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塔式起重機(jī)(towercrane)簡(jiǎn)稱塔機(jī),亦稱塔吊,起源于西歐。動(dòng)臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大,主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。
未來5年左右的時(shí)間,通過行業(yè)加速洗牌,汰劣存優(yōu),以及生產(chǎn)制造現(xiàn)代化水平的不斷提高,行業(yè)集中度會(huì)不斷提高。
塔機(jī)產(chǎn)品未來的發(fā)展趨勢(shì)
自上世紀(jì)80年代引進(jìn)國(guó)外塔機(jī)技術(shù)生產(chǎn)塔機(jī)至今快30年。30年來中國(guó)塔機(jī)制造有了很大發(fā)展,但塔機(jī)的技術(shù)水平改進(jìn)不大。隨著科學(xué)的發(fā)展和時(shí)代***,塔機(jī)產(chǎn)品也會(huì)不斷改進(jìn)。
未來塔機(jī)產(chǎn)品的變化有三個(gè)方面趨勢(shì):一是中型塔機(jī)(63t.m~500t.m)平頭化趨勢(shì)、大型塔機(jī)(600t.m以上)動(dòng)臂化;二是塔機(jī)三大機(jī)構(gòu)技術(shù)性能會(huì)不斷改進(jìn),特別是起升機(jī)構(gòu)的性能會(huì)不斷提高;三是數(shù)字技術(shù)在塔機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)不斷普及。
中型塔機(jī)平頭化、大型塔機(jī)動(dòng)臂化趨勢(shì)
(1)中型塔機(jī)平頭化的優(yōu)勢(shì)。中型塔機(jī)平頭化的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在制造和使用兩個(gè)方面。
a.生產(chǎn)制造優(yōu)勢(shì)。平頭塔機(jī)制造可更大程度實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn),可促進(jìn)企業(yè)提高工藝裝備和生產(chǎn)手段的現(xiàn)代化,而工藝裝備和生產(chǎn)手段的現(xiàn)代化,可提高生產(chǎn)效率,提高制造精度,降低生產(chǎn)成本。
b.使用優(yōu)勢(shì)。一是平頭塔機(jī)的模塊化結(jié)構(gòu),在安裝和拆除時(shí),可***大程度的減小起重設(shè)備的噸位,與錘頭型塔機(jī)相比,安裝和拆除的安全性更高。二是今后工程項(xiàng)目的規(guī)模和體量越來越大,群塔作業(yè)的密度會(huì)越來越大,平頭塔機(jī)作業(yè)的相互干涉要優(yōu)于錘頭型塔機(jī)。
除以上的優(yōu)勢(shì),平頭塔機(jī)在不同的作業(yè)半徑時(shí),起重臂上下弦桿的受力方向是一致的,而錘頭型塔機(jī)起重臂為超靜定結(jié)構(gòu),因拉桿的作用,塔機(jī)在不同的作業(yè)半徑時(shí),起重臂上下弦桿的受力是改變的。這也是平頭塔機(jī)的一大優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該說,中型塔機(jī)平頭化是技術(shù)***和時(shí)代***的必然趨勢(shì)。
(2)大型塔機(jī)采取動(dòng)臂化優(yōu)勢(shì)。
a.動(dòng)臂式塔機(jī)在作業(yè)時(shí),起重臂不產(chǎn)生附加力矩(水平臂塔機(jī)在作業(yè)時(shí),除塔機(jī)額定力矩外,因起重臂自重產(chǎn)生的向下沖擊力會(huì)對(duì)塔機(jī)產(chǎn)生一個(gè)額外的力矩,特別是大型水平臂塔機(jī)的起重臂重量大,此附加力矩一般遠(yuǎn)大于塔機(jī)的額定起升力矩。這對(duì)塔機(jī)的塔身是很不利的)。而動(dòng)臂式塔機(jī)變幅作業(yè)時(shí)是改變起重臂角度,起重臂在理論上主要承受壓力,因此,其起重臂和塔身截面,都可相對(duì)較小。
b.平衡臂較短。由于動(dòng)臂塔機(jī)的變幅是改變起重臂角度的,起重臂不產(chǎn)生額外的附加力矩,因此塔機(jī)的平衡臂可以做得相對(duì)較短。對(duì)于超高建筑的群塔作業(yè),動(dòng)臂塔機(jī)這一優(yōu)勢(shì)是水平衡臂塔機(jī)不可替代的。
c.動(dòng)臂塔機(jī)的“舉高性”。動(dòng)臂塔機(jī)變幅的舉高性,使塔機(jī)安裝高度相對(duì)較低,同時(shí)可***大限度減少對(duì)施工場(chǎng)地區(qū)域外空間的侵占。
當(dāng)然,動(dòng)臂塔機(jī)也存在變幅能量消耗較大等缺點(diǎn)。
塔機(jī)三大機(jī)構(gòu)的技術(shù)性能會(huì)不斷提高
塔機(jī)的三大機(jī)構(gòu)(起升、回轉(zhuǎn)、變幅),特別是起升機(jī)構(gòu)的性能,對(duì)塔機(jī)總的性能至關(guān)重要。但目前我國(guó)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu),技術(shù)水平和性能差距較大,水平較高的有采用德國(guó)“弗蘭德”直交圓柱齒輪減速器的LVF變頻起升機(jī)構(gòu),波坦MC320塔機(jī)一字型機(jī)構(gòu)等。但采用技術(shù)落后的起升機(jī)所占比例似乎更大。如波坦F0系列的RCS起升機(jī)構(gòu),以及利勃海爾早期的π型起升機(jī)構(gòu)。這兩種機(jī)構(gòu)都是上世紀(jì)60年的技術(shù),前者的缺點(diǎn)是能耗大,特別是四、五檔調(diào)速相互切換時(shí),兩個(gè)電機(jī)之間會(huì)產(chǎn)生很大的制動(dòng)力矩和機(jī)械沖擊,同時(shí)四、五檔的切換時(shí)是在額定電流下進(jìn)行,造成電流沖擊很大,而后者的缺點(diǎn)是減速器的輸入軸和輸出軸是平行的,客觀上造成電機(jī)與鋼繩卷筒相互干涉,卷筒直徑受到限制,造成起升鋼絲繩的排繩不齊,鋼絲繩早期磨損和使用壽命短。同時(shí),π型起升機(jī)構(gòu)使用的減速器傳遞效率較低,雖然有的采用中硬齒面齒輪,但其型式相對(duì)能耗還是較大。
從技術(shù)和使用兩個(gè)方面來說,中型和中大型(150t.m~500t.m)塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用直交圓柱齒輪減速器,L型布置,變頻調(diào)速。這將成為今后的變化趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)減速器廠,如國(guó)茂、博能、杰牌等廠家的減速器,在技術(shù)上基本能滿足中型塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)配置的需要,如能加大應(yīng)用,在客觀上會(huì)促進(jìn)這些企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)水平和品質(zhì)的提高。
數(shù)字技術(shù)在塔機(jī)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用會(huì)不斷普及
當(dāng)前,數(shù)字技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)都得到廣泛運(yùn)用,但在塔機(jī)產(chǎn)品上的運(yùn)用未得到更完整體現(xiàn),特別是塔機(jī)各部位的限位裝置,幾乎都還是機(jī)械式的。近兩年也有一些廠家制作一些電子產(chǎn)品,但這些產(chǎn)品的功能繁多,除滿足塔機(jī)的基本控制及防碰撞,
還具有GPS定位,以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能,更重要的是產(chǎn)品價(jià)格太高,所以不能得到普及。
數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于塔機(jī)控制系統(tǒng),主要是對(duì)力矩限位、起重量限位、起升限位、回轉(zhuǎn)限位、變幅限位等實(shí)現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控。其原理是采用傳感器、接近開關(guān)采集信息,通過放大器及模擬、數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換),單片計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過開關(guān)量輸入、輸出轉(zhuǎn)換(I/O轉(zhuǎn)換),對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。如果按以上控制原理,一臺(tái)中型塔機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng),其成本應(yīng)在5000元以內(nèi),較容易被用戶接受,也極易推廣和普及。但是,塔機(jī)的性能會(huì)得到本質(zhì)上的提升。
數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于塔機(jī)控制系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì):一是塔機(jī)的各個(gè)限位控制精度極大提高。二是操作人員對(duì)塔機(jī)作業(yè)可做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。三是具有“容錯(cuò)”和“互鎖”功能,如塔機(jī)在頂升時(shí)可避免誤操作。四、具有群塔作業(yè)的防碰撞功能??傊?shù)字技術(shù)應(yīng)用于塔機(jī)控制系統(tǒng),能使塔機(jī)的智能化水平有一個(gè)質(zhì)的提高,塔機(jī)的安全性也會(huì)極大提高。
塔機(jī)是一種非緊湊型設(shè)備,其自身的技術(shù)性也不是很高。今后在技術(shù)上要有所改進(jìn)和突破的方面,一是電機(jī)功率在55KW以上的變頻起升機(jī)構(gòu),應(yīng)實(shí)現(xiàn)電流的二次逆變,即起升機(jī)構(gòu)下降,電機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)向電網(wǎng)反饋電流,達(dá)到節(jié)約能源目的。但這很大程度在于制造和使用兩方面觀念的改變。再就是塔機(jī)智能化水平的提高,而智能化水平提高,就要加大對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用。再就是塔機(jī)智能化水平的提高,而智能化水平提高,就要加大對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用。
未來的20多年仍是塔機(jī)制造業(yè)的黃金發(fā)展期。但是,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)愈加激烈。有一定規(guī)模和實(shí)力的企業(yè),應(yīng)提高創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,特別是要不斷提高生產(chǎn)制造現(xiàn)代化水平,增強(qiáng)企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力,并引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。