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    國(guó)外動(dòng)態(tài)：日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
    
                    
    作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
    
					時(shí)間：2009-12-23 10:01:31					[收藏]
    
               
    
                
    				
    				
     

               
    
               
      
				　　摘要：闡述日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的發(fā)展歷程，介紹當(dāng)日內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、智能化、提高安全性、舒適化，采用先進(jìn)的調(diào)速裝置和開發(fā)新型驅(qū)動(dòng)裝置。提出要立足于我國(guó)國(guó)情，立足于創(chuàng)新發(fā)展國(guó)產(chǎn)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的建議。
      
　　筆者于2006年5月到日本考察，對(duì)日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的開發(fā)歷程、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)有所了解，現(xiàn)綜述如下，供同行們參考。
      
　　1.日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的開發(fā)歷程
      
　　1953年，日本清水建設(shè)株式會(huì)西德引進(jìn)了第一臺(tái)水平式自升塔式起重機(jī)（20t&#8226;m級(jí)），1961年，日本開發(fā)了國(guó)產(chǎn)20t&#8226;m級(jí)水平式塔式起重機(jī)，由于日本城市建筑密度大，水平式塔式起重機(jī)的其中臂跨越街區(qū)，易與相近的建筑物、高壓線相碰撞，起重物料易危及行人安全，所以日本根據(jù)國(guó)情，改為采用起重臂跨度小，對(duì)相近建筑物、高壓線和行人危及度小的起伏式塔式起重機(jī)為常用機(jī)型。1962年開發(fā)了45t&#8226;m和120t&#8226;m級(jí)起伏式自升塔式起重機(jī)，1964年開發(fā)了180t&#8226;m級(jí)起伏式自升塔式起重機(jī)。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(yīng)開發(fā)可內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)（200t&#8226;m級(jí)）。自此以后，內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)（動(dòng)臂起伏式）成為日本塔式起重機(jī)的代表機(jī)型。1971年開發(fā)了為中、小型建筑施工用的80t&#8226;m級(jí)和為高層建筑施工用的400t&#8226;m級(jí)內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)，1987年開發(fā)了900t&#8226;m級(jí)內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)，1990年開發(fā)可當(dāng)時(shí)世界最大的1500t&#8226;m級(jí)內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)。今后，還準(zhǔn)備開發(fā)特大型的內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)，為興建特大型高層建筑（高800～1200m）施工服務(wù)。當(dāng)今，在東京、神戶等大城市，油漆成紅、白相間起伏吊臂的內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)林立市區(qū)建筑工地，成為一道亮麗的風(fēng)景線。
      
　　2.日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
      
　　2.1以內(nèi)爬式塔式起重機(jī)為主機(jī)型
      
　　日本的實(shí)踐表明，與附著式自升式塔式起重機(jī)相比，內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：
      
　　（1）有效施工能力大 內(nèi)爬式塔式起重機(jī)安裝在建筑物內(nèi)部（電梯井道或樓梯間等特設(shè)開間）。施工面為整圓，有效作業(yè)能力在80%以上。附著式塔式起重機(jī)安裝在建筑物一側(cè)，施工面為半圓，所以，可以運(yùn)用小型號(hào)的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)代替大型號(hào)的附著式塔式起重機(jī)使用，減少塔機(jī)的數(shù)量和臺(tái)數(shù)。
      
　　（2）制作成本低 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度在32m以下，不需隨樓層升高而增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，所以整臺(tái)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式塔式起重機(jī)低20%～30%。
      
　　（3）使用費(fèi)用低 附著式塔機(jī)需構(gòu)筑塔機(jī)基礎(chǔ)和附墻預(yù)埋件，有效施工能力小，相應(yīng)吊裝量也小。內(nèi)爬式塔吊安裝在建筑物內(nèi)部的特設(shè)開間結(jié)構(gòu)上，無需另構(gòu)筑塔機(jī)基礎(chǔ)和架設(shè)水平支撐構(gòu)件。且有效施工能力大，每小時(shí)的吊次比附著式塔機(jī)多20%～30%，相應(yīng)的作業(yè)臺(tái)班吊裝量比同樣施工高度的附著式塔機(jī)高30%以上，所以總的使用費(fèi)用比同樣施工能力的附著式塔式起重機(jī)的使用費(fèi)用低。
      
　　（4）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(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)采用起伏式起重臂。另外由于內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)塔身不高，塔式起重機(jī)底座和部分塔節(jié)位于建筑的內(nèi)部空間，所以整座塔式起重機(jī)的受風(fēng)面積小，抗風(fēng)（特別是強(qiáng)風(fēng)和臺(tái)風(fēng)）能力強(qiáng)，能抗55m/s風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)，抗震能力亦強(qiáng)。這對(duì)多臺(tái)風(fēng)和地震的日本而言，此優(yōu)點(diǎn)十分突出。
      
　　（5）由于塔節(jié)少并且無水平支撐桿等附件，所以塔機(jī)組件材料庫占地面積較小，塔身在建筑物內(nèi)部也不占地，所以能適應(yīng)狹窄工地的施工。
      
但是，內(nèi)爬式塔式起重機(jī)基座位于建筑物軀體上，此處軀體需補(bǔ)強(qiáng)，這是其不足之處。
      
　　根據(jù)日本國(guó)情和內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的特點(diǎn)，日本選擇了起重臂為起伏式的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)為日本塔式起重機(jī)的主要機(jī)型。為了適應(yīng)不同級(jí)別建筑物的施工需要，日本開發(fā)了內(nèi)爬式塔式起重機(jī)系列產(chǎn)品，主要機(jī)型有：80t&#8226;m級(jí)、150 t&#8226;m級(jí)、400 t&#8226;m級(jí)、450 t&#8226;m級(jí)、500 t&#8226;m級(jí)、600 t&#8226;m級(jí)、900 t&#8226;m級(jí)、1500 t&#8226;m級(jí)等。另外，還開發(fā)了利用鋼結(jié)構(gòu)大樓鋼立柱為塔身的鋼柱塔身內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，可在鋼結(jié)構(gòu)大樓施工時(shí)使用，使塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)化，也增加了內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的新機(jī)種。
      
　　2.2輕量化
      
　　減輕內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的自重，不僅可以節(jié)約制作材料，而且可以減輕對(duì)塔式起重機(jī)支撐軀體補(bǔ)強(qiáng)的費(fèi)用。其輕量化的方法是：
      
　　（1） 塔式起重機(jī)的起重臂、塔節(jié)采用高強(qiáng)鋼材（屈服強(qiáng)度500Mpa）。
      
　　（2） 采用高強(qiáng)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(jī)質(zhì)量和體積減小。
      
　　2.3高速化
      
　　在吊裝中，特別是高揚(yáng)程的吊裝中，塔式起重機(jī)的卷揚(yáng)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(xiàn)在日本的高揚(yáng)程（250m以上）的乃怕是塔式起重機(jī)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(yīng)增大電機(jī)容量和使速度控制裝置復(fù)雜造成增大成本的制約，權(quán)衡利弊生產(chǎn)廠商認(rèn)定為高速化以200～300m/min為宜。同時(shí)，為了使吊裝物準(zhǔn)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(nèi)爬式塔式起重機(jī)為提高安全性采取了如下措施：
      
　　（1）多重保護(hù) 傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)只設(shè)有防超負(fù)荷、過卷、超幅度等限制器或限位器，司機(jī)不知情（不掌握動(dòng)態(tài)的作業(yè)參數(shù)如其中力矩等），只是被動(dòng)地靠保護(hù)裝置預(yù)防超限引起的事故，一旦保護(hù)裝置失靈，則會(huì)釀成事故。為確保安全，當(dāng)今日本產(chǎn)的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)采用多重保護(hù)安全裝置，即防超限保護(hù)裝置+連鎖保護(hù)裝置+工作狀態(tài)（作業(yè)參數(shù)）顯示器（視頻監(jiān)控系統(tǒng)）。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(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)圖象，具有集約型的計(jì)器畫面（作業(yè)半徑、荷重、揚(yáng)程、起重力矩等作業(yè)參數(shù)）能夠?qū)ψ鳂I(yè)圖象進(jìn)行回放，一旦發(fā)生事故，可根據(jù)回放的作業(yè)圖象和記錄的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行事故分析。另外，還有預(yù)警功能，使司機(jī)對(duì)塔式起重機(jī)作業(yè)狀況了如指掌，可以主動(dòng)地操作塔機(jī)在限額以內(nèi)安全作業(yè)；連鎖裝置是將電源開關(guān)與各作業(yè)裝置連鎖，當(dāng)電源開關(guān)閉合時(shí)，各作業(yè)裝置控制器無電，以防止電源投入后，各作業(yè)裝置同時(shí)動(dòng)作，當(dāng)總開關(guān)有電后，按下各作業(yè)裝置開關(guān)，作業(yè)裝置才能動(dòng)作，從而大大提高了內(nèi)爬式塔機(jī)作業(yè)的安全性。
      
　　（2）設(shè)置防震裝置 日本是多地震和多臺(tái)風(fēng)的國(guó)家，1995年的神戶大地震，使眾多港口起重機(jī)和塔式起重機(jī)損壞，因此，日本開發(fā)了減少塔式起重機(jī)受地震搖擺和強(qiáng)風(fēng)吹襲影響的制震裝置，如將主動(dòng)、被動(dòng)雙機(jī)能復(fù)合制震裝置裝備在塔式起重機(jī)上。另外，在強(qiáng)風(fēng)或臺(tái)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(jī)檢修制度，若有受損部分，即行修理，以確保塔式起重機(jī)安全作業(yè)。
      
　　2.5舒適性
      
　　日本的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)把舒適化作為一個(gè)重要的指標(biāo)，駕駛室寬敞、明亮，有符合人機(jī)工程學(xué)要求的司機(jī)座椅，觸摸式操作的集約型操作臺(tái)，還備有空調(diào)裝置和燃燒式化解大小便的衛(wèi)生間，有供司機(jī)和維修人員乘降的（2！3人）電梯，電梯通道設(shè)在塔節(jié)內(nèi)空間。
      
　　2.6先進(jìn)的調(diào)速裝置
      
　　日本的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，多采用先進(jìn)的全運(yùn)作（起伏、回轉(zhuǎn)、卷揚(yáng)）變頻調(diào)速裝置，調(diào)速范圍寬、運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能、可靠性高、操作過程軟件化。
      
　　2.7智能化
      
　　開發(fā)智能化塔式起重機(jī)，也是近年來日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，如推廣可編程控制技術(shù)（PLC）、數(shù)碼信息傳送技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，使塔機(jī)按優(yōu)化的程序作業(yè)，減少線纜傳送，實(shí)現(xiàn)遙控操作和維修（監(jiān)測(cè)故障）。
      
　　2.8開發(fā)新型驅(qū)動(dòng)裝置
      
　　近年來，一種應(yīng)用永久磁性的永磁同步電動(dòng)機(jī)（日本稱為同期電動(dòng)機(jī)）問世，它的定子與異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相似，而轉(zhuǎn)子采用稀土永磁體，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，該電動(dòng)機(jī)與同功率的異步電動(dòng)機(jī)相比，體積小30%。輸出轉(zhuǎn)矩大，由于無轉(zhuǎn)子銅損和降低了定子銅損及機(jī)械損耗，電機(jī)效率可提高8%，節(jié)電10%，由于不需要無功勵(lì)磁電流，可顯著提高功率因素。其缺點(diǎn)是由于機(jī)械特性的原因自身無啟動(dòng)力矩，需采用開環(huán)變頻調(diào)速裝置等輔助啟動(dòng)裝置才能啟動(dòng)，整機(jī)單價(jià)也較高，目前在日本的部分工業(yè)領(lǐng)域已推廣應(yīng)用。日本的塔機(jī)生產(chǎn)廠，提出要應(yīng)用小型、輕量、靈活、節(jié)能的新型電機(jī)裝備塔式起重機(jī)，其中，應(yīng)用永磁同步電動(dòng)機(jī)是選擇的機(jī)型之一。
      
　　3.評(píng)述
      
　　綜上所述，從日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)我們可以得到如下的啟示：
      
　　（1）塔式起重機(jī)的開發(fā)要立足國(guó)情 我國(guó)幅員遼闊，有多種類型的地區(qū)自然條件、氣候條件、施工條件，因此我國(guó)的塔式起重機(jī)開發(fā)必須立足國(guó)情，開發(fā)多種類型的塔式起重機(jī)。目前，我國(guó)的塔式起重機(jī)以水平動(dòng)臂、附著式塔式其中為主，內(nèi)爬式塔式起重機(jī)很少。從日本的應(yīng)用實(shí)踐看，在多地震、多臺(tái)風(fēng)、施工現(xiàn)成狹窄的建筑密度高的城區(qū)，內(nèi)爬式塔式起重機(jī)比附著式塔式起重機(jī)勝出一籌。而我國(guó)的上述地區(qū)，也應(yīng)采用內(nèi)爬式塔式起重機(jī)進(jìn)行施工，因此，增加我國(guó)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用場(chǎng)合，是符合國(guó)情的。
      
　　（2）塔式起重機(jī)的開發(fā)要立足于創(chuàng)新 日本的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)具有先進(jìn)的裝置、優(yōu)良的性能，在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上不斷提高整機(jī)的技術(shù)水平。我國(guó)的內(nèi)爬式塔式起重機(jī)與之相比，還有較大的差距。只有立足于創(chuàng)新，才能使國(guó)產(chǎn)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。創(chuàng)新的范圍，除了對(duì)文中的介紹的日本內(nèi)爬式塔式起重機(jī)的7個(gè)方面發(fā)展趨勢(shì)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，開發(fā)多功能塔式起重機(jī)（可根據(jù)施工需要，以固定式或附著式或內(nèi)爬式方式作業(yè)的多功能塔式起重機(jī)，即一機(jī)三用），以適應(yīng)施工單位流動(dòng)施工、承擔(dān)不同施工項(xiàng)目的需求。另外，要加強(qiáng)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)基礎(chǔ)理論的研究，突現(xiàn)原始創(chuàng)新。建議開展永磁同步電機(jī)再內(nèi)爬式塔式起重機(jī)上的應(yīng)用的研究；運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)安全狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)、狀態(tài)識(shí)別、故障診斷的研究；運(yùn)用有限元軟件對(duì)內(nèi)爬式塔式起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，使塔式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)在自重、工作載荷、風(fēng)載等各種載荷作用下，具有可靠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并能預(yù)防塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生破壞性的共振。 
      
		
				
				

            
      				
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