型；根据所需吊运的不同距离和不同起重量来确定起重机的型号。简而言之，塔式起重机要满足起重力矩、幅度、起重量和起升高度的要求。
1）幅度
选择幅度应考虑起重机的最大幅度。即塔式起重机旋转中心到吊钩中心最远的水平距离，如图2.26所示。常用下式计算
Rmax =A+B+ΔL
图2.26 塔式起重机的幅度确定
式中A——安全操作距离；
B——建筑物的全宽；
ΔL——为便于安装就位所需裕量，常取1.5～2m。
轨道式塔式机安全操作距离A，取自轨道中心至建筑凸出部分外墙之间的距离。若施工中要搭设外脚手架，应取轨道中心至外脚手架边线的距离，并另加0.7～1m的安全裕量。
采用附着式塔式机进行高层建筑施工时，塔机的最大幅度应满足
当采用内爬式塔式塔机进行高层建筑施工时，塔机的最大幅度应满足
2）起重量及起重力矩
选用塔机进行吊装施工时，首先应检查最大幅度起重量是否满足要求，即最大幅度起重量应大于构件重量及吊具重量的总和并留有一定的裕量。
3）起升高度
在吊装大板建筑时，安装最高一层墙板或大模板所必需的起升高度可按下式计算
H=H1+H2+H3+H4
式中H——塔机所需要最大起吊高度；
H1——建筑物总高度；
H2——建筑物顶层人员安全生产所需高度，一般取2m；
H3——构件高度，对预制壁板，可取3m，对大模板，可取3.5m或实长；
H ——吊索高度，一般取2m。
2.4.4 塔式起重机的使用
塔式起重机使用前，必须严格执行《建筑机械试验规程》规定进行试验。具体操作要求如下。
（1）塔式起重机的操作者和指挥者必须身体健康，经专业培训、考试合格后，持证上岗，严禁无证开机。
（2）作业前应检查塔式起重机的安全附件、各种安全装置是否齐全有效，并进行试运转，确认安全后，方可投入使用。
（3）操作人员工作时精力要集中，不做与本职无关的事，严禁闲人上机。
（4）行走塔式起重机上机前应清除轨道上的障碍物，收直起夹轨钳，塔式起重机在走进端部时应提前减速。
（5）重物时，要先试吊，做到慢慢起钩，重物离地面50cm时稍停，待重物稳定后再继续起升，中途停电或人员离岗，各控制器应转到零位、拉闸、锁箱。
（6）起重臂改变仰角时，必须空载进行变幅或做其他动作，严禁快速回转。
（7）塔式起重机在遇有6级以上大风或暴雨时应暂停使用，大风雨过后应全面检查（轨道和塔机），确认安全后方可作业；两台塔式起重机靠近作业时，应保持安全距离，吊臂不能安装在同一高度。
（8）运行中发现异常，应停机检修，检修时应拉闸、锁箱并挂设“有人工作，禁止合闸”警示标志或设监护人，行走塔吊应锁好轨钳。
（9）塔式起重机的操作者和指挥者必须熟悉 GB 5082—85《起重吊运指挥信号》，操作者必须服从指挥，并坚持“十不吊”原则，上、下吊物时均应鸣铃示警。
（10）夜间作业，工作场所应有足够的照明，视线清楚。
（11）作业完毕，吊钩升到距离起重臂2～3米位置，塔式起重机停放在轨道中部，起重臂平行于轨道方向，锁紧夹轨钳，所有控制器转到零位，切断电源，锁好开锁箱。
（12）严格执行交接班制度，并做好本机的用、停用、维修和保养的记录。
知识链接
《塔式起重机安全规程》（GB 5144—2006）的主要内容如下。
（1）主题内容与适用范围。本标准规定了塔式起重机在设计、制造、安装、使用、维修、检验等方面应遵守的安全技术要求。
（2）引用标准。引用了塔式起重机在设计、制造、安装、使用、维修、检验等相关方面的各种标准。
（3）整机。该部分要求塔机的工作条件应符合 GB/T 9462—1999中的规定。
（4）结构。该部分对塔式起重机的材料、连接、附属设施等作了相关规定。
（5）机构与零部件。该部分对塔式起重机的机构及零部件（钢丝绳、吊钩、卷筒、滑轮、制动器、车轮）的相关要求作了规定。
（6）安全装置。该部分对塔式起重机的安全装置（起重量限制器、起重力矩限制器、行程限位装置、幅度限位装置、小车断绳保护装置、小车断轴保护装置、钢丝绳防脱装置滑轮、起升卷筒、钢丝绳防脱装置、风速仪、夹轨器、缓冲器等）作了相关规定。
（7）操纵系统。该部分对塔式起重机的操作系统作了相关规定。
（8）电气系统。该部分对塔式起重机的电气系统作了相关规定（接地问题、防震等）。
（9）液压系统。该部分对塔式起重机的液压系统作了相关规定，包括液压系统应有防止过载和液压冲击的安全装置、顶升液压缸应具有可靠的平衡阀或液压锁。
（10）安装与试验。该部分规定塔式起重机在安装、拆缸及塔身加节或降节作业时，应按使用说明书中有关规定及注意事项进行。
（11）操作使用。该部分规定了塔式起重机操作司机及信号员必须满足的相关条件。