摘要：塔式起重机的升高高度，随建筑行业的发展而持续提升，其安全作业问题也备受各界的关注。安全装置是保证塔机安全可靠工作的可靠手段，其安装位置的精度决定了塔机能否安全的运行。本文分析了塔机起重臂的受力情况，明确力矩限制器的最佳安装位置，同时对其安装精度作了试验分析，旨在对塔机力矩限制器的安装施工提供强有力的指导。
关键词：塔式起重机；力矩限制器；安装位置
引言
塔式起重机在作业过程中，由于吊臂、钢丝绳、回转支承等强度限制和支腿跨度、配重等整体稳定性的原因，在超载工作时就有可能出现臂架等结构件的断裂或整车倾翻等危险情况。如果塔式起重机安装了力矩限制器，可以有效控制起重机不超过稳定力矩，达到安全保护之目的。随着建筑业的蓬勃发展，塔式起重机的使用得到极大推广，偶尔也有塔机事故见报。这些事故，多数情况下与力矩限制器失效、未能自动防止超力矩使用有关。少数情况下，也与力矩限制器的合理设置有关。GB 12602-2009《额定起重量（力矩）限制器》国内一般习惯称之为“力矩限制器”，为塔式起重机设计制造使用过程的关于力矩限制器的使用提供了标准规范。
1起重力矩限制器及其安装控制要求
起重力矩限制器是防止塔式起重机起重力矩超载的安全防护装置，它是塔式起重机最重要的安全装置之一。QTZ70(TC5613-6) 型塔式起重机采用的是机械式力矩限制器，机械式力矩限制器因其结构简单、使用寿命长、便于调试且动作精准被广泛应用，目前国内外知名的生产厂商均采用这种力矩限制器。这种机械式力矩限制器由调整螺杆、弹性圆环、弓形板、微动开关和调整螺钉组成，力矩限制器通过安装块固接在塔帽的主杆上，当塔式起重机吊重工作时，塔帽发生变形，带动调整螺杆产生位移，这时弓形板发生变形，触发微动开关，相应的力矩能够报警且能切断塔机向上起升和载重小车的向外变幅电路，从而起到保护作用。当力矩达到其额定值的80%左右，司机室的预警灯亮；当达到其额定值的 100%-105%时，起升装置断电，向上停止工作，但允许向下运动工作，小车向外变幅断电，停止向外变幅，但允许向内变幅，同时发出超载警报。力矩限制器作为塔式起重机最为重要的安全保护装置，必须始终保持正常工作。
对于塔式起重机力矩限制器的安装质量检验，必须对力矩限制器控制定码变幅的触点和控制定幅变码的触点分别进行校核。以QTZ70(TC5613-6)型塔式起重机安装臂长为56米滑轮组为四倍率为例，首先是定码变幅校核，根据塔式起重机的起重性能表，在8米的幅度吊起 6 吨的砝码，载重小车向外变幅，行驶至12.6米左右，装在司机室的报警指示灯应该发生报警，同时载重小车只能低速运行。载重小车继续向外变幅，小车应在16.5-17米处左右自动切断变幅电源停止向外变幅，此时按下起升控制开关，起升向上电源不能接通，起升动作不能执行，同时发出超载报警，且报警声不能停止，直至超载被解除。接下来是定幅变码的校核，根据塔式起重机的起重性能表，将载重小车移动至距离塔身距离为15.8米处，吊载砝码为6吨，控制塔式起重机起升，在一至三档的起重速度均能起升。放回地面，逐步加大砝码的重量，当砝码的重量加载至6.3-6.5吨时，应切断起升电源，停止起升动作。
2力矩限制器结构的作用原理
2.1 结构特点
力矩限制器一般安装在塔顶主弦杆等直接承受拉压力的类似结构上，当受到拉压力发生轴向应变时，力矩限制器结构可以实现应变的放大效果，从而直接引起触点开关作用。
2.2对力矩限制器测量力矩原理
以QTZ70系列塔机为例：当额定起重量时受力分析得塔顶单枝主弦杆受力500kN，主弦杆单枝截面积3960m2，力矩限制器两固定端有效距离为1100mm，根据胡克定律可以得出此有效截面范围受力500kN时，主弦杆在1100mm内伸长/压缩约0.8mm，也即此力矩限制器结构长度方向变形0.8mm。现作放大分析，如图3所示，因力矩限制器对称布置，这里仅作单侧变形分析（另一侧结果对称一样）。数学关系原理：每个测试点各相关尺寸构成三角形，即
2.3场地型式试验数据记录
主弦杆单侧受力变形D =0.4mm，则可得试验数据如表1所示。
表1 实验数据
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3 弓板式力矩限制器安装精度的设计
3.1力矩限制器精度检测的方法
弓板式力矩限制器是目前应用较为广泛的力矩限制器，其工作原理是在塔顶前方主弦杆上限制吊重产生的力矩。主弦杆在受吊重拉力变形后引起弹性钢板变形，弓板式力矩限制器的调节螺钉和限位开关之间的距离会随之发生变化。当吊重产生的力矩达到其工作允许幅度的90％时，限位开关触头与螺钉距离为零，力矩显示器预警指示灯亮，当吊重力矩超过100%时，限位开关发生作用，停止起重工作。设计搭建安装有弓板式限制器塔机试验台，以30m臂塔机为试验对象，利用拉压式传感器、静态应变仪、激光测距仪、记录仪及屏蔽线等仪器检测力矩限制器安装位置的应变、起重量、工作力矩等值，分析力矩限制器安装的精度。
塔机主肢受外力作用引起弓板式力矩限制器弹性钢板扭 曲变形，其变形量仅取决于主肢所受外力。塔机起重力矩决定主肢所受外力，因此可通过力矩限制器弹性钢板的变形量反映 吊重产生的力矩。对塔机进行应变测试确定力矩限制器的最佳安装位置，其安装位置有三种：一种是安装于塔帽平衡臂与一侧主肢处，一种是安装于塔帽起重臂一侧的主肢处，最后一种是安装于转台下面的塔身处。塔机同时安装激光测距仪，将高精度拉式传感器置于吊钩附近，分别测量距离与起重钢丝绳的张力。起重量由起重传感器直接测得数据，在测试位置安放温度补偿片与应变片，利用激光测距仪调整塔机工作幅度分别为11.5m、15m、25m、30m。再改变起吊重量，测量三个安装位置在不同起重力矩作用时的应变值。
3.2检测结果分析
精度计算值为实际起重力矩与K倍的额定起重力矩的差量和K倍的额定起重力矩之比，其中K为大于1且小于1.05的常数。应变试验的结果显示在塔帽后方主肢安装力矩限制器能使其获得相对较高的灵敏度，将弓板式力矩限制器安装于塔帽后方主肢对其位置进行精度测试，以起重臂端1.03的额定起重力矩调试力矩限制器。力矩限制器的综合精度可对限制器进行安装调试 ，在实际作业中更好地发挥其安全装置的作用。
3.3提高检测精度的办法
塔机力矩限制器安装精度测试时要尽量排除外界因素的干扰，这样得到的数据才会更精确。为避免其他信号的干扰，提高测试系统的抗干扰能力和测控精度可在应变测试时采取温度补偿措施，排除试验环境的温度对测试数据的影响。应变片可用屏蔽线连接以屏蔽干扰信号。对于重量传感器的选用要遵循精度高、性能稳定及线性好的原则进行选择，为减少非线性环节的影响可在信号记录仪器与传感器之间安装信号放大器。激光测距仪也要选择高精度仪器，可采用DIST0pro激光测距仪装于塔身。总之，要提高检测精度就要尽量排除非相关因素的影响，使试验在一个更相对理想的环境中进行。试验台有七大功能模块，包括检测塔基结构振动特性模块、检测塔机各机构基本参数模块等，在安装每个模块时要注意安装精度，避免测试装置对试验结果造成误差影响。
4 结束语
力矩限制器在塔机安装位置的准确性与精度的研究是建筑施工中塔机安全作业研究领域的重要课题。弓形力矩限制器是保证塔机安全的最重要的装置，当安装于塔机主肢的力矩限制器钢板因受到外力作用变形到一定限度触动报警开关时，说明起重力矩已经达到塔机的最大工作范围，塔机应立即停止工作，避免发生安全事故。但是力矩限制器安装位置的精确度不高会导致不能及时报警从而发生吊重超载的情况，这是塔机作业中严重的安全隐患问题。因此，塔式起重机力矩安装位置的研究具有重要的意义，提高其安装精度对塔机安全可靠工作至关重要。
参考文献：
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