1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 建筑起重机械发展概述 前言 塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械，在工业与民用建筑施工中是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备 。基本结构图如图 1.1 所示。 工作机构主要包括：起升机构、回转机构、小车牵引机构、台车行走驱动机构等；起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构， 是以间歇，重复工作方式，将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。主要安装在塔式起重机的起重臂上 。其主要组成部分有： 电机、变速箱、制动器、卷筒、底架、轴承座和安全装置等。 在高层建筑施工中其
2、幅度利用率比其他类型起重机高。由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的 80%，普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过 50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧的减少。因此塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的是使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。 1 课题国内外现状 塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的，战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程迫切需 要大量性能良好的塔式起重机。我国从一九五四年试制出第一台 TQ2-6 型塔式起重机以来，已有将近 50 年的历史。到现在为止，我国塔式起重机的生产厂已接近
3、400 家，年产大大小小的各种塔机已将近 1 万台，生产各种规格已有 18 种之多，最大的达 900tm，最小的为 10tm；起重量已经突破 400 吨，工作幅度已达到 82 米，起升高度（非自升附着式）已超过 128 米。据参考文献 2所述：进入20 世纪 90 年代以后，我国塔式起重机行业随着全国范围建筑业的发展而进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品已出口到国外。但不可否 认的是我国的塔机产品的技术性能、制作质量和品种型号规格，与发达国家产品相比，仍然存在较大的差距。 国外凭借先进的生产技术和设备，发展动向主要体现在 发展超大型起重机 、 “迷你 ”起重机 、 伸缩臂结构
4、不断改进 、 数据总线技术 的应用、 静液压传动起重机 的研发等 。 1.1 我国塔机的发展历程 1 在中国塔式起重机的生产与应用已有 40 多年的历史，经历了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。 图 1.1 塔式起重机整体结构图 8 1-固定基础； 2-固定支腿； 3-附着装置； 4-顶升机构； 5-下支座； 6-上支座； 7-回转机构； 8-回转塔 身； 9-司机室； 10-变幅机构； 11-载重小车； 12-吊钩； 13-起重臂； 14-起重臂拉 杆； 15-塔顶； 16-平衡臂拉杆； 17-平衡臂； 18-平衡重； 19-起升机构； 20-电控柜； 21-塔身 20 世纪 50 年代，
5、为满足国家经济建设的需要，中国引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。 1954 年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试验成功了中国第一台 TQ2-6 型塔式起重机。 60 年代由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重2 机，并在工作机构中采用了比较先进的技术。如直流电机调速、可 控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力偶合器等。 70 年代，塔式起重机服务更加广泛。塔式起重机的幅度、起重量和起升高度均有了显著提高。塔式起重机又向一机多用方向发展，中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。 进入 80 年代，我国塔式起重机相继出现了不少新产品
6、，主要生产有 QT80A、QTZ100、 QTZ120 等自升式塔式起重机， QT60、 QTK60、 QT25HK 等下回转快装塔式起重机和 QT90上回转动臂下顶升接高塔式起重机 14。 90 年代以后，中国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了 一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，更有部分产品出口到国外。 2 研究主要成果 近年来，随着城市建设的发展和高层建筑（构筑）物的增加，塔式起重机的使用数量不断增多，塔式起重起机的广泛使用一方面对提高建筑机械化程度，提高施工速度，保证施工质量，减轻工人的劳动强度起到了极大的作用。 例如 QTZ250 塔式起重机，它是由中国建筑科学研究院建筑
7、机械化研究分院根据大模板建筑施工工艺而研制的一种新型建筑塔机，该机可广泛应用于高层或超高层民用建筑、桥梁水利工程，大跨度工业厂房及高耸建筑等大型工程施工 15。根据 中国建筑科学 研究院建筑机械化研究分院 ， 中国建筑机械化网 16，该机具有以下主要特点： （ 1） 采用了起升绳垂度限制机构，减小了空钩时起升绳垂度，有效提高了塔机使用时的通过性能； （ 2） 起重臂采用双拉杆静定结构，使起重臂在起重平面循环应力特征值 X 接近于零且削除了应力峰值，极大地提高了臂架结构疲劳安全性能； （ 3） 起升、变幅、回转三大机构均为 VVVF 无级调速，工作平稳，就位快捷方便，效率高，使用维护费用低； （
8、 4） 采用无触点计算机控制，可靠性高，防司机误操作功能全； （ 5） 臂架长度变化范围大，可满足更广 泛的工程需要。 3 发展趋势 塔式起重机的发展与基础设施建设、城市建设、施工工艺、施工技术的发展有着密切的关系，发展趋势主要有以下几个方面 11： 向多用途方向发展 塔吊不仅可根据施工要求能装配成行走式、固定式、附着式、内爬式等式而且可以把臂架部分改变成灵活的布料杆形式 (混凝土输送 )进行工作 3 由俯仰变幅臂架向小车变幅臂架发展 因为大部分塔吊能自升，高度已不成主要矛盾，故而转向幅度上的发展。特 别是水平小车式在结构上占优势，使用很方便 起重臂长由短臂向长臂发展 主要原因为臂长后使用的幅
9、 度范围可以扩大。往往一台塔吊处在两座建筑物中间，能两边兼顾或在面形体较复杂的建筑群中使用，以提高经济效益。所以，目前一般的臂长在 40m 以上，而重型塔吊的臂长已达 80M 以上。 发展积木塔身 如把建筑工程中使用的不同超重能力的塔吊给予系列化，并把不同截面的塔身以过渡节形式加以“积木式”。这样管理使用方便，塔身力学性能好。 工作速度由低速向高速发展 塔吊的工作速度直接影响到工程安装的质量和工效各国对此都很重视，目前最大起升速度已达 100m min 以上。 项升机构通用化 自升式塔吊的液压顶升机构价格很 贵，如能设计成小巧灵活、可折装能搬动，一台顶升机构就有可能供多台塔吊交叉使用，从而降低
10、塔机成本。 发展电视监视、电脑控制系统 持别是在操纵、通讯及安全保护方面先进的电子技术将发挥更大的作用。国外在 60 70 年代就运用遥控电子技术使塔吊司机直接站在施工作业区，进行现场指挥和各种动作的操作。 下旋式快速安装的塔 吊 这种塔吊颇受工地欢迎因为此类塔吊机动灵活。如日本在 70 年代已发展了一种能自行装卸起板，而塔身及支腿能自由伸缩的汽车塔式起重机 。 它能在狭小的马路 上 安装施工 。 这种新型塔式起重机能安 装 18 层以下的高层住宅建筑。 4 存在问题 我国塔机经过五十年的发展与先进国家水平差距大为缩小，并成为生产和使用的大国，但在总体的结构、性能、质量等方面与国外比还存在一定
11、问题 13。产品结构不合理 。 我国至今累计生产了近十万台塔式起重机，但型号还达不到 40 种，绝大部分型号大同小异，原因之一是技术法规限制了产品开发。由于可靠性较差，造成机械、电器事故率较高。代表当代塔机技术性能的全无极调速、4 PLC 控制在发达国家中已十分普及，而在我国充其量在 2%；发达国家已批量生产、运行状态实现了全参数监控与故障诊断的智能 型塔机，而我国目前刚刚启动，可以说还是空白 1。分析原因是用户群的不确定性制约了技术进步。由于建筑市场繁荣，发展迅速，大量中小建筑企业应运而生，很多新生建筑企业由于缺乏长运规则，资金不雄厚，只得购入技术含量低，一次性投入少的一般塔机或淘汰下来的
12、“二手货 “。这方面，我国法规上还没有明确的限制，或有限制但执行力度也不够，造成购入技术先进，投资大的企业竞争力反而下降 。 据参考文献 3： 制造技术不适应在塔机制造上，一些人存在一定误区，认为建筑工地的塔吊是傻大黑粗，不是什么高精尖细的产品，能吊能转就行了。其实恰恰 相反，塔机制造的每个环节 都 不能有任何的忽视和纰漏。从近 20 年来看，我国塔机制造水平已有大幅度提高，但相对其他行业先进的制造技术还有很大差距 3。特别是在涂装工序上，多数企业仍是传统的人工除锈、刷漆，没有封闭喷漆，基底处理不彻底，效率低，文明程度差，环境污染大，焊接质量 、 外观质量都难以保证。以北京建工集团建机厂为例，
13、该厂借搬迁顺义为契机投资近千万，形成喷丸予处理，水循环封闭喷漆和烘干的流水线，除锈率达 100%，喷涂出的结构件光泽度高，达到现代涂装水平，产品外观质量大为改善，赢得客户青睐。目前，多数企业的管理 模式或生产方式还没摆脱传统的多极地静态模式，有的还是小而全 、 大而全，专业化程度 、 工艺装备和管理水平都很低，很难适应多品种批量化生产和市场经济的激烈竞争，难以形成我自己民族特区的规模工业 2。 5 本课题的研究内容及采用的研究方法 本 设计基本内容是 25TM 塔式起重机 的 卷扬提升系统及其控制系统的设计。由塔式起重机目前在国内外已有较为成熟的设计制造技术，因此以已有的成熟产品作参考进行类比
14、设计。 结束语 塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我国 “九五 “、 “十五 “规划都是一个高速发展的 态势， “十一五 “规划预计将会做些调整，但总的发展不会减弱，根据我国塔机发展现状， 据 中华建筑报 17： 提出以下 几点 建议 ： 6.1 建立独立的研究体系，开发出高新产品 我国已加入世界贸易组织，因此，必须独立地开发出自有知识产权的产品。同时要以创新观念为先导，开发出实用、可靠、安全、经济适应市场的好产品。当然这并非那么容易，还要靠科技，一方面，要利用高新科技求改造、完善、拓宽、提高我国的传统产业，使产品上水平，才能进入国5 际市场，另一方面，科技要面对国
15、情，要向中小城镇乃至乡村普及，开发出适应小城镇建设需要的40TM 左右的中小型塔机。 6.2 根据国情扬弃国外技术，解决自己的问题 近年来，我国塔机行业通过公关，在认真研究国外技术，结合国情实际情况下，研究出不少好产品，如 CAD 模块化塔机组合设计，起重、布料两用塔机等。开发过程中，也解决了大功率起升机构的无极变速、 PLC 控制问题以及长期困扰人们的起升机构乱绳打扭问题等 10。以上问题都是自主开发采用国外关键元器件的办法实现的，但知识产权是自主的。其中塔机的工作状态监控是我国塔机急需解决又必须解决的课题，这需要对国外技术进行扬弃，根据我国的国情着力进行研制，如能解决将会大大推动我国塔机技
16、术发展向质的飞跃 7。 6.3 按市场规律强强联合，提高制造水平 目前，企业改革改制正在深入开展，要提高我国塔机整体制造水平以适应国内外对塔机的需要，走强强联合促进集团化发展，按市场规律办事 4。 这样可以加快国内外、行业内外的资源整合，扬长避短、优势互补，名专业生产厂家在已有基础上集中力量，有重点地引进、消化、吸收先进的东西，创新出自己的特色产品，并注意发展自主的现代化专业制造技术，以近快提高我国塔机的制造水平，促进我国工程机械由大国变强国，实际与国际市场的融合。 6 参 考 文 献 1 黄大巍，李凤 . 现代起重运输机械 M. 北京 ： 化学工业出版社， 2006,100-103. 2 范
17、俊祥 . 塔式起重机 M. 北京 ： 中国建材工业出版社， 2004， 1-3. 3 吴学松 .建筑机械化 J.河北： 中国质量协会工程机械分会会刊 ， 2007. 4 严大考，郑兰霞 . 起重机械 M. 郑州 ： 郑州大学出版社， 2003,248-250. 5 张劲，卢毅非 . 现代起重机械 M. 北京 ： 人民交通出版社， 2003， 33-38. 6 机械设计手册编委会 . 机械设计手册 M. 北京 ： 机械工业出版社， 2004. 7 崔碧海 . 起重技术 M. 重庆 ： 重庆大学出版社， 2006. 8 蔡裕民 . 吊装工艺计算近似公式及应用 M. 北京 ： 化学工业出版社， 20
18、04. 9 中国标准出版社 . 建筑起重机械标准汇编 M. 北京 ： 中国标准出版社， 2006. 10 中华人民共和国建设部 . 建筑机械使用安全技术规程 M. 北京 ： 中国建筑出版 .2006. 11 孙在鲁 . 塔式起重机应用技术 M. 北京 ： 中国建材工业出版社， 2003. 12 阿列克谢耶夫 苏 . 起重机电气设备手册 M. 北京 ： 机械工业出版社， 1986. 13 孙在鲁 . 建筑施工特种设备安全使用知识 M. 北京 ： 中国建材工业出版社， 2005. 14 何焯 . 设备起重吊装工程便携手册 M. 北京 ： 机械工业出版社， 2005. 15 蒋文华 . 施工升降机安
19、全使用与管理 M.杭州 ： 浙江科学技术出版社， 2005. 16 中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院 .中国建筑机械化网 ， 17 中华建筑报 .中国工具业网 ， http:/ ， 2007-9-19 . 18 Todd,M.D.,Vohra,S.T.,Leban,F.,1997.Dynamical Measurements of ship Crane Load Pendulation. Oceans 97 MTS/IEEE Conference proceedings, 2:1230-1236 19 Wang Xiulin; Liu Jianhua; Pan Xiang(No.2 Hydropower Force of Armed Police; Nanchang; Jiangxi 330096; China);
