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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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