今年夏季⼜⼀次看到台风将沿海地区正在使⽤中的塔式起重机吹倒了⼏⼗台造成了不⼩损失的报道，作为⼀名从事塔式起重机（以后简称：塔机）制造⼏⼗年的⼀员⼼中总有想说点什么的感觉。中国⾃上世纪⼋⼗年代引进法国坡坦公司的塔机技术以来国产后的产品全⾯发展起来，中国⼈把塔机做成了⽩菜价不但在中国市场没了法国⼈的份，⽽且随着基建狂魔的中国建设⼤军中国产的塔机同中国产的其它⼯程机械设备⼀样也⾛向了全世界。防盗电子狗>硅片切割
在我们昂⾸向前年产塔机上万台，建设⼯地⽆不塔机林⽴六七⼗⽶长的起重臂在百⽶⾼空⾃如的挥舞之际，还是时不时的发⽣⼀些意外的事故，在⼤风强台风来临时还是有个别塔机或⾃⼰或裹挟着⽣命从空中散落。⾯对这些我们是不是还有没做到的地⽅？
在从事塔机制造使⽤⼯作40 多年时间，多次参与塔机事故的调查⽐较认真的研究了塔机设计、制造、使⽤与事故之间的关系，此⽂主要分析⼤风与塔机安全之间的关系。
先说说要把塔机弄翻需要多⼤的⼒量吧。塔机型号规格有很多，但设计它们时都要遵守同⼀个标准：《塔式起重机国家标准》等相关的国家标准。在这⾥⽤通俗语⾔描述⼀下情况与其中⼀种型号的塔机。
⼋⼗年代初国家牵头相关科研部门⽣产企业参与引进购买了法国“坡坦”公司的部分系列塔式起重机的技
术所有权及部分主体机构、电器控制、液压原件、专⽤电机等实物。数年后国产的具有当时国际领先⽔平的塔式起重机造了出来，当然现在全世界的塔式起重机⼤都是中国产的。这其中以型号： F0/23B最为典型。
塔机F0/23B 主要性能指标：（其它指标不在这讲）
最⼤⾃由⾼度：61.50 ⽶。（安装在钢轨可⽔平移动）
口环
最⼤⼯作半径：50.00 ⽶。
最⼤吊重（14.5 ⽶内）10吨。
二氧化碳保护焊
最⼤⼯作半径吊重2.3 吨。
在设计、制造出⼚综合测试验收时塔机要经过这样的试验过程。（我们的企业当时就是这样做的）
1 ．负载00%~100% ⾃主单项或两项、三项机构同时动作（起升、回转、变幅、轮轨⾏⾛）操控正常、钢结构部件关键部位，检测钢材受⼒变形的应变⽚测量数值正常。试验操作6000吊次。 2 ．负载100% （精确核准）⾃主单项或两项三项同时动作（起升、回转、变幅、轮轨⾏⾛）操控正常、全部结构件、各机构、电控不得有异常。
3 ．负载100%~负载110%之间，操控过程中各安全保护装置逐渐启动保护功能，停⽌使塔机朝着危险操作继续进⾏。
4 ．负载110% （精确核准）失效塔机相关安全控制装置，⾃主单项或两项三项同时动作（起升、回转、变幅、轮轨⾏⾛）全部结构件、各机构、电控不得有异常。
5 ．负载125% （精确核准）⾃主单项动作（起升、回转、变幅、轮轨⾏⾛）各机构、电控不得有异常。
6 ．负载133% （精确核准）失效塔机相关安全控制装置，⽤另⼀吊装机械为塔机增加负载⾄最⼤负载的133%（例：最⼤负载为10吨增加⾄13.33吨。）塔机的钢结构不得有开焊、失稳、永久变形。
可见要把⼀台制造合格、安装正确、安全装置齐全、调定符合要求的塔机弄翻也不是⼀件容易的事情。那⼜是什么原因让⼤风把塔机吹翻了呢? 为了能在⾮塔机专业⼈⼠⾯前讲的明⽩⼀点在这⾥提⽰⼀些必要物理学知识。
HDPE多孔加筋缠绕波纹管（⼀）塔机就像⼀个⼤杠杆。
（三）塔机就像⼀个避雷针。
（四）塔机就像⼀个雷达接收天线。
（五）塔机就像⼀堵挡风的墙。
塔机就是⼀个⼤杠杆，加上⼀些卷扬机。如图所⽰：B~A 是⽀点区域，塔机不吊重物时塔机总质量的质⼼在⽀点区域靠近B处，塔机吊重物最⼤值时塔机总质量的质⼼在⽀点区域靠近A处。如果某⼀时刻塔机总质量的质⼼在⽀点区域外了就是塔机整体失稳的时候。
塔机在施⼯⼯地时通常都是⼯地的最⾼物体，必然成为迎接雷电、接收电波、阻挡来风的⾓⾊。
除了超载吊起重物外还有哪些因素让塔机失稳呢？或增加了失稳的动⼒。
（1 ）吊⼤载重物时突然吊绳断裂在整塔机结构向吊重⽅向弹性变形状态时突然回弹的惯量冲击下塔⾝结构破坏或底架基础倾覆。
（2 ）塔机基础的不均匀下沉，塔机质⼼偏移过多在叠加正常吊重时的质⼼移动超出⽀点区域⽽失稳。
（3 ）塔机钢结构件开焊、联接件脱落局部失稳后整体失稳。
（4 ）多塔机作业时被施以其它外⼒的弯距。
（5 ）起重臂架，平衡臂架回转时的不平衡转动惯性矩产⽣的离⼼⼒。 （6 ）空⽓流动风压对塔机的附加⼒。
塔机在设计时依据《塔式起重机国家标准》等相关的国家标准对这些都进⾏了相应的计算，安全保证机构、电器保证措施也⼀应俱全。另外再有配套的安全管理规章制度。保证了全国数⼗万台次塔机的安全使⽤。
在没有特别要求时通俗的讲：塔机在6 级风以下要能正常⼯作。在5级（10.7 m/s）风以下可进⾏⾃升⾼作业。6级（13.8 m/s）风以上塔机不能⼯作。7级及7级以上⼤风的时候塔机要如同风标⼀样可随风向顺风转动（平衡臂架指向来风⽅向）使塔机⾮⼯作状态时的倾翻⼒矩朝向来风⽅向，⽤吹来的风对抗倾翻⼒矩。这个想⽅法很是正确，不过由此⽽牵连的其它问题要说清楚并有相应的解决办法。通常把随风⽽转的现象称之为“风标效应”，塔机这种由风向改变臂架也随着转动的现象就是塔机进⼊了“风标效应”状态。现在我们回过头来再看看没有吊负载的塔机在⼤风中的情况。结构件的风压计算专有相应的国家标准。通俗理解：①没有漏空全⾯积的迎风⾯积* 风压*2（背负压）=应计算内的风压⼒。②由板、⾓、槽、⼯字型材拼成且有漏空的结构件按全⾯积计算风压⼒，不计算（背负压）。③由管型材拼成且有漏空的结构件按半⾯积计算风压⼒，不计算（背负压）。如特别需要再精细计算或风洞试验。
⼀般情况下塔机的起重臂架要⼤⼤长于平衡臂架，起重臂架⼀侧得到的风推⼒也远⼤于平衡臂架⼀侧得到的风推⼒，在风⼒的作⽤下起重臂架会顺着风转动直到与风向⼀致。
此时塔机就是⼀个⼤风标，（以塔机回转中⼼为中⼼点起重臂架为⼀边，平衡臂架为⼀边，在被⼤风吹时风阻⼤的⼀边会得到更⼤的转动⼒矩，当它克服平衡⼒矩后会顺风转动直到风⼒不能再推动时为⽌。）遵循着“风标效应”运动原则，尽可能使塔机维持在顺风状态。图 2描述了塔机在⼤风时的状态：
塔机这个有“风标效应”的家伙必经不完全是个⼤风标，在 6级风下还要完成赋予它的⼯作，它在6~7级⼤风的情况下依然要有操控能⼒，这包括在6级风时起重臂不但要有锁住臂架的能⼒还要有让起重臂架顶风运动的能⼒。在风⼒⼤于7级时⽆论塔机上有⽆操作⼈员，塔机有⽆供电塔机都应可进⼊“风标效应”状态。
要让塔机能够6 、7级风可操作，⼜可在⼤风时如风标⼀样进⼊“风标效应”状态，塔机要具备⼏个条件：
（1 ）塔机的回转机构电源输⼊功率、变速器强度与此时的塔机情况匹配，且逆回转传动正常。
（2 ）除塔机有电器减速制动外还要有不依靠电⼒的减速与制动机构。
（3 ）塔机回转⽀点起重臂侧⽔平风阻⼒⼤于平衡臂侧风阻⼒。
以上这三个条件除第⼀个基本做到了其它两条⼤部分做的不好，每年被⼤风刮倒的⼏⼗台塔机中绝⼤多数是这个原因。
现在就⼀⼀分析。
压铸机料筒的设计我们把塔式起重机从以回转⽀承为界分为上下两个结构部分，上部分是随时可以转动在有风不⼤的情况下依然能正常⼯作，并在7 级风以上时主要参与“风标效应”的结构，对⼤风时塔机是否安全起着决定性影响。下部分则主要提供强度保障的结构同时也是塔机的主要迎风⾯。
建⽴⼀个⽆风条件下塔机回转⼯作的模型：
受控电源- 电机-联接机件-减速器-联接机件驱动塔机的上部分结构转动。此时塔机⼤⼩所配⽤的电机功率、减速器规格、调速控制原理符合《塔式起重机国家标准》即可。由于臂架与空⽓相对运动速度不⼤，空⽓阻⼒影响也不⼤。
建⽴⼀个6 级风条件下塔机回转⼯作的模型：
在⼤风环境下塔机要保持⼀个什么样的姿态最安全呢？当然是塔机进⼊“风标效应”状态。此时起重臂架与风向保持⼀致，平衡臂架指向来风的⽅向，让塔机⾮⼯作状态时的倾翻⼒矩与⼤风对塔机的倾翻⼒矩相互抵消。这⼀点我⽤于举例的 F0/23B塔机做的最好，现在绝⼤多数塔吊使⽤说明书中都没有见
过在什么时候让塔机进⼊“风标效应”状态的词汇。
现在绝⼤部分塔机的起重臂架长度远⼤于平衡臂架的长度，从⽽起重臂架侧所受到的风压远远⼤于平衡臂架侧所受到的风压，不但加重了风对塔机结构稳定性的影响也增加了控制输⼊电源的功率及提⾼变速器传动功率。
为了让塔机起重臂架侧与平衡臂架侧的风阻匹配，（要控制起重臂架所受的风压⼤于平衡臂架所受的风压，压⼒差原则2~3 级风范围）还是F0/23B塔机做的好，在塔机起重臂架50⽶长完整安装时在平衡臂架上安装阻风板，当然阻风板做成⼴告牌也是可以的。在塔机起重臂架安装成20⽶长时，平衡臂架侧所受的风阻已经⼤于起重臂架了，⼤风时平衡臂架与风向⼀致，塔机的倾翻⼒矩与⼤风给的⼒矩叠加塔机很可能进⼊更加危险的状态，所以要求塔机起重臂架安装成20⽶时把阻风板从平衡臂架上移到起重臂架上，保持起重臂架侧风阻⼤于平衡臂架侧，保证⾮⼯作状态时塔机的倾翻⼒矩可对抗来风时产⽣倾翻⼒矩，使塔机保持在安全的状态下。
为防⽌塔机在超过7 级风时塔机进⼊⾃由转动状态特别是在⽆电情况下，F0/23B塔机有机械减速制动能⼒，6及风以下它可以与电动减速配合很好的控制塔机回转、定位，在⼤风⽆电的情况下给塔机回转⼀个相当于6级风的阻呢使塔机在⼤风由逆风到顺风时不会超速运动越过最安全的顺风状态从⽽也就不会使塔机进⼊⼤风时最危险状态。
这是法国“坡坦”公司上世纪 70年代的产品，可塔机回转传动中⽤⼀个磨擦环节来解决这些问题由来已久，现在确重视的不够。
50 年前的QTZ60/80塔机当时⼤众叫它3-8吨，回转机构中就有⼀个磨擦传动环节。后来的QTZ80型号的塔机还⽤过液压助⼒脚踏回转定位刹车。
塔机回转控制⽅式最常⽤的⼀些⽅式举例⼀⼆，那种回转控制的⽅式更适合⼤风条件下安全使⽤。
影响选择哪种⽅式⽤于塔机回转机构与控制因素很多，塔机吨位⼤⼩、起重量多少、起重臂架长度、使⽤环境等等，但在⾯对⼤⾃然时我们还能对塔机做点什么？⽤好我们已经付出去了的成本，组织好塔机的各项指标优化塔机的设计，在这⾥我想表达的是对于塔机抗风能⼒的增强从以下三点还能再做些事。
（1 ）认识塔机在⼤⾃然中就是⼀个⼤风标，“风标效应”也是塔机的⼀个⾃然属性，利⽤好这个属性使塔机在⼤风条件下更安全。
（2 ）试验调整好塔机上的阻风板配平，让起重臂架与平衡臂架受风阻⼒差适应塔机在⼤风时顺利进⼊“风标效应”且不会转速过快。
（3 ）回转机构控制上有电器控制能⼒也要有机械控制能⼒，超风速断电时机械减速制动要有⼀定的
阻尼能⼒。
由衷的希望塔机不再被⼤风刮倒、⼈员不在受伤、财产不在损失。
这篇⽂章只是对于塔机与⼤风之间的关系谈论⼀下我个⼈的感受，⼀定还有很多考虑不到的地⽅，很多新知识新技术也知知甚少即便是⾃认为理解了的东西也是有说错的时候，还请⼤家多多批评指正。
塔式起重机这样的⼯程机械在⼀个相当长的时间内依然是国家建设的重要装备，也必然随着技术的进步更加智能、⾼效、安全、环保，希望我们国家⽣产的塔机为全世界⼈民更好的服务。
作者：原北京市建筑⼯程机械⼚技术服务部。专家：刘亚星2019/12/12
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