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國外動(dòng)態(tài):日本內爬式塔式起重機的發(fā)展趨勢

作者:鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-23 10:01:31 [收藏]

      摘要:闡述日本內爬式塔式起重機的發(fā)展歷程,介紹當日內爬式塔式起重機的主要發(fā)展趨勢是輕量化、智能化、提高安全性、舒適化,采用先進(jìn)的調速裝置和開(kāi)發(fā)新型驅動(dòng)裝置。提出要立足于我國國情,立足于創(chuàng )新發(fā)展國產(chǎn)內爬式塔式起重機的建議。
      筆者于2006年5月到日本考察,對日本內爬式塔式起重機的開(kāi)發(fā)歷程、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢有所了解,現綜述如下,供同行們參考。
      1.日本內爬式塔式起重機的開(kāi)發(fā)歷程
      1953年,日本清水建設株式會(huì )西德引進(jìn)了第一臺水平式自升塔式起重機(20t•m級),1961年,日本開(kāi)發(fā)了國產(chǎn)20t•m級水平式塔式起重機,由于日本城市建筑密度大,水平式塔式起重機的其中臂跨越街區,易與相近的建筑物、高壓線(xiàn)相碰撞,起重物料易危及行人安全,所以日本根據國情,改為采用起重臂跨度小,對相近建筑物、高壓線(xiàn)和行人危及度小的起伏式塔式起重機為常用機型。1962年開(kāi)發(fā)了45t•m和120t•m級起伏式自升塔式起重機,1964年開(kāi)發(fā)了180t•m級起伏式自升塔式起重機。1966年日本首座高層建筑“霞光大樓”興建,采用樓層頂升工法施工,相應開(kāi)發(fā)可內爬式自升塔式起重機(200t•m級)。自此以后,內爬式自升塔式起重機(動(dòng)臂起伏式)成為日本塔式起重機的代表機型。1971年開(kāi)發(fā)了為中、小型建筑施工用的80t•m級和為高層建筑施工用的400t•m級內爬式自升塔式起重機,1987年開(kāi)發(fā)了900t•m級內爬式自升塔式起重機,1990年開(kāi)發(fā)可當時(shí)世界最大的1500t•m級內爬式自升塔式起重機。今后,還準備開(kāi)發(fā)特大型的內爬式自升塔式起重機,為興建特大型高層建筑(高800~1200m)施工服務(wù)。當今,在東京、神戶(hù)等大城市,油漆成紅、白相間起伏吊臂的內爬式自升塔式起重機林立市區建筑工地,成為一道亮麗的風(fēng)景線(xiàn)。
      2.日本內爬式塔式起重機的發(fā)展趨勢
      2.1以?xún)扰朗剿狡鹬貦C為主機型
      日本的實(shí)踐表明,與附著(zhù)式自升式塔式起重機相比,內爬式自升塔式起重機有如下優(yōu)點(diǎn):
     ?。?)有效施工能力大 內爬式塔式起重機安裝在建筑物內部(電梯井道或樓梯間等特設開(kāi)間)。施工面為整圓,有效作業(yè)能力在80%以上。附著(zhù)式塔式起重機安裝在建筑物一側,施工面為半圓,所以,可以運用小型號的內爬式塔式起重機代替大型號的附著(zhù)式塔式起重機使用,減少塔機的數量和臺數。
     ?。?)制作成本低 塔身標準節長(cháng)度在32m以下,不需隨樓層升高而增加塔身標準節,所以整臺塔吊所耗鋼材少,總的制作成本(售價(jià))低,比同樣施工能力的附著(zhù)式塔式起重機低20%~30%。
     ?。?)使用費用低 附著(zhù)式塔機需構筑塔機基礎和附墻預埋件,有效施工能力小,相應吊裝量也小。內爬式塔吊安裝在建筑物內部的特設開(kāi)間結構上,無(wú)需另構筑塔機基礎和架設水平支撐構件。且有效施工能力大,每小時(shí)的吊次比附著(zhù)式塔機多20%~30%,相應的作業(yè)臺班吊裝量比同樣施工高度的附著(zhù)式塔機高30%以上,所以總的使用費用比同樣施工能力的附著(zhù)式塔式起重機的使用費用低。
     ?。?)安全性好 如前所述,在狹窄工地起伏式起重臂作業(yè)的安全性比水平式起重臂作業(yè)的安全性好。而日本的內爬式自升塔式起重機采用起伏式起重臂。另外由于內爬式自升塔式起重機塔身不高,塔式起重機底座和部分塔節位于建筑的內部空間,所以整座塔式起重機的受風(fēng)面積小,抗風(fēng)(特別是強風(fēng)和臺風(fēng))能力強,能抗55m/s風(fēng)速的強風(fēng),抗震能力亦強。這對多臺風(fēng)和地震的日本而言,此優(yōu)點(diǎn)十分突出。
     ?。?)由于塔節少并且無(wú)水平支撐桿等附件,所以塔機組件材料庫占地面積較小,塔身在建筑物內部也不占地,所以能適應狹窄工地的施工。
    但是,內爬式塔式起重機基座位于建筑物軀體上,此處軀體需補強,這是其不足之處。
      根據日本國情和內爬式塔式起重機的特點(diǎn),日本選擇了起重臂為起伏式的內爬式塔式起重機為日本塔式起重機的主要機型。為了適應不同級別建筑物的施工需要,日本開(kāi)發(fā)了內爬式塔式起重機系列產(chǎn)品,主要機型有:80t•m級、150 t•m級、400 t•m級、450 t•m級、500 t•m級、600 t•m級、900 t•m級、1500 t•m級等。另外,還開(kāi)發(fā)了利用鋼結構大樓鋼立柱為塔身的鋼柱塔身內爬式塔式起重機,可在鋼結構大樓施工時(shí)使用,使塔式起重機結構更為簡(jiǎn)化,也增加了內爬式塔式起重機的新機種。
      2.2輕量化
      減輕內爬式塔式起重機的自重,不僅可以節約制作材料,而且可以減輕對塔式起重機支撐軀體補強的費用。其輕量化的方法是:
     ?。?) 塔式起重機的起重臂、塔節采用高強鋼材(屈服強度500Mpa)。
     ?。?) 采用高強鋼絲編織的(吊重)鋼絲繩(小直徑鋼絲繩),從而減小鋼絲繩重量和卷筒尺寸,使整機質(zhì)量和體積減小。
      2.3高速化
      在吊裝中,特別是高揚程的吊裝中,塔式起重機的卷?yè)P速度是影響施工效率的重要因素之一(另一重要因素是吊重),現在日本的高揚程(250m以上)的乃怕是塔式起重機的最高提升速度為121~160m/min,但并非速度越快越好高速化還受到因高速而需相應增大電機容量和使速度控制裝置復雜造成增大成本的制約,權衡利弊生產(chǎn)廠(chǎng)商認定為高速化以200~300m/min為宜。同時(shí),為了使吊裝物準確到位,在高速化的同時(shí),還要求定位微速化(0.25~0.4m/s)。
    2.4提高安全性
      在日本建筑工地都有“安全第一”的警示牌。日本產(chǎn)的內爬式塔式起重機為提高安全性采取了如下措施:
     ?。?)多重保護 傳統的塔式起重機只設有防超負荷、過(guò)卷、超幅度等限制器或限位器,司機不知情(不掌握動(dòng)態(tài)的作業(yè)參數如其中力矩等),只是被動(dòng)地靠保護裝置預防超限引起的事故,一旦保護裝置失靈,則會(huì )釀成事故。為確保安全,當今日本產(chǎn)的內爬式塔式起重機采用多重保護安全裝置,即防超限保護裝置+連鎖保護裝置+工作狀態(tài)(作業(yè)參數)顯示器(視頻監控系統)。其中工作狀態(tài)顯示器(液晶顯示板)可以實(shí)時(shí)反映作業(yè)現場(chǎng)的作業(yè)圖象,具有集約型的計器畫(huà)面(作業(yè)半徑、荷重、揚程、起重力矩等作業(yè)參數)能夠對作業(yè)圖象進(jìn)行回放,一旦發(fā)生事故,可根據回放的作業(yè)圖象和記錄的作業(yè)參數進(jìn)行事故分析。另外,還有預警功能,使司機對塔式起重機作業(yè)狀況了如指掌,可以主動(dòng)地操作塔機在限額以?xún)劝踩鳂I(yè);連鎖裝置是將電源開(kāi)關(guān)與各作業(yè)裝置連鎖,當電源開(kāi)關(guān)閉合時(shí),各作業(yè)裝置控制器無(wú)電,以防止電源投入后,各作業(yè)裝置同時(shí)動(dòng)作,當總開(kāi)關(guān)有電后,按下各作業(yè)裝置開(kāi)關(guān),作業(yè)裝置才能動(dòng)作,從而大大提高了內爬式塔機作業(yè)的安全性。
     ?。?)設置防震裝置 日本是多地震和多臺風(fēng)的國家,1995年的神戶(hù)大地震,使眾多港口起重機和塔式起重機損壞,因此,日本開(kāi)發(fā)了減少塔式起重機受地震搖擺和強風(fēng)吹襲影響的制震裝置,如將主動(dòng)、被動(dòng)雙機能復合制震裝置裝備在塔式起重機上。另外,在強風(fēng)或臺風(fēng)(風(fēng)速30m/s以上)和地震(震度4以上)后,實(shí)施塔式起重機檢修制度,若有受損部分,即行修理,以確保塔式起重機安全作業(yè)。
      2.5舒適性
      日本的內爬式塔式起重機把舒適化作為一個(gè)重要的指標,駕駛室寬敞、明亮,有符合人機工程學(xué)要求的司機座椅,觸摸式操作的集約型操作臺,還備有空調裝置和燃燒式化解大小便的衛生間,有供司機和維修人員乘降的(2!3人)電梯,電梯通道設在塔節內空間。
      2.6先進(jìn)的調速裝置
      日本的內爬式塔式起重機,多采用先進(jìn)的全運作(起伏、回轉、卷?yè)P)變頻調速裝置,調速范圍寬、運行平穩、節能、可靠性高、操作過(guò)程軟件化。
      2.7智能化
      開(kāi)發(fā)智能化塔式起重機,也是近年來(lái)日本內爬式塔式起重機的發(fā)展趨勢,如推廣可編程控制技術(shù)(PLC)、數碼信息傳送技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等,使塔機按優(yōu)化的程序作業(yè),減少線(xiàn)纜傳送,實(shí)現遙控操作和維修(監測故障)。
      2.8開(kāi)發(fā)新型驅動(dòng)裝置
      近年來(lái),一種應用永久磁性的永磁同步電動(dòng)機(日本稱(chēng)為同期電動(dòng)機)問(wèn)世,它的定子與異步電動(dòng)機結構相似,而轉子采用稀土永磁體,運行時(shí)轉子與定子旋轉磁場(chǎng)同步,該電動(dòng)機與同功率的異步電動(dòng)機相比,體積小30%。輸出轉矩大,由于無(wú)轉子銅損和降低了定子銅損及機械損耗,電機效率可提高8%,節電10%,由于不需要無(wú)功勵磁電流,可顯著(zhù)提高功率因素。其缺點(diǎn)是由于機械特性的原因自身無(wú)啟動(dòng)力矩,需采用開(kāi)環(huán)變頻調速裝置等輔助啟動(dòng)裝置才能啟動(dòng),整機單價(jià)也較高,目前在日本的部分工業(yè)領(lǐng)域已推廣應用。日本的塔機生產(chǎn)廠(chǎng),提出要應用小型、輕量、靈活、節能的新型電機裝備塔式起重機,其中,應用永磁同步電動(dòng)機是選擇的機型之一。
      3.評述
      綜上所述,從日本內爬式塔式起重機的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢我們可以得到如下的啟示:
     ?。?)塔式起重機的開(kāi)發(fā)要立足國情 我國幅員遼闊,有多種類(lèi)型的地區自然條件、氣候條件、施工條件,因此我國的塔式起重機開(kāi)發(fā)必須立足國情,開(kāi)發(fā)多種類(lèi)型的塔式起重機。目前,我國的塔式起重機以水平動(dòng)臂、附著(zhù)式塔式其中為主,內爬式塔式起重機很少。從日本的應用實(shí)踐看,在多地震、多臺風(fēng)、施工現成狹窄的建筑密度高的城區,內爬式塔式起重機比附著(zhù)式塔式起重機勝出一籌。而我國的上述地區,也應采用內爬式塔式起重機進(jìn)行施工,因此,增加我國內爬式塔式起重機的生產(chǎn)規模和應用場(chǎng)合,是符合國情的。
     ?。?)塔式起重機的開(kāi)發(fā)要立足于創(chuàng )新 日本的內爬式塔式起重機具有先進(jìn)的裝置、優(yōu)良的性能,在創(chuàng )新的基礎上不斷提高整機的技術(shù)水平。我國的內爬式塔式起重機與之相比,還有較大的差距。只有立足于創(chuàng )新,才能使國產(chǎn)內爬式塔式起重機在國內外市場(chǎng)上增強競爭力。創(chuàng )新的范圍,除了對文中的介紹的日本內爬式塔式起重機的7個(gè)方面發(fā)展趨勢采用引進(jìn)吸收,消化再創(chuàng )新外,建議采用集成創(chuàng )新的方式,開(kāi)發(fā)多功能塔式起重機(可根據施工需要,以固定式或附著(zhù)式或內爬式方式作業(yè)的多功能塔式起重機,即一機三用),以適應施工單位流動(dòng)施工、承擔不同施工項目的需求。另外,要加強內爬式塔式起重機基礎理論的研究,突現原始創(chuàng )新。建議開(kāi)展永磁同步電機再內爬式塔式起重機上的應用的研究;運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )理論實(shí)現對內爬式塔式起重機安全狀態(tài)的在線(xiàn)監測、狀態(tài)識別、故障診斷的研究;運用有限元軟件對內爬式塔式起重機整體結構進(jìn)行有限元分析,使塔式起重機的金屬結構在自重、工作載荷、風(fēng)載等各種載荷作用下,具有可靠的強度、剛度和穩定性,并能預防塔式起重機機構產(chǎn)生破壞性的共振。
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