塔式起重机力矩限制器的失效形式
塔式起重机起重量限制器与力矩限制器的作用
作． 断 电下 降 或 以 低 速 起 升 。
图 ３ 某厂 Ｑ Ｔ Ｚ ６ ３型塔 式起 重机特性 曲线
率５ ０ ｍ 臂说 明 （ ２倍 率 同理 ） ，曲线 中水 平
段， 即幅度 １ ３ ． ７ ２ ｍ内， 最大 起重量 为 ６ ｔ ； 同 样 ，２倍 率 时在 幅 度 ２ ５ ． ２ ３ ｍ 以 内 时 最 大 起
● 建 筑 知 识
塔 式 起 重 机
起重量限制器与力矩限制
口李敏红 何 源鹏
工程管理人 员和部分塔式起 重机 （ 以下简称塔机 ） 操作 人 员都 知道 ，塔 机起 重 量 限 制 器 与 力 矩 限 制 器 作 用 均 是 防
止超重 ， 但 为 什么 要 设 置 两 个 限 制 器 呢 ？在 培 训 中 有 的 同 志
提 问， 是 不是 双 重 保 护 ， 可 否去 掉 一 个 ？
起 重 原 理 介 绍
首 先 介 绍 下 两 种 限 制 器 的 工作 原 理 。
起 重力 矩 限 制 器 安 装 在塔 帽 中 部 前 侧 的 弦 杆 上 （ 图１ ） ， 塔 机 工作 时 ，塔 帽 发 生 前 倾 变 形 ，两 条 簧 板 之 间 的距 离 增 大， 带动 调整螺杆 移动 ， 调整 螺杆触及行程 开关 。 相 应 力 矩
重量为 ３ ｔ ，也 就 是 每 根 钢 丝 绳 承 担 的 重量 为 １ ． ５ ｔ 。 当每 根 钢 丝 绳 承 担 重 量 大 于 １ ． ５ ｔ
时 则起 重量 限 制 器 报 警 ， 以幅度 １ ０ ｍ 为例 ， 这 时起重机 能起 吊 ６ ｔ ，则 力 矩 为 ６ ｘ １ ０ ＝ ６ ０ （ ｔ ・ ｍ ） ＜ ６ ３（ ｔ ・ ｍ ） ， 所 以 此 时 起 作 用 的 应 该 是起 重 量 限 制 器 而 不 是 力 矩 限 制 器 。 再 以 幅 度
起重机械机械失效模式和常见失效形式
起重机械机械失效模式和常见失效形式
•1）变形失效
机件在正常工作过程中由于变形过大导致失效。
•——弹性变形失效
•——塑性变形失效
外加应力超过零件材料屈服极限时发生明显的塑性变形(永久变形)。
——塑形变形失效
•起重机械金属构件（如主梁等）的塑形变形达到一定程度时，将发生失稳现象，承载能力降低，影响其他部件的正常工作。
——弹性变形失效
•当应力和温度引起的零件可恢复的弹性变形大到足以妨碍装备正常发挥预定的功能时，就出现了弹性变形失效。
•静刚度过大
（2）断裂失效
•起重机械由大量零部件和结构件组成，断裂是起重机械失效的基本模式之一。
常见韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等三种失效形式。
韧性断裂脆性断裂疲劳断裂
（3）表面损伤失效
•起重机械一般要实现多个运动，由多个机构组成，使用了大量的齿轮、轴承、车轮、轨道、吊钩、卷筒、滑轮以及钢丝绳等易损件。
磨损失效是起重机械使用中常见的失效模式，具体分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损（冲刷磨损）等五种失效形式.
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引起零件早期失效的原因是很多的，主要有以下几方面：
1、设计与选材上的问题；
2、加工、热处理或材质上的问题；
3、装配上的问题；
4、使用、操作和维护不当的问题。
塔式起重机力矩限制器的失效形式
塔式起重机力矩限制器的失效形式为保证起重机的安全使用，最近颁布的中华人民共和国国家标准GB/T5031-2008《塔式起重机》中，5.6.6起重力矩限制器和起重量限制器第一，第二，第三条规定当起重力矩大于相应幅度额定值并小于额定值110%时，应停止上升和向外变幅动作。
力矩限制器控制定码变幅的触点和控制定幅变码的触点应分别设置，且能分别调整。
对小车变幅的塔机，其最大变幅速度超过40m/min，在小车向外运行，且起重力矩达到额定值的80%时，变幅速度应自动转换为不大于40m/min的速度运行。
目前塔机上使用的力矩限制器大多数为弓板式力矩限制器，由于弓板式力矩限制器原理科学，结构简单，制造安装方便，因此被大规模使用。
力矩限制器实际上是一个机械变形放大器，他将塔顶弦杆受压时的微小变形，转变为弓形钢板间的较大变形，使安装在弓板上的触头接触，执行力矩和变幅保护功能。
在多年的实践中，我们发现了令其失效的形式。
2、导致塔式起重机力矩限制器失效的几种形式2.1在塔吊吊载过程中，由于载荷的突变，造成力矩限制器的失效。
当塔机吊载时载荷发生突变，弓形力矩限制器变形量也急剧增大，顶杆行程过大，其行程远超过110%力矩作用后使顶杆产生的行程，造成顶杆将起控制作用的行程开关顶撞坏而失效，从而造成力矩限制器失效。
2.2在塔吊运输，拆装过程中造成失效。
对于在建筑安装施工中的塔式起重机，拆卸、搬迁和安装十分频繁，在塔吊运输，拆装过程中，由于未对弓板型力矩限制器进行有效防护及塔顶的摆放位置不准确，或有其他构件对力矩限制器的压迫造成其失效，或由于违规操作和疏忽等原因，造成弓板式力矩限制器结构意外变形，导致顶杆与开关触头不同心，顶杆无法触碰开关使开关动作，最终导致力矩限制器失效。
2.3人为调整定丝杆造成的失效在施工现场的实际使用上，由于起重臂幅度与相应起重量的关系，在某一幅度对应相应起重量。
因此在施工时有时满足不了相应幅度的施工使用者的要求的起重量，以5013塔吊为例，50米臂时吊重为1.3吨，而实际使用时在50米臂处吊载时，有很多载荷超过1.3吨，为了抢时间，争速度达到能施工的目的，使用者经常对丝杠进行调节，增大丝杠顶头与行程开关的距离，这样便增大了力矩，超载运行，人为造成起重力矩限制器的失效。
谈塔式起重机的力矩限制器
谈塔式起重机的力矩限制器集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-谈塔式起重机的力矩限制器塔式起重机在使用中，超力矩是发生倾覆事故的主要原因之一。
因此，力矩限制器是塔吊的必备的安全装置。
弓形力矩限制器是目前塔式起重机上使用最为广泛的产品。
笔者就上回转水平变幅塔吊力矩限制器的几个问题谈谈自己的看法，供参考。
1 力矩限制器的主要技术要求综合精度不得劣于±5%,在任何情况下,其超载报警点的实测起重力矩不得大于起重机对应工况下额定起重力矩的110%;技术要求中还规定：实际起重力矩达到相应工况下额定起重力矩的90%左右时发出预警信号,达到或超过相应工况下额定起重力矩时发出超载信号,。
在在小车向前运行时,起重机力矩达到额定力矩的80%时,应自动转换为低速运行。
2 垂直度对力矩限制器的影响从以上两个标准中可知，塔身与地面的垂直度规定是从稳定性的要求出发的，如果垂直度太大，塔吊的整个重心便会移动，同时吊钩的幅度也会相应增大，其结果是减少稳定力矩而增大倾覆力矩。
如果此时调整力矩限制器,精度指标肯定超过规定标准。
如遇有大风，吊物重量超载等多种因素相遇时，对塔机稳定性的影响会更大，当超过稳定力矩极限时，就会发生塔身倾覆事故。
例如:QT60,自由高度40米,上部自重近30吨,如果按4‰计算，垂直度偏差达0.16米,增加的力矩为4.8吨米，是额定力矩的8%，很显然是比较危险的。
笔者认为在调整力矩限制器时，必须考虑到垂直度的影响，扣除因垂直度偏差而增加的力矩，这样才能保证安全。
3 变幅钢丝绳对力矩限制器的影响变幅制动可靠时，如果变幅钢丝绳松弛程度太大，当变幅小车停止时，虽然到了超载报警点，但由于惯性，小车仍会继续向前移动，不仅起重物体就位很困难，而且影响了塔吊力矩限制器的检测精度，有时会严重超载，例如：QT60塔吊,在提升最大起重量6吨时，如超报警点0.5米，则实际超载达115%，这也是很危险的。
塔式起重机起重量限制器与力矩限制器的作用
1 起重原理介绍首先介绍下两种限制器的工作原理。
起重力矩限制器安装在塔帽中部前侧的弦杆上(图1)，塔机工作时，塔帽发生前倾变形，两条簧板之间的距离增大，带动调整螺杆移动，调整螺杆触及行程开关，相应力矩能报警和切断塔机起升向上和小车向外变幅的电路，起到力矩限制器的保护作用。
图1 安装在塔帽上的力矩限制器起重量限制器的传感器一端用销轴与回转塔身相连，另一端用销轴与大臂根部导向滑轮相连，起升钢丝绳从塔帽下来穿过带传感器的大臂根部的导向滑轮(图2)，当起吊重物时，起升钢丝绳受力，待到传感器两个簧片变形到一定程度，触动限位开关动作,断电下降或以低速起升。
(a)(b)(c)图2 安装在大臂根部的起重量限制器示意(a)立体示意；(b)侧面图；(c)受力分析2 限制器的区别以图3所示某厂QTZ63型塔式起重机特性曲线说明两种限制器的区别。
以4倍率50m臂说明(2倍率同理)，曲线中水平段，即幅度13.72m内，最大起重量为6t；同样，2倍率时在幅度25.23m以内时最大起重量为3t，也就是每根钢丝绳承担的重量为1.5t时，起重量限制器报警，以幅度10m为例，这时起重机能起吊6t，则力矩为6x10=60(t -m)<63 (t-m)，所以此时起作用的应该是起重量限制器而不是力矩限制器。
再以幅度50 m为例,此处起重量为1.3t，每根钢丝绳承担重量为1.3÷4=0.325t<1.5t，力矩为1.3×50=65( t·m)>63 (t ·m),所以此时起作用的应该是力矩限制器。
当然，因为塔机工作中受力情况复杂，起重量与力矩也不完全是以这样的比例计算，但上述内容已能充分说明起重量限制器和力矩限制器在工作中是在不同幅度中起作用的。
通过以上分析，说明两个限制器各有作用，均不能缺少、不能相互代替。
图3 某厂QTZ63型塔式起重机特性曲线。
塔式起重机检查常见8种安全隐患
塔式起重机检查常见8种安全隐患自2008年国务院研究部署扩大内需十项措施以来，保证了经济平稳较快增长，尤其是建筑行业出现了空前绝后的狂热。
塔机起重机生产与销售也出现异常火爆情况。
随着塔式起重机数量的不断增加，分布区域广而杂给监管带来了不便，塔机使用方为了能图快图多图省对塔机的安全装置有或无意识的进行忽视。
这样给安全生产带来了诸多的安全隐患。
下面将最近对工地塔机使用检查后出现的共性问题分析如下：1.力矩限制器的失效力矩限制器的失效情况有弓型架弹性的变形失效和力矩限制器电气触动开关的失效。
弓型架弹性的变形失效引起塔机超载而弓型架变形接触不到电气触动开关，达到超载不报警的目的。
形式有弓型架用铁丝绑牢和弓型架不可恢复性变形。
见图1、图2图1图2力矩限制器触动开关的失效为电器元件的损坏，由于无防雨罩壳的保护，长时间暴露于外，引起锈蚀、老化失效。
另外一种失效形式为调节螺杆反装，即调节螺杆螺帽方向与电气触动开关相反方向安装。
1.起重量限制器的失效起重量限制器的失效将起重量限制器与吊臂臂根横梁用铁丝捆牢，使塔机不能限制起升荷载和防止超载运行，对起升传动部分及相应结构、电机和电气造成损坏。
见图3图3 图41.变幅小车防脱绳的失效变幅小车防脱绳装置在GB5144《塔式起重机安全规程》中规定钢丝绳防脱装置挡绳杆或挡绳板与滑轮最外缘间隙不得超过钢丝绳直径的20%，而变幅小车在使用过程中变幅钢丝绳极易受冲击跳出滑轮槽，引起挡绳板或挡绳杆断裂，使其失去防脱绳效果。
见图4。
1.变幅机构幅度限位的失效变幅机构幅度限位器防止小车在两端极限位置和起重臂碰撞而发生事故的安全装置，一般安装在小车牵引卷扬机滚筒上。
绝多数幅度限位是小车靠近吊臂架根部限位无，造成原因塔身加节时，幅度限位器内限位短接，塔机加节完毕后未恢复幅度限位器。
1.起升高度限位器的失效起升高度限位器是防止吊钩在上升超过极限位置，使卷扬机拉断钢丝绳，造成吊重坠落事故的安全装置。
起重机常见限制器失效原因分析及应对措施
起重机常见限制器失效原因分析及应对措施■郭忠1 张帆1 闫嘉谊21.中石化重型起重运输工程有限责任公司，北京，1000292.中国人民解放军32379部队，丰台，100072摘要：随着国内起重机制造技术的逐步成熟，起重机的产量增加，大型、超大型起重机设计技术得到快递突破，促使吊装行业迅猛发展，吊装行业已经成为国内石油石化、城市基础建设、新能源领域、轨道交通建设的重要保障。
但吊装施工事故时有发生，事故原因一部分归结为起重机械本体故障，一部分归结于人为、违章操作。
安检部门多次组织对工程建设项目中的新建、扩建、改建、检修项目安全大检查中，发现施工现场普遍存在限位开关故障，强制关闭限位开关的违规操作问题。
为确保起重机安全规范使用，通过分析该违规操作普遍出现的原因，提出可行的改进措施，促进吊装施工现场大型吊装设备的管理专业化、科学化、规范化。
关键词：限位开关；违章操作；安全管理；改进措施Summary: With the gradual maturity of domestic crane manufacturing technology, crane production increased, large-scale, super-large crane design technology has been express breakthrough, to promote the rapid development of the lifting industry, lifting industry has become the domestic petroleum and petrochemical, urban infrastructure, new energy fields, rail transit construction of an important guarantee. However, lifting construction accidents occur from time to time, the cause of the accident is partly due to the failure of the crane body, partly due to man-made, illegal operation. Security departments have repeatedly organized safety inspections of new construction, expansion, alteration and maintenance projects in construction projects, and found that there is a widespread limit switch fault at the construction site, and the illegal operation problem of forcing the limit switch to be turned off. In order to ensure the use of crane safety regulations, by analyzing the reasons for the widespread violation of the operation, put forward feasible improvement measures to promote the lifting construction site large-scale lifting equipment management specialization, scientific and standardized.Keywords：Limit switch, illegal operation, safety management, improvement measures1 常见起重机限位防护装置的定义、分类及安全设置要求起重机上常见的限位开关包括：起升高度限位器、下降深度限位器、行程限位器、幅度限位器等。
关于力矩限制器的原理分析及结构介绍
57CONSTRUCTION MACHINERY关于力矩限制器的原理分析及结构介绍俞宏智，叶进其，褚鹏程，尹志豪（浙江省建设机械集团有限公司，浙江 310006）［摘要］力矩限制器是一种保证塔式起重机安全作业的超载保护装置，是塔式起重机最主要的安全保护装置。
塔式起重机安装了力矩限制器，就可以自动有效控制起重机不超过稳定力矩，避免由于操作人员一时的操作失误而造成人身伤亡和塔式起重机严重损伤等重大事故，从而达到安全保护的目的。
本文从结构和数学方面进行了力矩限制器的工作原理分析。
［关键词］力矩限制器；额定起重量；安全吊装［中图分类号］TH212 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2017）07-0057-03The principle analysis and structure introduction of forque limiterYU Hong -zhi ，YE Jin -qi ，CHU Peng -cheng ，YIN Zhi -hao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，就可以自动有效控制起重机不超过稳定力矩，避免由于操作人员一时的操作失误而造成人身伤亡和起重机严重损伤等重大事故，从而达到安全保护的目的。
近年来，随着建筑业的蓬勃发展，塔式起重机的使用得到极大推广，但偶尔也有塔机事故见报，而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。
GB12602-2009《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 安全控制要求1.1 GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中第9.7.3.2点起重力矩限制器内容额定起重量随工作幅度变化的起重机.应装设起重力矩限制器。
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塔式起重机力矩限制器的失效形式
为保证起重机的安全使用，最近颁布的中华人民共和国国家标准GB/T5031-2008《塔式起重机》中，5.6.6起重力矩限制器和起重量限制器第一，第二，第三条规定当起重力矩大于相应幅度额定值并小于额定值110%时，应停止上升和向外变幅动作。
力矩限制器控制定码变幅的触点和控制定幅变码的触点应分别设置，且能分别调整。
对小车变幅的塔机，其最大变幅速度超过40m/min，在小车向外运行，且起重力矩达到额定值的80%时，变幅速度应自动转换为不大于40m/min的速度运行。
目前塔机上使用的力矩限制器大多数为弓板式力矩限制器，由于弓板式力矩限制器原理科学，结构简单，制造安装方便，因此被大规模使用。
力矩限制器实际上是一个机械变形放大器，他将塔顶弦杆受压时的微小变形，转变为弓形钢板间的较大变形，使安装在弓板上的触头接触，执行力矩和变幅保护功能。
在多年的实践中，我们发现了令其失效的形式。
2、导致塔式起重机力矩限制器失效的几种形式
2.1在塔吊吊载过程中，由于载荷的突变，造成力矩限制器的失效。
当塔机吊载时载荷发生突变，弓形力矩限制器变形量也急剧增大，顶杆行程过大，其行程远超过110%力矩作用后使顶杆产生的行程，造成顶杆将起控制作用的行程开关顶撞坏而失效，从而造成力矩限制器失效。
2.2在塔吊运输，拆装过程中造成失效。
对于在建筑安装施工中的塔式起重机，拆卸、搬迁和安装十分频繁，在塔吊运输，拆装过程中，由于未对弓板型力矩限制器进行有效防护及塔顶的摆放位置不准确，或有其他构件对力矩限制器的压迫造成其失效，或由于违规操作和疏忽等原因，造成弓板式力矩限制器结构意外变形，导致顶杆与开关触头不同心，顶杆无法触碰开关使开关
动作，最终导致力矩限制器失效。
2.3人为调整定丝杆造成的失效
在施工现场的实际使用上，由于起重臂幅度与相应起重量的关系，在某一幅度对应相应起重量。
因此在施工时有时满足不了相应幅度的施工使用者的要求的起重量，以5013塔吊为例，50米臂时吊重为1.3吨，而实际使用时在50米臂处吊载时，有很多载荷超过1.3吨，为了抢时间，争速度达到能施工的目的，使用者经常对丝杠进行调节，增大丝杠顶头与行程开关的距离，这样便增大了力矩，超载运行，人为造成起重力矩限制器的失效。
2.4垂直度导致的失效
JGJ33—86《起重机械使用安全技术规程》第4.4.3条规定：起重机安装后，在无荷载情况下，塔身与地面的垂直度误差不得超过3％0。
塔身与地面的垂直度规定是从稳定性的要求出发的，如果垂直度太大，塔吊的整个重心便会移动，同时吊钩的幅度也会相应增大，其结果是稳定力矩减少而倾覆力矩增大。
如果此时调整力矩限制器，其精度指标肯定超过规定标准。
如遇到大风，当风力与吊物重量超载等多种因素相遇，其破坏力超过塔机稳定力矩极限时，导致力矩限制器引发塔身倾覆事故。
2.5自然因素导致的失效
力矩限制器安装在塔身上，暴漏在室外，塔机长期使用过程中，由于风吹，日晒，及导线自身重力等因素，导致力矩限制器开关导线外皮脆裂，蜕皮，失效，以及短路，从而使开关失效而失去保护功能。
3、为了提高塔式起重机力矩限制器的使用安全性，可以有针对性的采取下列具体措施来避免塔式起重机力矩限制器的失效。
3.1动行程开关的改进
动行程开关主要功能是用于控制其行程、进行终端限位保护。
动行程开关改造成灵敏度和准确度很高的组合开关，即组合预警开关和组合切断开关。
其结构分为带滚子的单臂操作式,可自动复位;带滚子的叉形臂操作,具有2个转换位置;蜗杆蜗轮传动凸轮操作,用三叉形臂
操作3个转换位置;带有滚轮的双臂操作2个转换位置等。
改进的动行程开关增加了力矩限制器的控制底线，也就是说当出现非正常情况时。
力矩限制器的控制元件必先触动控制底线。
立即发出警报，同时断开起升电源，只允许下降。
3.2运输、拆装的防护
力矩限制器的运输、拆装过程也如诸多专用设备一样要求做到定人、定机、定职责，即使人员较少时也要保持人员相对固定。
在拆卸前做上标记，轻拆轻放，妥当保护，不要相互压挤、碰撞以免造成损坏。
在设备拆迁时，起重机操作人员或专职电工一定要妥善处理好装置的显示仪表、联接线缆、取力装置部件及传感器等。
最好安装应按原来的次序和位置复原，然后进行调试和标定。
塔式起重机一般都有好多种工况曲线，例如有主臂工况和副臂工况，而副臂工况下又有三种臂长，又是三种工况，只要起重臂长度、倍率、大钩重量等有一个参数发生变化，那么力矩限制器就要调用与之相适应的曲线。
因此由于力矩限制器的取力部件因长期使用后会造成磨损或受其他自然环境的影响，使显示重量误差偏大，所以每隔一段时间（周期一般为3～6个月）应对系统的精度进行定期检查，对偏差超出国标范围的要对重量重新调整和标定，并将有关资料建档存查，这对以后的合理使用和维修尤为重要。
3.3电线进行固定，给电线加多层保护套
力矩限制器限位开关防水性能差，经常误动作，塔机司机怕更换麻烦，擅自拆除其电气线路，力矩限制器失去了安全保护功能。
可将电线进行固定，给电线加多层保护套，能有效防止力矩限制器失效，还可将起重力矩限制器密闭或上锁，以此来保护塔式起重机力矩限制器。
4、结语
安全性是塔机的重要性能之一，塔式起重机在使用中，超力矩是发生倾覆事故的主要原因之一。
因此，力矩限制器作为塔式起重机安全保护装置中最重要的超载保护装置，保证其在使用过程中的有效性、
可靠性和稳定性至关重要。
掌握力矩限制器的失效预防措施，加强维护使其时刻保持动作灵活、可靠，才能使塔机的力矩限制器起到安全保护功能，保证塔机的安全运行。