起重装置的零部件与卷扬机

第6章　起重机械

起重机械是建筑工程中重要的机械设备之一。它广泛用于建筑结构安装、设备安装等工程中，它对减轻体力劳动强度、提高劳动生产率、加快施工进度起着重要的作用。

6.1　起重装置的零部件与卷扬机

6.1.1　钢丝绳

钢丝绳是起重机械应用最广泛的挠性牵引件。它用于起升机构、变幅机构、牵引机构，有时还用于旋转机构，以及用作桅杆起重机的张紧绳及缆索起重机与架空索道的支承绳等。

钢丝绳具有良好的各方向相同的挠性（过卷绕装置时，容易弯曲）；承载能力大，质量轻，耐冲击，在卷绕过程中平稳、无噪声；运动速度不受限制；使用安全可靠、无突然断裂的现象，故使用较为广泛。

（1）钢丝绳的构造与类型

钢丝绳是由直径为0.4～3mm的高强度钢丝（抗拉强度为1400～2000N/mm2）编绕而成的。

按编绕次数的不同，有单绕绳、双绕绳和三绕绳。在起重机械中，一般采用双绕绳，它先由钢丝绕成股，再由几股围绕中心的一根绳芯绕成绳。

绳芯分为有机芯、石棉芯、金属芯等。有机芯采用浸透润滑油的麻绳或棉绳做成。有机芯钢丝绳的挠性与弹性较好，绳芯储油润滑性能好，但承受横向挤压能力差，耐高温性能差；石棉芯钢丝绳的性能与有机芯相似，但能在高温下工作；金属芯（一般用软钢）钢丝绳，可耐高温并能承受横向压力，但挠性较差。

按钢丝绳的绕制方法不同，可分为交绕绳和顺绕绳。

①交绕绳。钢丝绕成股的方向与股绕成绳的方向相反（见图6.1（a））。这种绳不易扭转和松散，目前在起重机械中被广泛应用。它的缺点是僵性大、使用寿命较短。

②顺绕绳。钢丝绕成股的方向与股绕成绳的方向相同（见图6.1（b））。这种绳挠性大，表面光滑，使用寿命长。但容易松散和扭转。因此它多用于有约束的情况下，绳体经常保持张紧状态的地方，如小车运行机构的牵引绳，不宜用作起升绳。

钢丝绳按股绕成绳时绕制的螺旋方向又分为左旋绳和右旋绳。一般常用右旋绳。

按钢丝绳股中钢丝与钢丝的接触状态，可分为点接触与线接触（见图6.2）。

图6.1　交绕与顺绕钢丝绳
（a）交绕　（b）顺绕

图6.2　钢丝绳股中钢丝的接触情况
（a）点接触　（b）线接触

①点接触绳（见图6.2（a））。绳股中各层钢丝直径相同，但内外各层钢丝的节距不等，相互交叉，在交叉点上接触，因此接触应力大，寿命短。常用的点接触钢丝绳有6×19和6×37（即由6股组成，每股为19根或37根钢丝）两种形式。如图6.3（a）所示为6×19点接触钢丝绳的截面构造。

②线接触绳（见图6.2（b））。绳股中钢丝直径不同，而各层钢丝节距相等，外层钢丝位于内层钢丝间的沟槽中，内外层钢丝间形成螺旋线接触，接触情况好，使用寿命长，挠性大，承载能力强，在起重机械中应用广泛。

线接触绳又分为外粗型（X型）、粗细型（W型）和填充型（T型）。其截面构造如图6.3（b）、（c）、（d）所示。

图6.3　钢丝绳的截面形状
（a）点接触　（b）线接触外粗型　（c）线接触粗细型　（d）线接触填充型

（2）钢丝绳的选用及报废

钢丝绳的选用首先根据用途、承载情况、工作性质和环境等条件选择钢丝绳的类型。例如，起重机械在高温下工作，可选用石棉芯或金属芯钢丝绳；卷筒上多层绕绳时宜用金属芯钢丝绳；潮湿或有腐蚀的环境，选用镀锌钢丝绕制的钢丝绳，普通环境可选用光面钢丝制成的钢丝绳；有约束的情况下用顺绕绳，无约束的情况下选用交绕绳。然后再根据钢丝绳工作时要承受的最大静拉力Smax，选择钢丝绳的直径，即

对于6×19，6W（19）绳，a＝0.85；对于6×37绳，a＝0.82；对于6×61绳，a＝0.80。

根据上式算出钢丝破断拉力总和后，即可根据有关标准选取钢丝绳的直径。

钢丝绳工作时受力情况较复杂，不仅要受拉，还要承受弯曲、挤压、摩擦等。反复弯曲挤压引起金属疲劳，再加上磨损、腐蚀和人为的影响，经过一定工作时间后，钢丝逐渐发生断裂。当断丝数达到钢丝绳报废标准时，应予以报废，更换新绳。

表6.1　安全系数K值及系数e值

根据国家标准的相关规定，钢丝绳报废标准如下：

1）断丝

在钢丝绳的任一捻距（节距）内的断丝数达到如表6.2所示中所规定的数量时，钢丝绳应报废。

表6.2　钢丝绳断丝的报废标准（每节距内最多断丝根数）

钢丝绳捻距（节距）是指任一钢丝绳股绕轴线一周的轴向距离。

如果断丝发生在绳端固接处附近，可将钢丝绳截短后再进行绳端固接，但钢丝绳长度应保证缠绕在卷筒上的最小圈数。

2）磨损或腐蚀

钢丝绳表面磨损或腐蚀使原钢丝绳的名义直径减少7%时，即使不断丝也应该报废。

3）钢丝绳失去正常状态，产生下述变形时应报废

①波浪形。

②笼状畸变。

③绳股挤出。

④钢丝挤出。

⑤绳径局部增大。

⑥绳径局部减小。

⑦被压扁。

⑧扭结。

⑨弯折。

影响钢丝绳寿命的因素较多，其中主要有：

①钢丝绳绕过滑轮和卷筒，反复弯绕，引起金属疲劳，使绳的寿命降低。因此，应尽可能减少反复正反向弯绕。

②滑轮和卷筒直径较小时，绳的弯曲应力和挤压应力就增大，使绳的寿命降低。因此，滑轮或卷筒直径D与钢丝绳直径d要有合适的比值，要求D/d≥e。其e值如表6.1所示。

③滑轮和卷筒的材料太硬会使钢丝绳寿命降低。试验证明，铸铁滑轮比钢制滑轮能提高钢丝绳寿命10%～20%。

④滑轮的绳槽过大，钢丝绳容易压扁，过小则容易磨损。较为理想的槽底半径一般为R＝0.53d。

⑤润滑不良，会使钢丝绳锈蚀并加快磨损。因此，应有良好的润滑和保养。

钢丝绳产品已经标准化，其规格性能可查阅有关标准、手册。

6.1.2　滑轮及滑轮组

（1）滑轮

图6.4　滑轮

滑轮用于引导钢丝绳，改变绳的运动方向，平衡绳的拉力，并组成滑轮组。

滑轮通常用滚动轴承或滑动轴承支承在心轴上做旋转运动。按其轴线是否运动，滑轮可分为定滑轮和动滑轮。定滑轮绕定轴旋转，其位置固定，用以支承钢丝绳和改变绳的牵引方向。动滑轮装在移动的心轴上，一般与定滑轮一起组成滑轮组，以达到省力或增速的目的。

滑轮一般用灰口铸铁或球墨铸铁制成，重载滑轮可用铸钢，大型滑轮（D＞800mm）一般用低碳钢材焊接而成。铸造滑轮和焊接滑轮的构造如图6.4所示。

（2）滑轮组

1）滑轮组的种类

钢丝绳依次绕过若干定滑轮和动滑轮组成钢丝绳滑轮组，简称滑轮组。

滑轮组按其功用可分为省力滑轮组和增速滑轮组。

省力滑轮组可以用较小的拉力吊起较重的重物。在工程起重机械中常采用有导向滑轮的单联省力滑轮组（见图6.5（a））。

增速滑轮组如图6.5（b）所示，可用液压缸或气缸较小的行程（见图中h），使重物作成倍的位移（见图中2h）。增速滑轮组用于液压或气压驱动的起升机构中。

2）滑轮组的倍率、效率以及钢丝绳拉力

滑轮组中承重钢丝绳分支数Z与绕入卷筒绳分支数Z1之比称为滑轮组的倍率a，它也是卷筒上绳的圆周速度vr与重物起升速度vh之比，即

由于单联省力滑轮组绕入卷筒绳分支数Z1为1，故倍率等于承重钢丝绳分支数，即a＝Z。

图6.5　滑轮组
（a）单联省力滑轮组　（b）增速滑轮组
1—定滑轮；2—动滑动；3—导向滑轮

图6.6　滑轮组计算简图

如图6.6所示为单联省力滑轮组简图。设重物所受重力为Q，滑轮组倍率为a（等于承重钢丝绳分支数）。由于钢丝绳绕过滑轮时有僵性阻力和轴承的摩擦力，因此，每一承重钢丝绳分支的拉力并不相等。若取滑轮组中每个滑轮的效率η都相等（滑轮效率是滑轮绕入边拉力与绕出边拉力之比），则

各承重钢丝绳分支的拉力之和应等于重物所受的重力Q，即

上式括号内为几何级数，其和为，故

滑轮组的效率为滑轮组理想状态下引出端拉力S0与实际情况下引出端拉力S1之比。即

由此可知，滑轮组的效率ηn与倍率a及单个滑轮的效率η有关。单个滑轮的效率η，对于滚动轴承η＝0.98～0.99；对于滑动轴承，正常润滑时η＝0.96。

由式（6.2）和式（6.3）可知，承重钢丝绳分支中的最大拉力为

若钢丝绳从滑轮组引出后，再绕过m个导向轮才绕入卷筒，则卷筒绳拉力应为

式（6.4）和式（6.5）表明，倍率a大时，绳的拉力减小，故倍率即省力的倍数或省力的程度。

6.1.3　卷筒

卷筒是卷绕钢丝绳并传递动力的转动件。按钢丝绳在卷筒上的卷绕层数，可分为单层绕卷筒和多层绕卷筒。按卷筒的表面结构，可分为光面卷筒和带槽卷筒。

单层绕卷筒的表面都有螺旋形绳槽，使钢丝绳与卷筒的接触面积增加，减小接触压力，避免相邻钢丝绳的相互摩擦，故可延长钢丝绳的使用寿命。

多层绕卷筒为光面卷筒，容绳量大，但内层钢丝绳受到外层很大的挤压力和伴随有磨损，因而易于损坏。在建筑起重机械中，由于所需卷绕的钢丝绳很长，故常用多层绕卷筒。多层绕卷筒两端应有挡板防止钢丝绳滑脱，其高度比外层钢丝绳高出（1～1.5）d，d为钢丝绳直径。

卷筒可用铸铁制成，大尺寸卷筒多用钢板焊接而成。

图6.7　钢丝绳的偏角

卷筒直径D应根据它与钢丝绳直径d的比值e（见表6.1）确定。卷筒长度l可按卷绕钢丝绳的容量（即长度L）来决定。

钢丝绳的一端用螺钉与压板或斜楔块固定在卷筒上。

如图6.7所示，钢丝绳在卷筒上绕进或绕出时，如果偏斜角α过大，会使钢丝绳碰擦滑轮槽和卷筒槽，导致钢丝绳擦伤及槽口损坏，甚至使绳脱槽，使用光面卷筒时会产生乱绕现象。因此，对偏斜角应加以限制。一般要求自然排绳时α≤1°30′；排绳器排绳时α≤2°。

6.1.4　制动器

制动器俗称刹车，用来控制机械运动的速度，使其减速或停止运动。起重机各机构均装有制动器，以保证机构安全、可靠、准确地工作。

制动器按构造形式可分为带式、块式等，按工作状态可分为常闭式和常开式两种。

（1）带式制动器

带式制动器由制动轮、制动带和操纵系统组成，靠制动带压紧制动轮所产生的摩擦力矩来实现制动。制动带常用钢带以及用铆钉固定在钢带内表面上的一层摩擦材料（如石棉、塑料等）所组成。

图6.8　简单式带式制动器简图

简单式带式制动器的工作原理如图6.8所示。制动时，重锤3下坠使制动带1压紧制动轮2进行上闸；运转时，电磁铁4提起杠杆，使制动带与制动轮分开，进行松闸。如果控制提起杠杆的行程，使制动带与制动轮不完全松开，则可调节重物下降的速度。

带式制动器构造简单，包角大，制动力矩大，适用于自行式起重机。它的主要缺点是制动轮轴受到的弯曲作用力较大，制动带磨损不均匀，散热差。

（2）块式制动器

块式制动器是利用制动块压紧制动轮产生摩擦力来实现制动的。它是一种双向作用的制动器，常用的有短行程和长行程电磁铁双块式制动器、液压推杆与液压电磁推杆双块式制动器。

图6.9　短行程电磁铁双块式制动器

如图6.9所示为短行程电磁铁双块式制动器简图。这种制动器的制动臂1，12上各装有制动瓦块2，11，臂的下端铰接于机架。顶杆6左端穿过臂12并顶住衔铁10，右端穿过臂1并用螺母3固定。框形拉杆7与臂12联接，框形拉杆内装有主弹簧5，弹力由螺母8调节，框形拉杆右端有副弹簧4，弹力由螺母3调节。

断电时，主弹簧的张力向左推顶杆，向右推框形拉杆，使左右制动臂及其制动瓦块压紧制动轮13，实现制动。机构运行时，电动机通电，同时，电磁铁9也通电而产生磁力，吸引衔铁10绕铰支点反时针转动。衔铁将顶杆右推，从而使主弹簧压缩，副弹簧张开，左右制动臂向外摆动，带动制动瓦块离开制动轮，实现松闸。

这种制动器的优点是结构简单可靠，安装调整方便，成对制动瓦块压力相互平衡，制动轮轴不受弯曲作用力等，故应用广泛。其缺点是松闸所需的电磁吸力大。

6.1.5　卷扬机（绞车）

卷扬机是建筑施工中一种简单的常用起重设备。它既可单独使用，又可作为起重机的组成部分。它由电动机、联轴器、制动器、减速器和卷筒等组成，通过钢丝绳进行起升、牵引重物等作业。

（1）卷扬机的种类及工作原理

卷扬机的种类很多，一般可分为手动与电动、快速、慢速与调速、单卷筒与双卷筒。

如图6.10所示为单卷筒快速可逆式卷扬机传动示意图。电动机1经联轴器2、齿轮减速器4驱动卷筒6做正反方向的转动，卷入或放出钢丝绳，使重物升降，卷筒的正反转都是靠电动机的正反转实现。电动机停转时，靠短行程常闭式电磁制动器3制动。

如图6.11所示为单卷筒慢速卷扬机传动示意图。

电动机1经联轴器2、蜗轮减速器3、开式齿轮4驱动卷筒6转动。在联轴器外面装有重锤电磁制动器5。这种卷扬机的特点是牵引速度慢，并可调节，吊装平稳可靠。

电动卷扬机除上述可逆式外，还有摩擦式。电动摩擦卷扬机是靠摩擦离合器接合时的摩擦作用而带动卷筒转动的。它的特点是：一台电动机能驱动几个卷筒，电动机可在空载下平稳启动而不需逆转，重物靠自重下降。但重物下降时，制动器磨损严重，安全性差，操作不简便。

图6.10　JK型卷扬机传动示意图
1—电动机；2，5—联轴器；3—电磁制动器；4—圆柱齿轮减速器；6—卷筒

图6.11　JM型卷扬机传动系统
1—电动机；2—联轴器；3—蜗轮减速箱；4—开式齿轮；5—电磁制动器；6—卷筒

（2）卷扬机的选择和使用要点

建筑卷扬机已有系列产品，选用时可查建筑机械产品目录及有关手册。其主要技术参数是钢丝绳的额定拉力、钢丝绳的速度、卷筒容量（钢丝绳长度）及电动机功率等。

卷扬机使用时应注意以下主要问题：

①卷扬机的地脚锚固要牢固，并加足够压重，以防倾翻和滑移。

②钢丝绳一般应从卷筒下方绕出，以减小其倾覆力矩。

③安装导向轮至卷筒的距离应符合钢丝绳偏角α的规定。

④为安全起见，工作时卷筒上至少应保留3圈钢丝绳，并注意钢丝绳末端与卷筒固接是否可靠。

⑤重物在空中长时间悬吊时，必须用棘爪与棘轮制止，不得单靠制动器来制动，以确保安全。

⑥使用前应对卷扬机各部分进行试机检查，特别注意制动器是否安全可靠。

6.2　起重机械的分类及主要性能参数

6.2.1　起重机械的分类

根据国家标准的相关规定，起重机械可分为3大类。

①轻小起重设备。包括千斤顶、起重葫芦、卷扬机等。

②起重机。包括桥架型起重机、缆索型起重机和臂架型起重机3种类型。属于臂架类型的有塔式起重机、履带起重机、汽车起重机、轮胎起重机、桅杆起重机等。

③升降机。利用平台、料斗、吊笼等沿垂直或微倾的导架提升物料和人员的起重机械。

6.2.2　起重机的主要性能参数

（1）起重量G

①起重量。被起升重物的质量，单位为t。

②额定起重量Gn。起重机允许吊起的重物连同吊具质量的总和。

③最大起重量Gmax。起重机正常工作条件下，允许吊起的最大额定起重量。

（2）幅度L

①幅度。起重机置于水平场地时，空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离，单位为m。

②最大幅度Lmax。起重机工作时，臂架倾角最小或小车在臂架最外极限位置时的幅度。

③最小幅度Lmin。臂架倾角最大或小车在臂架最内极限位置的幅度。

（3）起重力矩M

幅度L和相应起吊物品重力Q的乘积称为起重力矩，单位为kN·m。

塔式起重机的起重能力是以起重力矩表示的。它是以最大工作幅度与相应的最大起重载荷的乘积作为起重力矩的标定值。

（4）起升高度H

它是指起重机水平停车面至吊具允许最高位置的垂直距离，单位为m。

（5）运动速度

①起升（下降）速度vn。稳定运动状态下，额定载荷的垂直位移速度。单位为m/min。

②起重机（大车）运行速度vk。稳定运动状态下，起重机运行的速度。规定为在水平路面（或水平轨面）上，离地10m高度处，风速小于3m/s时的起重机带额定载荷时的运行速度。

③小车运行速度vt。稳定运动状态下，小车运行的速度。规定为离地10m高度处，风速小于3m/s时，带额定载荷的小车在水平轨道上运行的速度。

④变幅速度vr。稳定运动状态下，额定载荷在变幅平面内水平位移的平均速度。规定为离地10m高度处，风速小于3m/s时，起重机在水平面上，幅度从最大值至最小值的平均速度。

⑤回转速度W。稳定运动状态下，起重机转动部分的回转速度。规定为在水平场地上离地10m高度处，风速小于3m/s时，起重机幅度最大，且带额定载荷时的转速。其单位为r/m。

（6）轨距或轮距K

对于除铁路起重机之外的臂架型起重机，它为轨道中心线或起重机行走轮踏面（或履带）中心线之间水平距离，单位为m。

（7）起重机总质量G0

它包括压重、平衡重、燃料、油液、润滑剂及水等在内的起重机各部分质量的总和，单位为t。

6.3　起重机的工作机构

起重机工作机构一般分为起升、变幅、回转与行走等机构。它们是用来实现各种工作运动的。

6.3.1　起升机构

起升机构是起重机的主要机构，用以实现重物的升降运动。如图6.12所示为起升机构的示意图。电动机3经联轴器2与减速器1联接，减速器输出轴驱动卷筒5、卷筒上的钢丝绳6经导向轮7、定滑轮8和动滑轮9，使吊钩10和重物起升或下降。减速器输入轴上装有常闭式制动器，以控制重物速度或停动。电动机可正反转，带动卷筒做正反转。

建筑起重机中，起升机构主要采用电力机械传动和液压机械传动两种传动方式。电力机械传动的起升机构，是以电动机为原动机，经减速器带动卷筒运转。原动机采用交流电动机时，电源方便，结构简单，维修方便，在各种塔式起重机中应用较普遍。直流电动机的调速性能好，但直流电源不易获得，主要用于大中型轮胎起重机。液压机械传动的起升机构，以高速液压马达为动力，经减速器、离合器进行传动，也可用低速大扭矩液压马达直接进行传动。这种传动具有较好的调速性能，体积小，质量轻，广泛用于汽车起重机。

图6.12　起升机构示意图
1—减速器；2—带制动轮的联轴器；3—电动机；4—制动器；5—卷筒；6—钢丝绳；7—导向滑轮；8—定滑轮；9—动滑轮；10—吊钩

图6.13　变幅机构
（a）、（b）吊臂变幅　（c）小车变幅
1—起升卷筒；2—变幅卷筒；3—变幅液压缸；4—起重小车；5—吊臂

6.3.2　变幅机构

变幅机构用来改变幅度以扩大作业范围。

其变幅方式可分为两种：吊臂变幅和小车变幅。自行式起重机一般采用滑轮组变幅机构或液压缸变幅机构使吊臂（即起重臂）改变仰角，实现变幅（见图6.13（a）、（b））。此外，具有伸缩式吊臂的起重机通过吊臂的伸缩来改变吊臂的长度，也可实现变幅。上述变幅通称为吊臂式变幅。

对于塔式起重机则广泛采用小车式变幅（见图6.13（c））。它是用钢丝绳牵引起重小车在吊臂上来回运动而改变幅度。小车变幅机构由变幅卷扬起重小车、托轮、导向轮及牵引钢丝绳等组成。

6.3.3　回转机构

回转机构的作用是使转台、司机室、吊臂及所吊重物等绕回转中心旋转。回转机构由回转支承装置和回转传动装置两部分组成。回转支承装置有柱式和转盘式两种。

在起重机回转机构中广泛采用转盘式回转支承装置。如图6.14所示，在转台3装有电动机1和减速器2，小齿轮4装在转台下边，通过联轴器与减速器输出轴联接。旋转座圈与转台联成一体，并经滚动体（滚珠或滚柱）支承在固定的下座圈上。大齿圈5则与固定的下座圈做成一体，固定不动。工作时，小齿轮做行星运动，即自转的同时又绕固定的大齿圈公转。小齿轮绕大齿圈正反向公转时，带动转台绕回转轴线做正反向全回转。这种回转支承装置阻力小，工作可靠。

图6.15　行走机构传动示意图
1—电动机；2—联轴器；3—减速箱；4—小齿轮；5—大齿轮；6—行走轮；7—电缆卷筒；8—传动轴

6.3.4　行走机构

起重机的行走机构又称为大车运动机构，其作用是移动整个起重机的位置，以扩大作业范围和水平搬运能力。行走机构分无轨和有轨两类，无轨式指轮式和履带式，用于自行式起重机；有轨式装有轨轮在轨道上运行，用于轨道式塔式起重机和门式起重机。下面只介绍有轨行走机构。

有轨行走机构有分别驱动和集中驱动两种形式。分别驱动是在行走机构中用两台驱动装置，分别驱动两条轨道上的车轮。集中驱动在行走机构中只用一台驱动装置来驱动两条轨道上的车轮。如图6.15所示，车轮6与大齿轮5固定在一起，由电动机1经联轴器2、减速器3、传动轴8、小齿轮4带动大齿轮5转动，从而驱动车轮在轨道上运行，实现起重机行走。

6.4　塔式起重机

塔式起重机是臂架安置在垂直的塔身顶部的可回转臂架型起重机。塔式起重机又称塔机或塔吊，是现代工程建设中一种主要的起重机械。它由钢结构、工作机构、电气设备及安全装置4部分组成。

6.4.1　塔式起重机的主要特点

（1）塔式起重机的主要优点

①具有足够的起升高度，较大的工作幅度和工作空间。

②可同时进行垂直、水平运输，能使吊、运、装、卸作业连续完成，作业效率高。

③司机室视野开阔，操作方便。

④结构较简单、维护容易、可靠性好。

（2）塔式起重机的主要缺点

①结构庞大，自重大，安装劳动量大。

②拆卸、运输和转移不方便。

③轨道式塔式起重机的轨道基础构筑费用大。

6.4.2　塔式起重机的分类与型号

（1）塔式起重机的分类

按可否进行移动，可分为固定式塔机和移动式塔机。

按行走装置不同，移动式塔机又可分为轨道式、汽车式、轮胎式及履带式4种。

按回转部位，可分为上回转式塔机和下回转式塔机。

按变幅方式，可分为吊臂变幅式塔机和小车变幅式塔机。

按安装形式，可分为自升式、整体快速拆装式和拼装式3种。

目前，应用最广的是自升式和快速拆装式塔机。前者为上回转形式，后者为下回转形式。

为了扩大机械的应用范围，满足各种工程施工的要求，自升式塔机一般设计成一机四用的形式，即轨道行走自升式塔机、固定自升式塔机、附着自升式塔机及内爬升式塔机。

（2）塔式起重机的型号

根据建设部关于《建筑机械与设备产品型号编制方法》的规定，塔式起重机的型号组成如下：

QT　　上回转式塔式起重机

QTZ　上回转自升式塔式起重机

QTA　下回转式塔式起重机

QTK　快速安装式塔式起重机

QTP　内爬升式塔式起重机

QTG　固定式塔式起重机

QTQ　汽车式塔式起重机

QTL　轮胎式塔式起重机

QTU　履带式塔式起重机

6.4.3　上回转自升式塔式起重机

上回转自升式塔式起重机应用很广泛，现以重庆建筑机械厂生产的QTZ40D塔机为例，介绍其构造、性能参数、安装顶升及附着装置。

QTZ40D型塔机属于上回转自升式固定塔机，具有造型新颖，结构紧凑，组装高度低，安装拆卸方便迅速，升降平稳，回转平稳，起升四速，工作覆盖面大，塔身高度可根据用户需要增减等特点，适用于90m以下高层建筑的施工。

该机的基本形式为独立（固定）式，可根据工程需要增加某些部件和辅助装置变成附着式和轨行式。

（1）QTZ40D塔机的构造及性能参数

该机的主要构造如图6.16所示。

图6.16　QTZ40D塔式起重机外形结构示意图
1—底盘；2—底节；3—塔身标准节；4—顶升机构；5—司机室；6—回转机构；7—平衡臂；8—平衡重；9—起升机构；10—平衡臂拉杆；11—塔帽；12—变幅机构；13—起重臂拉杆；14—起重臂；15—起重小车；16—吊钩

为了便于自升接高，塔身采用标准节，每一标准节均可互换使用。标准节高为2m，截面尺寸为1.45m×1.45m，标准节由主弦杆、腹杆、螺栓联接套、爬梯等组成。

起重臂为三角形断面的桁架结构。整臂由各单节臂架拼接而成，臂长可根据需要拼接成30m，35m，40m3种。起重臂两根下弦杆为矩形钢管，兼作起重小车的运行轨道。起重臂上弦杆采用双吊点与钢拉杆联接，钢拉杆的另一端与塔顶相联。

塔身标准节、底节、起重臂上弦杆和腹杆均采用无缝钢管制成。

平衡臂为平衡起重臂及起重力矩而设置。平衡重、起升机构等均安装在平衡臂上。平衡臂上还设有走道板和栏杆。

司机室为悬挂式，设在塔帽下部，随上回转部分一起回转。司机室内设有坐椅、操作控制台、防暑降温和取暖设备等。

QTZ40D塔机的主要技术性能参数如表6.3所示。

表6.3　QTZ40D塔机主要技术性能参数

（2）塔机的安装

自升式塔式起重机分件运输到施工现场后，用汽车起重机进行安装。如图6.18（a）—图6.18（h）所示是QTZ40D塔机安装顺序示意图。

图6.17　QTZ40D塔机底盘
1—底盘框架；2—法兰盘；3—压板；4—螺栓孔

1）安装底盘（见图6.17、图6.18（a））塔机底盘构造如图6.17所示。安装时，将塔机底盘安放在预先浇灌好的混凝土基础上，校平底盘上4个法兰盘，用压板、螺母、地脚螺栓将底盘固定在基础上（见图6.18（a））。

2）安装顶升机构（见图6.18（b））

塔机出厂以及转场时，一般是将塔机底节、标准节（一节）、顶升套架、爬升过渡节、顶升装置等组装成一个整体。安装时，将此部分整体吊到塔机底盘上（要确定好塔身升高时，标准节的进入方向）对准联接孔，用螺栓将塔机底节与底盘联接牢固。

图6.18　塔机安装过程
（a）安装底盘　（b）安装爬升机构　（c）安装回转机构　（d）安装塔帽（e）安装起重臂（倾斜位置）　（f）吊装平衡臂（g）安装起重臂拉杆、司机室和平衡重块　（h）安装引进小车、顶升平台、栏杆等附件

3）安装回转机构（见图6.18（c））

塔机出厂及转场时，一般将回转支承、回转减速器、回转过渡节等组成一个整体。安装时将此部分整体吊到顶升套架上面，对准联接孔，用螺栓联接紧固。

4）安装塔帽（见图6.18（d））

将塔帽吊到回转过渡节上，用特制的销轴将塔帽与回转过渡节联接好。然后组装塔帽平台、栏杆、导向轮等。

5）组装起重臂并吊装成倾斜位置（见图6.18（e））

在地面上正对顶升套架进标准节的方向将各单节臂架组装成整臂。将起重小车和变幅卷扬机装在起重臂上，穿小车牵引钢丝绳。组装起重臂拉杆两根，用销轴联接在起重臂上弦杆两吊点中，并用夹板固定。吊装起重臂成倾斜位置，用销轴将臂根与回转过渡节铰接好。

6）安装平衡臂（见图6.18（f））

在地面上拼接平衡臂拉杆两根，将起升机构装在平衡臂上，起吊平衡臂，将臂根铰接好，装好平衡臂拉杆，拉杆的另一端固定在塔顶上。然后穿绕起升钢丝绳。

7）安装起重臂拉杆、司机室和平衡重块（见图6.18（g））

起吊起重臂至水平位置，把起重臂拉杆一端吊到塔顶联接板处，用销轴与塔顶联接。吊装司机室，用螺栓和销轴把它固定在回转过渡节侧面。然后按规定的配重将混凝土平衡重块吊装在紧靠起升机构的位置上。

8）安装引进小车、顶升平台、栏杆及塔机所有附件（见图6.18（h））

起升机构和变幅机构钢丝绳的穿绕方法如图6.19和图6.20所示。

图6.19　起升绳的穿绕
1—起升卷筒；2，3—塔帽上、下导向滑轮；4—小车滑轮；5—吊钩滑轮；6—起重臂尖

图6.20　变幅钢丝绳的穿绕
1—变幅机构卷筒；2—托轮；3，5—导向滑轮；4—起重小车

9）电器接线安装

接通各运转机构的电器线路。调整各安全保护装置，使之达到灵敏可靠。

图6.21　塔机顶升前配平衡

（3）塔机的顶升

塔身组装完毕，试运转正常后，按工作高度的需要，由顶升机构进行自升接高。

自升塔式起重机自升接高目前采用较多的是外套架液压侧顶升方式，即用一液压顶升机构将塔帽、起重臂、平衡臂、回转装置及顶升套架整个顶起，利用套架沿塔身升高留出的空间，装入一标准节塔身，以实现接高。并可重复进行到所需高度为止。

图6.22　顶升过程及原理示意图
（a）拆除联接2　（b）第一次顶升　（c）顶升横梁上移（d）第二次顶升　（e）装入一标准节　（f）联接标准节
1—外套架；2—联接螺栓；3—外套架止动器；4—标准节；5—外套架横梁；6—顶升液压缸；7—标准节顶升块；8—滚轮；9—顶升横梁

QTZ40D塔机的顶升系统由顶升外套架、引进小车、液压顶升传动装置3部分组成。其顶升过程和工作原理如图6.21、图6.22所示。

①将起重臂保持在引进标准节的方位，并使回转机构处于有效的制动状态。

②起吊一标准节放置在引进小车上。然后起重小车再起吊一标准节移动到规定的位置，将塔机上部配平衡（见图6.21）。

③把外套架与标准节联接螺栓2拆除（见图6.22（a））。如图6.22所示的液压缸6上端与外套架横梁5铰接，液压缸的活塞杆从液压缸下端伸出并与顶升横梁9铰接。

④操纵顶升液压缸上下微动，将顶升横梁9两端放入标准节顶升块7槽中，如图6.22（b）及A向图所示。

⑤操纵液压缸伸出活塞杆，驱动外套架上升直至外套架止动器3略高于标准节上一顶升块为止。此时，外套架相对塔身被顶起半个多标准节高（见图6.22（b））。

⑥转动止动器3，操纵液压缸向下微动，使止动器3放入顶升块7槽中（见图6.22（b）及B向图）。

⑦收缩活塞杆，使顶升横梁上升到上一顶升块的位置（见图6.22（c））。

⑧重复④、⑤过程，外套架内就形成大于一个标准节高度的空间（见图6.22（d））。

⑨把标准节引入外套架内（见图6.22（e））。

⑩操纵液压缸下降，使外套架内新装入的标准节下降与原标准节联接，松去引进小车吊钩，紧固标准节螺栓。

液压缸继续下降，使外套架的4根短立柱与新装入的标准节上端联接，并紧固联接螺栓（见图6.22（f））。

以上是增加一个标准节的过程，若连续增加标准节，可在⑩动作后，重复⑥、⑦、⑧，然后做⑨、⑩动作。当塔身升高到施工规定高度时，做动作，完成塔身加高。

降塔和拆除按升高和安装的相反顺序进行。

（4）塔机的附着装置

自升式塔式起重机接高超出本机规定的独立式高度时，应装设附着装置，将塔机附着于建筑物，以保持其稳定性，如图6.23所示。

附着装置的间距一般为20m左右。附着装置以上的塔身自由高度一般不得超过40m。

1）附着装置的构造及其与建筑物的联接

附着装置又称附墙装置或锚固装置，由锚固环（框套）、附着杆和支座紧固件组成。其构造如图6.24所示。锚固环由两个凹字形的刚性框架用螺栓联接而成，用以套住塔身。支座紧固件固定在建筑物上。锚固环与支座紧固件用附着杆联接。

图6.23　塔机附墙示意图

图6.24　附着装置
1，2—对开锚固环；3，4—调节螺栓；5—附着杆；6—支座紧固

附着支座处必须为钢筋混凝土，其结构强度必须达到设计要求。附着支座一般应设在建筑物的钢筋混凝土柱、圈梁上，用支座紧固件（如钢板、角钢、螺栓或预埋螺栓、销轴等）将附着杆联接于附着支座处。

2）附着杆的布置

QTZ40D塔机三道附着装置的附着杆布置形式如图6.25所示。图中a，b尺寸为

标准位置a＝6000mm　b＝3800mm

允许范围a＝5500～7000mm　b＝3500～3900mm

3）附着装置的技术要求

图6.25　附着杆的布置形式

①附着杆在水平面内一般应水平安装，如图6.23所示。如果受到位置的限制，允许有少量倾斜，但斜度和方向必须符合说明书的要求。

②每次安装附墙装置前，必须用重物将双臂配平衡，并在回转平面的周围内各不同角度分别考察其平衡情况，确认无误后，方可安装附墙装置。

③安装时，必须适度调整各附着杆上的双向调节螺栓，调节好后，将外露的螺纹部分涂上保护油脂。

④附着支座允许承受的拉（压）力必须大于附着装置的总水平拉（压）力。

⑤三道附着装置安装后，塔机总高度90m位置塔身偏摆不大于180mm，塔身断面扭转角不得大于2.5°。

6.4.4　内爬升塔式起重机

图6.26　内爬塔机构造简图
1—回转支座；2—塔身；3—上承重架；4—下承重架；5—爬升机构；6—建筑物

内爬升式塔式起重机简称内爬塔机，塔身总高度不超过30m，通常装在建筑物的电梯井内，依靠爬升机构，随着建筑物的建高而爬高。它的自重和全部载荷均作用在电梯井的结构上，实际上是利用电梯井结构代替了大部分塔身。内爬塔机上部的工作机构和金属结构与自升式塔机没有什么区别，只是下部换装爬升机构，其构造简图如图6.26所示。

内爬塔机的液压爬升机构如图6.27所示。它由液压缸1、爬梯2、爬升横梁3、支腿4，5、承重架6，8和塔身7等组成。上、下承重架相隔两层楼，工作时，各用螺栓固定在电梯井的梁上。承重架两侧有爬升用的爬梯2、爬梯上有踏步。塔身7套装在承重架内，承重架对应于塔身4根主肢的部位，装有8个导向滚子，爬升时起导向作用。顶升液压缸1上端与塔身横梁铰接，活塞杆下端与爬升横梁铰接。塔身两侧装活动支腿5，爬升横梁也装活动支腿4。

图6.27　内爬式塔机爬升机构
1—液压缸；2—爬梯；3—爬升横梁；4，5—支腿；6—下承重架；7—塔身；8—上承重架

爬升时，支腿4支承在爬梯2的踏步上，液压缸1顶起塔身7上升，支腿5也随之上升，当支腿5支承在爬梯上一踏步上时，缩回活塞杆，将顶升横梁3提升到上一级踏步，并使支腿4支承于该级踏步上。如此重复，使塔机升高。

6.4.5　下回转快速安装塔式起重机

下回转快速安装塔式起重机都是600kN·m以下的中、小型塔机。这种塔机的特点是结构简单、重心低、运转灵活、伸缩塔身可自行架设、速度快、效率高，采用整体拖运，转移方便。适用于砖混合砌块结构和大板建筑的工业厂房、民用住宅的垂直运输作业。

如图6.28所示的QTK25型塔式起重机是属于轨行、动臂、下回转、快速拆装轻型塔式起重机。其主要特点是塔身和起重臂能同步伸缩，减少整体运输长度，采用吊臂变幅。

图6.28　QTK25型塔式起重机外形结构
1—底架及行走机构；2—压重；3—架设及变幅机构；4—起升机构；5—变幅定滑轮组；6—变幅动滑轮组；7—塔顶撑架；8—臂架拉绳；9—起重臂；10—吊钩滑轮；11—司机室；12—塔身；13—转台；14—回转支承装置

如图6.29所示为某下回转快速安装塔式起重机塔身缩入、起重臂折叠、整体拖运的示意图。

图6.29　下回转快速安装塔机整体拖运示意图

下回转快速安装塔式起重机的安装方法一般采用整体自立法，即利用本身设备完成全部架设作业，如图6.30所示。其安装顺序一般为：用一机构使整体拖运状态下缩入的塔身、折叠的起重臂一同竖直；打开折叠的起重臂对直拼接；安装配重，伸出塔身到预定高度；转起起重臂。

图6.30　下回转快速安装塔机一般安装程序示意图
（a）吊臂随塔身一同竖起　（b）翻转吊臂拼接　（c）伸出内塔身　（d）转起吊臂

6.5　自行式起重机

自行式起重机具有良好的行走装置，不需铺设轨道而能在整个施工场地自行移动。移动到作业场地后，能迅速投入工作，机动灵活，工作可靠，所以广泛应用于建筑施工中的吊、运、装、卸等作业。

自行式起重机按底盘形式分为汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机。它们的工作机构包括起升、变幅、回转和行走4大基本机构。

6.5.1　汽车起重机

以通用或专用的汽车底盘为运行底架的自行式起重机称为汽车起重机。

汽车起重机按起重量大小可分为轻型、中型和重型，起重量在20t以内的为轻型，50t及50t以上的为重型；按起重臂形式可分为桁架臂和箱形臂两种；按传动装置形式可分为机械传动、电力传动和液压传动3种，目前普遍采用液压传动。

如图6.31所示为液压伸缩臂汽车起重机的外形结构示意图。转台6通过回转支承4装在汽车底盘上。转台上装有回转机构、起升机构、起重司机室和配重5。起重臂1和变幅液压缸2铰接在转台上，变幅液压缸的活塞杆端部与起重臂铰接，利用活塞杆的伸缩改变起重臂的倾角。利用回转机构转动，使转台及其以上所有部分做360°正反向回转。起重臂为3节伸缩式箱形结构，利用装在伸缩臂内的伸缩液压缸使臂伸长或缩短。起重臂伸缩和改变倾角时，使起升高度和工作幅度发生变化。底盘大梁两侧前后各装一可伸缩的支腿7，8，作业时，先伸出支腿着地，使轮胎略为抬起，然后起吊重物，4个支腿之间有较大的跨距，以保持整机的稳定性。

图6.31　汽车起重机
1—伸缩起重臂；2—变幅液压缸；3—起升钢丝绳；4—回转支承；5—配重；6—转台；7，8—支腿

汽车起重机具有汽车行驶的性能，机动性强，行驶速度高，能快速转移，特别适用于流动性大，不固定作业的场合。其缺点是受汽车底盘的限制，车身较长，转弯半径大，工作时需打支腿，只能在起重机两侧和后方作业。

6.5.2　轮胎起重机

轮胎起重机是装有充气轮胎，以特制底盘为运行底架的自行式起重机。

由于轮胎起重机的轮胎底盘是按本机技术要求专门设计制造的，因此轮距较宽，稳定性好，轴距小，车身短，转弯半径较小，能全回转作业，并能在允许载荷下带载行驶。

轮胎起重机按其传动方式，可分为机械传动、电力传动和液压传动3种。液压传动轮胎起重机除行走部分采用专门设计的专用轮胎底盘以外，其他部分如起重臂、工作机构和传动形式等与液压汽车起重机大致相同。

如图6.32所示为QLY16型轮胎起重机的外形结构简图。该机为液压传动，最大起重量为16t，由上车转台和下车底盘两部分组成。上车转台装有起重臂、司机室和工作机构。下车是行走部分，装有支腿。起重臂由箱形3节臂和一个折叠式副臂组成，两段伸缩臂由一个伸缩液压缸和钢丝绳滑轮组机构实现同步伸缩。副臂铰装在主臂顶端，可折叠放置于主臂下面，用人力安装就位和折回，操作方便。起重机底盘为机械液力传动短轴距式，由柴油机经液力变矩器和变速箱驱动前、后桥行驶。

图6.32　QLY16型轮胎起重机

该起重机行驶性能好，转弯半径小，操纵方便，性能较先进。但液压管路多，检修不方便。

轮胎起重机与汽车起重机的主要区别是：前者只有一个司机室，能带载行驶，转弯半径小，行驶速度慢，不宜作长距离行驶；后者有两个司机室，不能带载行驶，转弯半径大，行驶速度快，可与汽车编队行驶。

6.5.3　履带起重机

履带起重机是以履带为运行底架的自行式起重机。这种起重机将起重工作装置安装在履带底盘上，行走依靠履带装置，更换工作装置后，还可作正铲、拉铲、抓斗、打桩等多项作业。由于履带接地面积大，故能在较差的地面上行驶和作业。作业时，由于履带支承宽度大，故稳定性好，不需设置支腿，可带载移动，并可原地转弯。缺点是自重大，行驶速度慢（＜5km/h），易损坏路面，故转场时需要平板拖车装运。

如图6.33所示为履带起重机外形结构示意图。它主要由履带行走装置、回转机构、转台、起升机构、变幅机构及工作装置等部分组成。工作装置的起重臂为多节桁架结构，下端铰装在转台前部，顶端由变幅钢丝绳支持，并装有起升滑轮。司机室、机棚、动力装置、起升机构、变幅机构、配重等均安装在转台上。

图6.33　履带式起重机
1—起重臂；2—吊钩；3—变幅钢丝绳；4—滑轮；5—起重钢丝绳；6—滑轮组；7—人字架；8—转台；9—回转机构；10—履带行走装置

复习题

1.钢丝绳有哪几种主要类型？其特点是什么？

2.钢丝绳在哪些情况下，应予以报废？

3.钢丝绳寿命受哪些因素的影响？

4.何为滑轮组的倍率？倍率的大小与卷筒绳拉力有什么关系？

5.双块式制动器上闸与松闸时，主弹簧起何作用？

6.电动卷扬机的使用要点有哪些？

7.起重机主要性能参数有哪些内容？

8.起重机的工作机构一般分为哪几部分？各部分起何作用？

9.简述固定式塔式起重机的安装顺序。

10.自升式塔式起重机是如何自升接高的？

11.下回转快速安装塔式起重机有哪些主要特点？

12.汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机各有何特点？汽车起重机与轮胎起重机有何区别？