塔式起重机基础知识2014.ppt

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1、塔式起重机基础知识 塔式起重机基础知识一 国内外塔式起重机的发展概况 一 国外概况1900年 第一项有关塔式起重机的专利诞生 西欧 1905年 出现了第一台塔身固定的 有臂架的原始塔机 1923年 出现了第一台较完整的近代塔机 1930年 德国开始批量生产塔机 用于建筑施工 1941年 第一部塔机标准 德国工业标准DIN8670公布了 首次正式规定t m 起重力矩表示塔机的起重能力 1946年 1979年 二战以后 随着战后重建和经济发展 塔机在西方工业化国家高速发展 1980年至今 受建筑市场的影响 发展低迷 二 中国情况1953年 从原民主德国引进 建筑师 I 型塔机1954年 在抚顺试制

2、成功第一台TQ2 6型塔机1954年 1979年 低水平慢速发展1980年 1989年 较快发展 改革开放的结果 生产厂家几十家 1991年 1999年 快速发展 厂家增加 产量增加 标准化建设加快 研发能力提高 对制造业实行生产许可 对安装实行资格许可 对使用实行监督检验许可 开始规范管理 生产厂家百余家 2000年至今 火 经济火 房地产业火 建筑业火 厂家大量增加 500余家 产量巨增 出现了一个建筑工地几十台塔机作业的火热景象 事故频发 三 我国塔机标准化建设情况有关塔机的技术标准 迄今已颁布施行的有 JG T5037 93塔式起重机分类GB T9462 1999塔式起重机技术条件GB

3、 T54 1999塔式起重机司机室技术条件JG T53 1999塔式起重机车轮技术条件JG T89 1999起重设备 吊钩防脱棘爪的设计要求JG T72 1999塔式起重机用限矩型液力偶合器 JG T5111 1999长期堵转力矩电动机式电缆卷筒GB T13752 1992塔式起重机设计规范JG T5112 1999塔式起重机钢结构制造与检验GB T5031 1994塔式起重机性能试验GB T17806 1999塔式起重机可靠性试验方法GB T17807 1999塔式起重机结构试验方法JG T100 1999塔式起重机操作使用规程GB5144 1994塔式起重机安全规程 我国标准分类 国家标准

4、 行业标准 地方标准 企业标准标准的性质分为 强制性标准 推荐性标准二 塔机的分类 组成 和参数 一 名称由来英文名称 tower 塔 crane 起重机 名称因该类起重机的外型象 塔 而来 二 主要用途主要用于起升高度大 作业半径大的工业 民用建筑施工 以及电站 水利 港口 造船等施工作业 三 分类1 按回转支承位置分上回转塔机下回转塔机2 按变幅方式分主要有 1 小车变幅式 2 动臂变幅式 3 按安装方式分 1 快速安装式 下回转式 2 非快速安装式 上回转式 4 按底架固定情况分 1 固定式 2 轨行式5 升高方式分 1 自升式 2 固定高度自升式 1 附着式 2 内爬式 四 塔机参数基

5、本参数及定义塔机参数包括基本参数及主参数 基本参数共1 项 其名称及定义示于表1 表1塔机基本参数及定义 据GB5031 1994 最大独立起升高度 最大工作幅度 标准臂长 最大额定起重量 主参数 公称起重力矩所谓公称起重力矩是指起重臂为基本臂长时最大幅度与相应额定起重量重力的乘积 主参数系列见表2 表2塔机主参数系列 kN m 按作用和工作性质区分 塔式起重机一般由下列部分组成 1 结构由底架 塔身 回转支座 塔顶 平衡臂 吊臂 司机室 梯子与平台 顶升套架和横梁部分组成 2 机构由起升机构 回转机构 变幅机构 运行机构 架设机构 液压机构等部分组成 3 电气由电源 电线与电缆 控制与保护

6、电动机等部分组成 4 安全装置由超载限制器 行程限位器 安全止挡和缓冲器 应急装置 非工作状态安全装置 环境危害预防装置等部分组成 5 附属装置由配重与压重 基础与轨道 拖运装置 附着框架及连杆 内爬框架 排绳与拖绳装置 电缆卷筒 检修装置等部分组成 这些组成部分中 1 2 3 4中的大部分是任何类型的塔式起重机都必须具备的5的部分 则因塔式起重机的类型和用途不同而配置 而且其中的有些部分应由用户自行准备 如配重 压重 轨道 基础 附着连杆等 各组成部分由于其作用 性质 形式不同 在设计 制造 检验 维护等方面均有不同特点和要求 六 塔机起重量特性曲线的确定原则1 起重量特性曲性的确定原则 塔

7、式起重机起重量特性曲线的确定要求 可由下列因素控制 1 起升系统强度 如起升电机 制动器 卷筒与钢丝绳 吊钩等 2 结构强度 刚度 稳定性 3 整机抗翻稳定性 4 最大安全工作载荷 5 起重力矩限制器控制的设定值 实际曲线 2 影响起重量特性曲线相关的具体因素和影响情况 1 变幅小车 吊钩滑轮组 钢丝绳的自重q 曲线下移 2 臂架的长度 增长 下移 3 起升绳倍率和变幅小车型式 4倍率较2倍率 下移 4 起升高度 高度增加 下移 5 起重力矩限制器 远点一致 近点上移 Q M R d qd对 R d 的影响情况 使R减小而Q增大 产品类组代号 汉语拼音第一个字母 形式 特征代号 汉语拼音第一个

8、字母 主参数代号 起重力矩Kn m 七 塔机型号的编制方法为了快速有效地区别各种塔机的品种规格 我们应当了解我国塔机的型号编制方法 根据专业标准ZBJ04008 建筑机械与设备产品型号编制方法 的规定 我过塔式起重机的型号编制图示如下 设计序号 塔式起重机是起 Q 重机大类的塔 T 式起重机组 故前两个字母为QT 特征代号看你强调什么特征 如块装式用K 自升式用Z 固定式用G 下回转用X等等 例如 QTK400 代表起重力矩400kN m的块装式塔机 QTZ800B 代表起重力矩800kN m的自升式塔机 第二次改型设计 三 塔机的金属结构塔式起重机的结构部分包括底架 塔身 回转支座 塔顶 臂

9、架 平衡臂 通道和平台 司机室等主要材料采用机械性能高 工艺性好的轧制钢材 如GB700中的Q235B Q235C GB3077中的Q345 16Mn 是主要连接方法 销轴和螺栓连接则用于为方便运办理与安装的可拆部位 由于塔式起重机在户外露天使用 一般规定环境温度为 20 40 并且承受雨 雪 大气等的侵蚀 因此 在选择材料 焊接设计时要保证良好的抗低温脆断性 具有可靠的冲击韧性保证 在抗腐蚀 避免结冰膨胀破坏方面 都要采取相应措施 一 底架 底架是塔式起得机中承受全部载荷的最底部结构件 它可以安装在行走台车上或固定支腿上 也可以安装在地面基础上 一般有下述几种形式 1 X型大型塔式起重机往往

10、采用 特点是重量较轻 受力明确 2 字型中小型塔式起重机多用此型 制造简单 3 带有可折叠的支腿型用于下回转的快速安装型塔式起重机 方便于整体拖运 4 轨距可变拖型适用于弯轨运行的行走式塔式起重机 5 双W型这是国外大型塔式起重机较新的结构 例如H30 23C MD900等 杆件长度小 便于运输与贮存 6 门座型这是造船与港口塔式起重机所必须的形式 跨度大 净空高 轮压小 可满足船只 码头上运办理车辆从中通过 对下回转的塔式起重机 底架上安装有回转支承 对上回转的 底架上部与塔身连接 底架经常要留有安装和固定压重 电缆卷筒的位置和装置 二 塔身大多数塔式起重机的塔身都是空间桁架结构 对上回转塔

11、式起重机来说 塔身是不回转的 对下回转的 塔身则是与臂架同时回转的 其区别是前者主肢在回转一周内承受交变载荷 而无论上 下回转 塔身均承受较大的压 弯 扭转 剪切载荷作用 强度 刚度 稳定及抗疲劳能力的校核都十分重要 对可接高的塔身 可分为带有套架 侧面顶升 及内外伸缩塔身 中心顶升的两种型式 塔身节的制造精度必须稳定 保证在同一型号塔式起重机中绝对互换 塔身节的连接 主要有高强度螺栓 抗剪螺栓 横向销轴 瓦套连接等 高强螺栓 横向销轴 瓦套连接 高强度螺栓介绍 1 标准 a GB9098 1 82 紧固件机械性质螺栓 螺钉和螺母 b GB1231 钢结构用高强度大六角螺栓 螺母 垫圈技术条件

12、 c JG T5057 40 1995 建筑机械与设备高强度紧固件技术要求 2 性能等级a 各类高强度螺栓的性能等级为8 8 9 8 10 9 12 9级b 各类高强度螺母的性能等级为8 9 10 12c 各类高强度垫圈的性能等级为300HV 维氏硬度 3 性能等级所表示的含义a 螺栓 10 99 表示公称屈服点 s 或公称屈服强度 0 2 与 b的比值的10倍 10 表示公称拉力强度 b 的1 100 0 2 杆件变形是达0 2 时之强度 b 螺母 10表示公称抗拉强度 b的1 100 4 常用材料有中碳钢和中碳合金钢 12 9 35CrMo40Cr42CrMo10 9 20MnTiB35U

13、B40Cr458 8 453540Cr40B对材料没有严格限制 要求保证机械性能 5 标志在螺栓头部的顶面或侧面 螺母的侧面打上性能等级及制造厂标志 6 制造工艺毛胚锻打 螺纹采用滚压法或切削法 热处理 表面处理 7 试验 楔负载强度数值为 bmin 栓头或根部不允许有裂纹 只允许在螺纹或螺纹与杆部交接处断裂 8 预紧力及预紧力距 高强度螺栓的连接 必须采用大预紧力 一般预紧应力应为该螺栓材料的屈服强度的0 6 0 7倍 预紧力和预紧力距值 注 连接板面要预处理 不刷防锈漆 表面不要锈蚀 9 防松a 不采用弹簧垫圈b 采用两个相同的双螺母防松 C 定期检查预紧力矩防松 第一次安装后使用100h

14、之后普遍检查拧紧 以后每使用500h拧紧一次 10 质保书与合格证a 应有合格证b 制造厂应以批为单位提供质保书 内容包括 a 规格 数量b 性能等级 c 材料 炉号 化学成分d 机械性能测试数据e 检验日期11 重复使用不超过两次 重复使用时应经严格的检查 12 主要破坏形式 脆断 疲劳断裂 三 回转支座一般由回转平台 回转支承 固定支座 或为底架 组成 其中 回转支承为具有较大滚道直径 座圈断面相对较小 回转速度较低 可以承受较大的倾翻力矩和轴向力 径向力的大型带齿的滚动轴承 通常由高强度螺栓与回转固定部份分别连接 螺栓本身承受轴向载荷较大 且为交变载荷 为了保证连接可靠 消除间隙 都要在

15、安装时施加一定的预紧力 四 塔顶塔顶的型式一般可分为刚性的和可摆动的两种 主要作用是支承吊臂 对上回转的塔式起重机 刚性塔顶还起支承平衡臂的作用 塔顶结构集中了由吊臂及平衡臂传来的载荷 再传递给回转支座 塔身 因此 不仅要考虑安装的方便 还要保证强度 刚度 稳定性要求 刚性塔顶 受弯矩 压力 剪切作用 可摆动塔顶 受压力载荷作用 轴心受压 五 平衡臂 平衡臂的作用 1 放置配重 产生后倾力矩以便在工作状态减少由吊重引起的前倾力矩 在非工作状态减少强风引起的前倾力矩 并保证其抗倾翻稳定性 2 在采用可摆动塔顶撑杆时 平衡臂还要对塔顶撑杆起支持作用 在采用固定塔顶时 平衡臂则是靠塔顶来支持的 3

16、平衡臂上可放置起升或变幅机构 4 平衡臂上可安装风帆标牌 调节逆风面积 保证非工作状态时尾吹风 平衡臂一般可分为 1 和塔身活动铰接连接 用于固定塔顶 大多采用实腹型钢作主梁 受压力载荷作用 轴心受压 2 和塔身刚性固定连接 用于可摆动塔顶 大多采用空间桁架梁 截面和自重都较活动铰接为大 受弯矩 压力 剪切作用 六 吊臂吊臂可分为两类 动臂变幅式小车水平变幅式伸缩式小车变幅臂架折曲式臂架 动臂变幅式按塔式起重机发展史来讲 动臂变幅式是最早采用的 它具有臂架截截面小 自重轻 幅度小时可得到较大的起升高度 截面形状为正方形 受力形式为轴心受压 小车水平变幅臂架 为了减轻自重 截面大部分为三角形 极

17、少数者用矩形截面 而且又多采用正三角形断面 用方钢管或槽钢制成的下弦杆做运动小车的轨道 上弦杆用钢管或圆钢等制成 受弯矩 压力 剪切作用 七 司机室为了便于司机操作 塔式起重机的司机室必须与回转部分一同回转 八 通道与平台 1 塔身中的通道 一般都要设直立梯或斜梯 塔身截面较大时设在塔身内部 梯子与塔身结构间距离于1 2m时要设后背护圈 梯子高度超过10m时 要设中间休息平台 2 臂架通道 现代小车水平变幅的塔式起重机变幅小车上均设有可随小车移动的检修平台 臂架内可不设通道 3 上回转的塔式起重机 回转支座间的通道一般均设在内部 最顶部的塔身节或回转固定支座上设平台 回转支痤内设扶梯或回转平台

18、上设活动可伸缩的梯子 4 凡需安装 检修操作的处所 都应设可靠的通道和平台 5 平台和走台可用花纹钢板和钢板网制造 钢板网自重轻 便于观察 优点较多 九 拉杆 四 塔机的工作机构塔式起重机的工作机构 有起升 回转 变幅 运行机构 非快速安装的则有顶升机构 一 起升机构特点及组成起升高度大调速性能要求较高 重载低速 轻载高速 并且具有可靠的微动性能 以满足安装就位 起动时逐渐拉紧钢丝绳的要求 安装形式和体积 重量都要适应整机布置要求 起升机构一般由电动机 制动器 减速箱 卷筒 卷筒轴及支承 底座 起升高度限制器 电控箱等组成 二 回转机构特点及组成 回转速度一般为0 5 1 0r min 无论吊

19、重大小 在什么幅度 风速如何变化 都应有可靠的高速性能 保证起制动平衡 钢结构不产生明显的扭转变形 吊重就位停放准确 还应具有防止碰撞和过载的性能 因此一般都采用具有软传动的形式 例如力矩电机 液力耦合器 皮带 缓冲装置 测速发电机或陀螺仪负反馈控制 电磁联轴节 还应具有按载荷大小控制的制动器 及在非工作状态允许其逆传动 随风自由回转的性能 2 液力耦合器液力耦合器亦名液力联轴器 装设在电动机与减速器之间 取代原先采用的机械式联轴器 在电动机与减速器之间 用液力耦合器替代机械联轴器可取得三种效果 1 使传动平稳地加速和减速 2 防止电动机超载 3 通过耦合器内油液数量来改变传递的扭矩 液力耦合

20、器的工作原理可用下图来说明 输入轴1与电动机相连接 带动泵轮2转动 泵轮壳3与泵轮2固定连接在一起 泵轮壳内装涡轮4 涡轮轴5与被拖动的机构相连接 泵轮和涡轮内腔分别装有尾部去掉一块的叶片6和7 在泵轮和涡轮之间的空腔内充满油液 当电动机通过轴1驱动泵轮旋转时 泵轮内的油液在离心力作用下向外流动 从而使油液具有动能 油液流至泵轮外缘时 不能再往外流 只能流至涡轮的空腔内 将动能传给涡轮 涡轮传动 动力通过轴5输出 腔内的油液按箭头所示方向循环流动 连续不断地由泵轮获得能量 再将能量传给涡轮 在泵轮和涡轮之间没有任何机械联系 实现传动的条件是工作油液在泵轮与涡轮之间循环流动 泵轮和涡轮的直径相等

21、 所以当涡轮随泵轮转动起来之后 在离心力的作用下 工作油液均力图由内缘甩向外缘 由于泵轮转速高于涡轮转速 在液力耦合器泵轮2上的各质点 如图7 3 3b中的A B C等质点 的离心力都大于涡轮上各对应质点A B C 的离心力 迫使工作油液从泵轮2流向涡轮4并形成循环流动 实现动力的传递 三 变幅机构运行小车式变幅机构动臂式变幅 四 运行机构运行机构仅用于轨道行走式 由电机 减速器 台车 车轮 夹轨器 终点限位开关 缓冲器等组成 五 液压顶升机构 上述各种型式顶升机构中的液压系统 都要求具有安全溢液阀 平衡阀 下降时还应有节流阀调节下降速度 比较完善的液压系统见图5 38所示 这种系统具备以下特

22、点 a 顶升与下降分高低压 顶升时用高压使油缸直径不致很大 下降时用低压防止意外事故强制下降导致危险 b 在下降横梁时也采用低压平衡阀 保证下降平衡和安全 c 无杆腔回油时设可调节流阀 使下降时免除振动 d 采用H型中部连通的换向阀 减小停止时的液压冲击 e 平衡阀设在油缸内部 大小不同的单向阀开锁的柱塞使上升与下降时流量不同 满足两种状态对速度的不同要求 五 安全防护装置 一 行程限位器1 起升高度限位器2 回转限位器3 变幅行程限位器4 运行限位器 二 全力矩法力矩限制器 p92 原理 Mo 0N1 l1 G l2 MRo N1 G l2 l1 MRo l1N1 C MR0 l1N1 C

23、QR0 R0 l1l1 O 到拉杆的垂直距离 为定值 l2 吊臂自重到O 的水平距离 G 吊臂自重 QR0 包含小车 吊钩滑轮 重物在内的移动载荷 MRo QR0 R0 N1和MRo 成正比 N1 塔顶所受压力 则塔顶弦杆受压时的纵向变形量增大 全力矩限制器的双片弓形钢板 簧片 将这一微小的纵向压缩变形 转变成双片弓形板间较大的横向变形 使安装在弓形板上的开关触点动作 执行保护力矩的功能 MRo N1 N 塔顶弦杆的 弓形板间的横向变形 触点动作 执行保护功能 R0 调整方法 1 预报警控制 在Rmax起吊0 9QRmax 调整开关2 2 定幅变码保护在Rmax处 起吊QRmax 使开3是触点

24、接触 放下QRmax 再起吊1 1QRmax 开关3应动作 否则应重新调整 3 定码变幅限制在最大额定载荷Qmax对应的幅度L处 缓缓起吊Qmax 调整开关5的触点接触 将小车开回臂架根部 以额定速度向外变幅 在到达1 1L处前 开关5应动作 否则应重新调整 4 变幅减速控制当v 40m min的小车向外运行 起重力矩达到额定值的80 时 应自动转换为低速运行 确定R 再测量0 8R 起吊QR 以额定速度向外运行至0 8R时 开关6应动作 十一 流动式起重机力矩限制器一套完整的流动式起重机的力矩限制器 一般包括以下五个部分 主机 载荷检测器 角度检测器 长度检测器 起重机工况监测系统流动式起重

25、机力矩限制器的检验要求及方法 1 选择测试点起重特性曲线由两部分组成 右图AB段为强度曲线 BC段稳定曲线 KjQjn 2 综合误差试验 1 增重法 一般取Kj 1 05 Kj 2 增幅法 一般取Kj 1 05 Kj注意 Lm 1 1Li 3 额定起重能力试验 有学问 如Li 12m时 Qin 5000kg 在Li 12m处加载至5000kg时 起升机构不能工作 此时 Lj 12 5m 问 能否判定该机额定起重能力试验是否合格 为什么 4 最大超载防护能力试验 三 安全止档和缓冲器1 小车变幅2 动臂变幅3 运行安全止挡与缓冲器4 钢丝绳脱槽止档和防跳装置 四 应急装置1 小车变幅绳断绳保护装

26、置2 小车断轴防坠落装置3 紧急事故开关 五 非工作状态的安全装置这一种安全装置主要是上防风抗滑的夹轨器 锚定装置 六 环境危害预防装置风速仪航空障碍灯防雷击措施扫轨板防碰撞装置 六 附属装置附属装置中 除配重 压重 基础 轨道 附着连杆等由用户自备外 其余的由制造厂根据订货要求提供 一 配重与压重配重是1 降低塔顶负荷力矩2 增加抗倾翻稳定性的主要措施 压重的作用主要是增加非工作状态的抗倾翻稳定性 并降低底架所受到的来自基础的拉力 二 基础与轨道1 固定式基础2 轨道及其基础 三 拖运装置 四 附着框架与连杆 五 内爬框架 六 排绳与拖绳装置1 排绳 2 拖绳 七 电缆卷筒 八 检修装置 七

27、 整机稳定性根据GB5144的规定和GB T13752塔式起重机设计规范的要求 对塔式起重机的整机倾翻 要进行1 无风静载工况2 有风动载工况3 突然卸载工况4 安装工况5 暴风袭击下的非工况进行计算 最后根据最危险的倾翻状态 来确定基础重量或应加的压重 一 无风静载工况验算最大吊重力矩下向前倾翻可能性 1 自重力矩 含平衡重和压重的作用 每台塔式起重机 当它立好后 空车状态有一个后倾的力矩M空 这个力矩对防止前倾是有利的 所谓自重力矩 是指整台塔机对前边缘倾翻线的后倾保持力矩 见图4 1 M自 M空 G自重 G压重 b 2 4 1 这里的G自重是整机重和平衡重之和 b指地基总宽度 G压重是指

28、基础上应加的压重 2 静态超重吊重力矩标准规定 塔机静态最大超载25 M吊 1 25Qmax G小车 G吊钩 Rmax b 2 4 2 3 安全判别要求0 95 M自 K M吊 0 4 3 其中K是安全储备系数 可取K 1 4 1 5 二 有风动载工况1 自重稳定力矩M自 M空 G自 G压 b 22 吊重力矩M吊 Qmax G钩 1 15 G小车 Rmax b 2 4 4 3 风载荷续前例 Myw 50tm4 水平惯性力和吊重风力Pnx Qmax G tg3 4 5 Mnx Pnx hmaxhmax是独立式最大起吊高度 续前例 hmax 51m则 Mnx 8 0 24 tg3 51 22 18

29、4tm 5 坡度载荷指塔机不可能是绝对铅直方向 因而有附加倾斜载荷 在塔机各部件重心计算时 已计算出 GiYi 这里只应用其计算结果 M 0 01 GiYi Qmax hmax 4 6 6 安全判别要求0 95M自 Mw Mnx Mx坡 1 15M吊 0 4 7 三 突然卸载工况吊具脱落的颤动引起向后倾翻 要以后倾翻线为准 这时 M空起不利作用 与保持力矩反向 所以必须取负号 1 M自 G自 G压 b 2 M空 4 8 2 风载荷 工作风荷 向后吹 仍记MW 3 满负荷突然掉下 向后弹0 2倍力矩M吊 Gmax G钩 1 15 G小车 Rmax b 2 4 9 4 Mx坡同前 没有多少变化 5

30、 安全判别要求 0 95M自 Mw 0 2M吊 Mx坡 0 4 10 四 暴风袭击下的非工作状况 风向后吹 这种工况 M空起不利影响 1 M自 G自 G压 b 2 M空2 风载荷3 坡度载荷4 安全判别要求 0 95M自 0 8Mwx Mx坡 0 4 11 这里 MXF前乘系数0 8 是因为风从前面向后吹 吊臂会自动转向 这是不稳定的非工况 出现几率很小 故要降低起影响 五 暴风袭击下的非工况 风向前吹 这种工况 M空起保持不倾翻作用 而且这是一种臂架会自然转过来的稳定的非工况 1 M自 M空 G自 G压 b 2 4 1 2 MWF的计算同前 3 MX坡同前 4 安全判别要求 0 95M自 1

31、 1MWF MX坡 0 4 12 这里 MWF前乘系数1 1 正是强调该种风力的危险作用 这种非工况计算结果有重要意义 六 安装工况M自 M安 G安 G压 b 2 4 13 M安 G安分别为该工况下的前倾力矩和整机重量 不含G平 MW相当于空车风力减去平衡重的风力 但此时高度很低 MX坡也不大 因为是矮塔 GiYi很小 安全判别要求 0 95M自 1 1MW MX坡 0 4 14 八 塔机的安装与拆卸 一 安装1 安装底架2 加压重3 吊装顶升套架4 吊装回转部分的组合总成5 吊装塔顶总成6 吊装平衡臂总成 包括必要时装部分平衡重 7 安装起重臂8 吊装平衡重9 穿绕钢丝绳10 连接电源11

32、顶升加节作业 二 拆卸基本为安装的逆过程九 检验十 典型事故案例 一起塔式起重机倾覆事故分析 二 事故现场调查与勘察情况 一 调查情况1 该塔机的型号为QTZ25 1996年制造 主要技术参数 2 该塔机的基础节与过渡节的连接高强度螺栓为M30 2 250 根家提供的随机图纸 该螺栓的性能等级应为10 9级3 拆装过程情况4 使用与检验5 该塔机自被购置使用至今 其高强度连接螺栓一直被多次重复使用 正常工况正常操作下的事故 具有突发性 易造成群死群伤 值得研究 一 问题的产生南京市某工地的一台QTZ25型自升塔式起重机 以下简称塔机 在吊运一筐砖进行下降作业 当砖筐降落至地面时 塔机突然向平衡

33、重一侧倾覆 造成一人死亡一人轻伤 二 现场勘察情况1 从倾覆后的现场来看 该塔机塔身的根部发生破坏 该塔机的基础节与过渡节连接的四只高强度螺栓有三只发生断裂破坏 三只断裂螺栓的相对位置及塔机倾覆前的工作位置见图1 2 1 螺栓的断裂部位及观察情况 见图2 观察1 螺栓断面 发现仅在离断面边缘约5mm 存在一宽约3mm的带状部分有新鲜金属断裂痕迹 带状部分的一侧是宽约5mm呈明显锈蚀凹凸不平的旧断面 带状部分的另一侧是宽约22mm呈明显锈蚀的旧断面 旧断面的边缘存在凹凸不平的层状现象 断面与螺栓轴线垂直 断口处无明显的变形 应力集中部位 2 螺栓的断裂部位急观察情况 见图3 观察其断面 发现断面

34、的边缘有6mm宽的部分存在明显的挤压磨损痕迹 其表面发黑 光滑 其余部分呈新鲜的放射撕裂状 断面平齐且与螺栓轴线垂直 断口处无明显变形 在2 螺栓头部未发现制造厂家标记和性能等级标记 螺牙末端 同样是应力集中部位 4 3 螺栓断裂部位及观察情况 见图4 观察其的断口 发现断口处有明显的缩颈变形 断面直径明显变细 整个断面呈新鲜的金属撕裂状 断面不平齐 断口呈典型的拉断断口特征 明显的缩颈变形 5 在现场尚未安装使用的塔身标准节连接用M30 2 250高强度螺栓中 随机抽出三只 三只螺栓头部的厂家标记分别为 CD 和 shB 性能等级标记均为10 9 三 断裂螺栓的试验与断口宏观分析根据现场勘察

35、情况 我们发现事故发生时位于起重臂一侧的1 和2 螺栓的断口处存在旧裂纹 为查明旧裂纹的产生原因 我们将1 和2 螺栓委托江苏省紧固件质量测试站进行材料化学成分化验 机械性能试验和宏观断口照相 6 事故发生时 该塔机吊运的那一筐砖的数量为254块 重约700kg 砖筐落地位置离塔身中心的水平距离经测量为9m 一 材料化学成分化验结果分析1 2 断裂螺栓化学成份化验结果与GB3098 1 82 紧固件机械性能 螺栓 螺钉和螺柱 的对照见表1 二 机械性能试验结果分析高强度螺栓的主要机械性能是抗拉强度和硬度 机械性能的试验结果与GB3098 1 紧固件机械性能 螺栓 螺钉和螺柱 的对照见表2 三

36、断口宏观观察与分析经过对1 2 螺栓断面的酸洗 可以看出1 螺栓的断面 见图5 的旧裂纹区存在明显的贝纹线 具有典型的疲劳裂纹特征 应力集中部位断口和螺栓轴线垂直 新鲜断口 新鲜断口 四 综合分析 一 螺栓疲劳裂纹形成的原因及其扩展过程分析 1 在大小 方向不断变化的弯矩作用下 高强度螺栓承受复杂的交变拉力作用 其拉力值的变化很大 应力幅也很大 3 高强度螺栓存在应力集中部位 以及可能存在的原始加工缺陷 或使用缺陷 这些缺陷在交变拉力的作用下成为微观的疲劳源 5 这些微观的疲劳源逐步发展形成表面疲劳微裂纹 7 表面疲劳微裂纹均向中心扩展 形成宏观裂纹 在继续扩展的过程中相遇而连成一片 其最终所

37、形成的疲劳裂纹 已占大半个截面 达到极限 6 多次重复使用 2 交变应力次数达一定量 4 螺栓未预紧 应力循环特性变坏 疲劳强度降低 二 该塔机倾覆的原因及其演变过程分析 未对螺栓拆卸检查 未经有关部门检验合格投入现场使用 1 拉力瞬间转移给2 螺栓 这个突然转移过来的冲击拉力 导致2 螺栓疲劳裂纹急剧扩展 产生瞬时脆性断裂 塔身原来承受弯矩的矩形结构已不存在 在弯矩的作用下 塔身向平衡重一侧倾覆 倾覆过程中将3 螺栓拉断 事故发生 未预紧 正常工作时的突然卸载冲击载荷的作用 螺栓多次重复使用 产生的向平衡重一侧的冲击弯矩 对位于起重臂一侧1 2 螺栓产生了一个冲击拉力 这个冲击拉力将已经扩展

38、到疲劳极限的1 螺栓瞬时拉断 1 2 螺栓存在疲劳裂纹 并未能及时发现 五 结论1 位于塔身基础节与过渡节连接处的分别存在较深疲劳裂纹的1 2 螺栓分别断裂是造成这起事故的直接原因 2 在该塔机的拆装及使用过程中 高强度螺栓多次被重复使用 本次安装过程中 没有按规定要求对基础节的两节之间及其与过渡节之间的连接高强度螺栓进行拆卸检查 也没有进行预紧 安装完毕后 该塔机未经有关部门检验合格即投入使用 是造成这起事故的主要原因 六 事故的教训和我们的预防对策 本文的意义 一 教训由于建筑施工单位普遍存在塔机高强度螺栓重复使用的现象 在安装使用过程中欠预紧不检查 甚至还存在使用无厂家标记 无性能等级标记的不合格螺栓的现象 使得疲劳断裂是建筑塔式起重机高强度螺栓的破坏形式之一 造成在正常工况正常操作情况下发生塔机倾覆事故 具有较大的危害性 二 预防对策1 有关部门应加强对建筑塔式起重机的安全监察和监督管理 严禁重复使用高强度螺栓 2 安装 使用单位应加强对高强螺栓正确使用的认识 做到不重复使用高强度螺栓 并加强日常检查预紧 3 检验机构要保证检验质量 对高强螺栓进行认真检查 坚决防止在检验过程中发生事故 新观点 南京市已采取措施