小车变幅塔式起重机的回顾与展望 梅 琨

Retrospection and expectation of trolley-jib tower crane

1 历史回顾

在塔机的百年历史中，最早出现的塔机型式是动臂式，无论是国外的Liebherr、Potain，还是中国均如此。由于技术的局限性，直到上世纪五六十年代，动臂式塔机很少能带载变幅，故大

部分要靠在轨道上行走来改变吊装物的水平位置，这一致命的缺点使动臂式塔机后来很长一段时间被挤出建筑市场，代替它的是我们现在十分熟悉、流行的小车水平变幅塔机。小车水平变幅型式由于可以轻而易举地带载变幅，变幅时吊重水平移动，不仅变幅功率很小，而且吊重安装就位准确、易操作，上回转、下回转、附着、内爬、行走都可选用。另外，从塔机设计角度来看，优点十分明显。

1）改变幅度而臂架始终在原位，使上部动态、静态载荷变动量都不大。

2）变幅的驱动功率仅为动臂式的1/10。

3）由于臂架水平固定，机械式起重力矩限制器取力信号可不受臂架重心变化的影响，因而提

高了其精度和可靠性。

4）臂架设计最大长度远远超过动臂式，目前最大可达80～100m。

5）臂架支承与变幅机构无关，方便安装、检修、调试。

6）钢丝绳走向和布置简单，干涉检查直观。

据笔者的粗浅论证，小车水平变幅的设想可能是受桥式起重机起重小车的启发，不过是将起升和变幅机构从小车上移走，大大减轻了小车重量和解决了电源供给和电气控制问题，使用、设

计、制造方面的一系列优点，使小车水平变幅塔机首先在欧洲获得广泛应用。据Potain 公司介绍，它拥有这方面一些专利，可推断Potain 公司首先在塔机上采用了小车水平变幅。我国从20 世纪60 年代后期直到70 年代，塔机的研究开发受国外影响的程度和角度不同，一直按两条路线进行：

a）快速安装塔机：动臂式、小车水平变幅式；

b）自升式塔机：小车水平变幅式。

早期的小车水平变幅塔机包括长沙（常德）建机所、北京、上海等研制的QTK25、QTK60、QTP40、ZT120、QTZ160、QTZ80 等型号。几年后，人们就认识到小车水平变幅的诸多优势。80 年代，一系列老式的动臂式塔机（红旗Ⅱ-16，TQ60/80 等）被强制淘汰，塔机行业几乎完全是小车水平变幅塔机。这段历史充分证明了技术水平和人们认知能力的提高，是推动塔机发展的动力。当国内业界对动臂或小车水平变幅的争论的余音还未散去，80 年代中期开始的引进工作开拓了大家的眼界，欧洲数家塔机企业纷纷来华推介其技术，随后确定的对Potain 公司4种型号小车水平变幅塔机的引进，最终结束了国内的争论，小车水平变幅塔机完全统治了国内市场。我国的塔机技术接近了国外水平，由进口国变为出口大国。最近几年来我国塔机行业迅猛的发展，产量、厂家数目、出口量成倍的翻番，这与小车水平变幅为制造提供的简单易行的方便条件是有很大关系的。当塔机行业取得如此惊人的绩效时，应该不要忘记发展是硬道理。更重要的是不要忘记，与国外相比，我们现在的发展，很多是靠大量消耗人力和物力资源、漠视对生命的危害而取得的。如何使我国塔机行业按以人为本的原则走上持续良性发展之路，是我们当今重要课题。其中，正确回顾和展望小车水平变幅塔机的发展将有助于此课题的探讨。

2 发展近况

目前最大型的塔机，如丹麦Kroll的10000tm级K-10000、法国Potain 的MD3600 都采用小车水平变幅，最大臂长达80～100m。经过数十年的发展，小车水平变幅塔机有如下特点。

2.1　臂架的发展

1）臂架已形成多种型式，除水平臂外，尚有可折臂、可仰臂、可伸缩臂，以适应不同施工要求。臂架的支承方式有单或双拉杆、静定双拉杆，无拉杆支承的平头式塔机则成为目前引起广泛兴

趣的特有的结构型式。臂架截面则分为正三角形、倒三角形、矩形；变截面时不仅高度变化，而且宽度也变化（Bauma2007 德国WILBET 展品）。

2）快速安装塔机，包括汽车式、履带式，完全采用小车水平变幅。为了整体运输、自身架设，

臂架可侧折、上折，折叠动力以液压油缸为主。城市起重机大多是小车水平变幅的，而且实现起升机构、起升绳、吊钩滑轮组、变幅机构、变幅绳与臂架为一个安装总成，在地面装配、穿绕完成后，整体直接与塔头总装。

3）小车水平变幅平头式塔机近几年发展较快，特别是Liebherr 的EC-B 系列代表了最新发展， 表明世界最负盛名的塔机企业取代了Comansa、Comedil 在平头式塔机方面占有的技术领先地位。臂架支承方式、接头型式、腹杆布置方法、变幅小车等都有较大创新并继承了Liebherr的传统设计特点。

4）Liebherr塔机臂架传统设计特点包括：高度与宽度之比较大、弦杆皆为方管、拉杆则主要是单拉杆（少数重型塔机为静定双拉杆）、变幅小车大部分仅为2倍率、臂根铰点皆为快装接头（除

快速安装塔机外），拉杆则采用无须焊接接头的方钢。Potain 塔机的小车水平变幅臂架特点是：高宽比较小、上弦均采用圆钢、下弦接头毛坯为铸钢件并采用闪光对接焊与下弦方管连接、拉杆为圆钢，除城市起重机外都采用双拉杆，变幅小车为双小车、2 / 4 倍率。P o t a i n 塔机的臂架与Liebherr 相比，显得体形小、秀气，迎风面积相对小一些，运输条件也好一些。

2.2　变幅小车的发展  变幅小车近年有两种不同的代表型式。

2.2.1　以Potain为代表的双小车

起升绳倍率的变换由可自动接合、分离的前后小车进行，它可大大提高2倍率时的起重量。正

因为有了这个优点，Potain 公司原来的一些型号，如TOKIT F023/B、H3/36B 等，臂长得以增大10m，而臂端起重量并未减小过多，仍可满足施工的一般要求，表1 为改进前后对比。

双小车倍率变换的构造、操作与单小车相比，虽然尚存在一些要解决的问题，但还是简单得多。除Potain 外，Comansa 则采用另外一种双小车。Liebherr 目前也在重型塔机（Qmax ＝ 32～

64t）上采用双小车。目前还不能推断双小车为今后变幅小车发展的主要方向。对2/4 倍率变换的小车水平变幅塔机，过去Potain 和Comansa 产品一般都规定SM（仅一种2倍率）小车、DM（可用两种倍率2/4）小车，但是用户在购买时必须注明SM 还是DM，安装后无法改变。如果采用双小车，就不存在这个问题了。因此，可以说双小车就这一点来说应该是今后的发展方向之一。

2.2.2　以Liebherr为代表的单小车

因为Liebherr除快速安装、城市塔机外，变幅小车仅用2倍率，无4倍率，故无须考虑变倍率问题。为了提高有效起重量，主要解决的是降低变幅小车的自重。仅用2 倍率，不仅降低小车和

吊钩下钢丝绳自重，更大的好处则是降低了起升卷筒的容绳量，因而卷筒长度大大缩短，改善排绳效果、方便机构布置。这是Liebherr多年来一直保持的传统，起升机构电机减速器规格变大、成本上升，但是它改善了工作性能，为用户创造了良好的工作条件。不能不说这是以人为本的设计理念，值得我们思考。

表2 是我国塔机和Liebherr 的2/4 倍率城市塔机变幅小车的重量对比。变幅小车自重的减轻，

主要得益于小车架采用深薄矩形截面管及起升绳绕法。Liebherr 塔机这种绕法还有一个优点，钢丝绳始终都在各滑轮绳槽中心，绕入、绕出角均为零，这对钢丝绳的保护和寿命有极大好处。实际经验证明钢丝绳的反向弯曲对疲劳影响并不大。Liebherr 单小车的这种设计指导理念，将会逐渐为我们接受。

2.2.3　变幅小车的其他发展

1）尼龙材料的应用，承载滚轮、挡轮，托轮应用尼龙已经很成熟了，工艺性好、重量轻、噪

声小、附着力大。与此对应，Potain、Liebherr塔机起升滑轮一般不用尼龙滑轮，这可能与尼龙滑轮与钢丝绳间挤压变形大、降低效率、加剧钢丝绳在绳槽侧面上的滑动而引起的钢丝绳扭转、使用吊钩空钩下降困难等有关。这一点应引起国内大量采用尼龙滑轮的厂家注意。

2）变幅小车一般均设有检修平台和围栏，这部分的重量不可忽视。Liebherr则将此装置设计成活动的，不用时可很简单方便地转移存放到臂架根部处，这不失为一个减轻变幅小车重量的有效措施。

3）变幅小车滚轮基本上淘汰了带轮缘的型式，因为只有用两侧的水平导轮才是安全可靠的。这已经为国内许多重大事故证明了。

4）德国Peiner SMK203 快速安装塔机、Liebherr EC 城市塔机采用变幅小车运行到臂端去固定、返回起升绳端头。国内有些厂家也模仿过这种技术（一根绳技术）。现在因快速安装塔机改型而不再用了。

5）Potain 的断轴保护装置与滚轮罩支架合二为一，这是较巧妙的设计。

6）大型塔机变幅绳的张紧，往往借助变幅小车往复运动使棘爪推动棘轮卷筒，并靠弹簧复位，不再用人力去搬动。这也是以人为本理念的体现。

7）臂架长度增大后，起升绳的下挠度可能达到6～7m，Potain、Comansa 都设计有复杂的托绳装置和系统，Liebherr也曾有过。实际证明，这种装置损坏率过高，而且有过空中坠落的事故发生。据国外介绍，现在他们主张不安这种复杂的装置，而是在减小钢丝绳线重量、提高滑轮效率、增大吊钩滑轮组重量方面采取措施，降低下挠度。这种从根本上、从源头上解决的理念，就如同好的治水方针是事先疏导而不是洪水来了再筑堤防洪。

3　前景展望

小车水平变幅塔机还在发展，新技术会不断出现。但它独占塔机市场的局面恐怕不会有了，被其它变幅方式完全取代也不现实。

3.1　不利因素

来自市场方面的信息，有以下不利于小车水平变幅塔机的问题。

1）世界范围经济发展导致已有的城市越趋向密集化。新建城市虽然暂时无密集化问题，但新的安全、生态要求也对固定臂长的小车水平变幅塔机提出了限制。除此而外，核电站施工塔机林立，互相干扰问题也成了新课题。最近20年来，许多国内著名厂家都接到臂长为20～35m 臂长塔机定货，起重力矩60～250tm。小车水平变幅塔机一向引为优点的臂长、覆盖大的优点，由于它必须掠过其他建筑物和道路，造成意外事故时伤及无辜、扩大伤害范围而成为致命缺点。

2）在安装方面，小车水平变幅塔机越来越受到下列限制和影响：①内爬使用时，臂架拆卸困

难；②附着使用时，当施工现场附近出现后续的其它建筑时，困为顶升方向已经确定最后无法降下平衡臂或臂架；③施工冷却塔、高压输电线塔时，臂架过长，最后的拆卸也成为难题。虽然国外一些著名厂家为解决这些难题，研制开发了可折臂、伸缩臂、重叠臂的小车水平变幅塔机，但是由于技术复杂、改变状态时危险性很大，近几年已经逐渐退出了市场。为解决安装后拆卸困难，曾发生了多次因冒险作业而酿成的重大伤亡事故。

3）在日本、东南亚、英国，塔机不得掠过交通道路或其它建筑物，已定为法律。可带载变幅

的新式塔机应运而生，它几乎不存在上述问题。过去，澳大利亚Favco 动臂塔机在高层建筑中占有优势就是因为它用于内爬时拆卸方便，臂架可自行落下，平衡臂很短。英国伦敦市内建筑工地动臂式塔机占了多数，香港也非常欢迎动臂式塔机。bauma2007 展会上，动臂式塔机比例很大，各厂家都在争先开发新的动臂式塔机。

3.2　前景预测

不能不承认，小车水平变幅塔机受到了动臂式塔机严峻的挑战，但是一般说来，动臂式塔机

成本高，这主要是其安全装置比小车水平臂式的复杂、精度高，拉臂机构目前还须有第二制动器，实现变幅时吊钩水平移动则要求较高成本的控制系统，拉臂机构功率较大。变幅速度不高、顶升加节困难，钢丝绳穿绕困难，在安装和维修拉臂机构时要设臂架支持绳，也使用户有顾虑。短小的平衡臂要求起升拉臂机构要适合布置要求，生产厂家不得不特殊考虑。这些因素使得小车水平变幅塔机还会有较大市场，特别是在中国、独联体各国。小车水平变幅式塔机未来的前景，取决于下列因素。

1）经济发展水平不同地区不同要求的用户所占比例。

2）动臂式塔机的发展程度，特别是成本、性能的改进，能否像小车水平变幅塔机那样普及。

3）小车水平变幅塔机本身缺点的改进，符合各种用户要求的设计理念何时出现。

技术在发展，思路会变化，经济形势决定市场取向，这就是历史的必然。小车水平变幅塔机也会如此。无论是希望，还是估计，笔者认为小车水平变幅塔机的前景不会像过去那样独占市场，但仍会占有至少1/2 的市场。