塔式起重機未來發(fā)展趨勢分析

塔式起重機(towercrane)簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。動臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動臂和底座等。工作機構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動機、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。

未來5年左右的時間，通過行業(yè)加速洗牌，汰劣存優(yōu)，以及生產(chǎn)制造現(xiàn)代化水平的不斷提高，行業(yè)集中度會不斷提高。

塔機產(chǎn)品未來的發(fā)展趨勢

自上世紀80年代引進國外塔機技術生產(chǎn)塔機至今快30年。30年來中國塔機制造有了很大發(fā)展，但塔機的技術水平改進不大。隨著科學的發(fā)展和時代進步，塔機產(chǎn)品也會不斷改進。

未來塔機產(chǎn)品的變化有三個方面趨勢：一是中型塔機(63t.m~500t.m)平頭化趨勢、大型塔機(600t.m以上)動臂化;二是塔機三大機構(gòu)技術性能會不斷改進，特別是起升機構(gòu)的性能會不斷提高;三是數(shù)字技術在塔機控制系統(tǒng)中的應用會不斷普及。

中型塔機平頭化、大型塔機動臂化趨勢

(1)中型塔機平頭化的優(yōu)勢。中型塔機平頭化的優(yōu)勢體現(xiàn)在制造和使用兩個方面。

a.生產(chǎn)制造優(yōu)勢。平頭塔機制造可更大程度實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，可促進企業(yè)提高工藝裝備和生產(chǎn)手段的現(xiàn)代化，而工藝裝備和生產(chǎn)手段的現(xiàn)代化，可提高生產(chǎn)效率，提高制造精度，降低生產(chǎn)成本。

b.使用優(yōu)勢。一是平頭塔機的模塊化結(jié)構(gòu)，在安裝和拆除時，可最大程度的減小起重設備的噸位，與錘頭型塔機相比，安裝和拆除的安全性更高。二是今后工程項目的規(guī)模和體量越來越大，群塔作業(yè)的密度會越來越大，平頭塔機作業(yè)的相互干涉要優(yōu)于錘頭型塔機。

除以上的優(yōu)勢，平頭塔機在不同的作業(yè)半徑時，起重臂上下弦桿的受力方向是一致的，而錘頭型塔機起重臂為超靜定結(jié)構(gòu)，因拉桿的作用，塔機在不同的作業(yè)半徑時，起重臂上下弦桿的受力是改變的。這也是平頭塔機的一大優(yōu)勢。應該說，中型塔機平頭化是技術進步和時代進步的必然趨勢。

(2)大型塔機采取動臂化優(yōu)勢。

a.動臂式塔機在作業(yè)時，起重臂不產(chǎn)生附加力矩(水平臂塔機在作業(yè)時，除塔機額定力矩外，因起重臂自重產(chǎn)生的向下沖擊力會對塔機產(chǎn)生一個額外的力矩，特別是大型水平臂塔機的起重臂重量大，此附加力矩一般遠大于塔機的額定起升力矩。這對塔機的塔身是很不利的)。而動臂式塔機變幅作業(yè)時是改變起重臂角度，起重臂在理論上主要承受壓力，因此，其起重臂和塔身截面，都可相對較小。

b.平衡臂較短。由于動臂塔機的變幅是改變起重臂角度的，起重臂不產(chǎn)生額外的附加力矩，因此塔機的平衡臂可以做得相對較短。對于超高建筑的群塔作業(yè)，動臂塔機這一優(yōu)勢是水平衡臂塔機不可替代的。

c.動臂塔機的“舉高性”。動臂塔機變幅的舉高性，使塔機安裝高度相對較低，同時可最大限度減少對施工場地區(qū)域外空間的侵占。

當然，動臂塔機也存在變幅能量消耗較大等缺點。

塔機三大機構(gòu)的技術性能會不斷提高

塔機的三大機構(gòu)(起升、回轉(zhuǎn)、變幅)，特別是起升機構(gòu)的性能，對塔機總的性能至關重要。但目前我國塔機起升機構(gòu)，技術水平和性能差距較大，水平較高的有采用德國“弗蘭德”直交圓柱齒輪減速器的LVF變頻起升機構(gòu)，波坦MC320塔機一字型機構(gòu)等。但采用技術落后的起升機所占比例似乎更大。如波坦F0系列的RCS起升機構(gòu)，以及利勃海爾早期的π型起升機構(gòu)。這兩種機構(gòu)都是上世紀60年的技術，前者的缺點是能耗大，特別是四、五檔調(diào)速相互切換時，兩個電機之間會產(chǎn)生很大的制動力矩和機械沖擊，同時四、五檔的切換時是在額定電流下進行，造成電流沖擊很大，而后者的缺點是減速器的輸入軸和輸出軸是平行的，客觀上造成電機與鋼繩卷筒相互干涉，卷筒直徑受到限制，造成起升鋼絲繩的排繩不齊，鋼絲繩早期磨損和使用壽命短。同時，π型起升機構(gòu)使用的減速器傳遞效率較低，雖然有的采用中硬齒面齒輪，但其型式相對能耗還是較大。

從技術和使用兩個方面來說，中型和中大型(150t.m~500t.m)塔機的起升機構(gòu)都應采用直交圓柱齒輪減速器，L型布置，變頻調(diào)速。這將成為今后的變化趨勢。目前國內(nèi)幾個減速器廠，如國茂、博能、杰牌等廠家的減速器，在技術上基本能滿足中型塔機的起升機構(gòu)配置的需要，如能加大應用，在客觀上會促進這些企業(yè)產(chǎn)品技術水平和品質(zhì)的提高。

數(shù)字技術在塔機控制系統(tǒng)中的運用會不斷普及

當前，數(shù)字技術在各個領域、各個行業(yè)都得到廣泛運用，但在塔機產(chǎn)品上的運用未得到更完整體現(xiàn)，特別是塔機各部位的限位裝置，幾乎都還是機械式的。近兩年也有一些廠家制作一些電子產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品的功能繁多，除滿足塔機的基本控制及防碰撞，

還具有GPS定位，以及強大的數(shù)據(jù)管理功能，更重要的是產(chǎn)品價格太高，所以不能得到普及。

數(shù)字技術運用于塔機控制系統(tǒng)，主要是對力矩限位、起重量限位、起升限位、回轉(zhuǎn)限位、變幅限位等實現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控。其原理是采用傳感器、接近開關采集信息，通過放大器及模擬、數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，單片計算機對數(shù)據(jù)進行處理，并通過開關量輸入、輸出轉(zhuǎn)換(I/O轉(zhuǎn)換)，對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。如果按以上控制原理，一臺中型塔機的數(shù)字控制系統(tǒng)，其成本應在5000元以內(nèi)，較容易被用戶接受，也極易推廣和普及。但是，塔機的性能會得到本質(zhì)上的提升。

數(shù)字技術運用于塔機控制系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：一是塔機的各個限位控制精度極大提高。二是操作人員對塔機作業(yè)可做到實時監(jiān)控。三是具有“容錯”和“互鎖”功能，如塔機在頂升時可避免誤操作。四、具有群塔作業(yè)的防碰撞功能?？傊?shù)字技術應用于塔機控制系統(tǒng)，能使塔機的智能化水平有一個質(zhì)的提高，塔機的安全性也會極大提高。

塔機是一種非緊湊型設備，其自身的技術性也不是很高。今后在技術上要有所改進和突破的方面，一是電機功率在55KW以上的變頻起升機構(gòu)，應實現(xiàn)電流的二次逆變，即起升機構(gòu)下降，電機處于發(fā)電工況時向電網(wǎng)反饋電流，達到節(jié)約能源目的。但這很大程度在于制造和使用兩方面觀念的改變。再就是塔機智能化水平的提高，而智能化水平提高，就要加大對數(shù)字技術的應用。再就是塔機智能化水平的提高，而智能化水平提高，就要加大對數(shù)字技術的應用。

未來的20多年仍是塔機制造業(yè)的黃金發(fā)展期。但是，市場競爭和行業(yè)競爭也會愈加激烈。有一定規(guī)模和實力的企業(yè)，應提高創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，特別是要不斷提高生產(chǎn)制造現(xiàn)代化水平，增強企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競爭力，并引領行業(yè)的發(fā)展。