当建筑高度超过50m时，一般必须采用上回转自升式塔式起重机。它可附着在建筑物上，随建筑物升高而逐渐爬升或接高。自升式塔机可分为内部爬升式和外部附着式2种。内部自升式的综合技术经济效果不如外部附着式塔机，一般只在工程对象、建筑形体及周围空间等条件不宜采用外附式塔机时，才采用内爬式塔机。上回转塔机的起重臂装在塔顶上，塔顶和塔身通过回转支承连接在一起，回转机构使塔顶回转而塔身不动。
外部附着式塔机可做成多用途形式，有固定式、轨道式和附着式。固定式塔机比附着式塔机低2／3左右，移动式用于楼层不高的建筑群的施工，附着式起升高度最大。
6.4.3.1 QTZ80型自升式塔式起重机
图6-20为QTZ80型塔式起重机总体构造，该机为水平臂架，小车变幅，上回转自升式多用途塔机。该机具有轨道式、固定式和附着式三种使用型式，适合各种不同的施工对象。主要的技术性能最大起重量为80kN，最大起重力矩为800kN·m，行走式和固定式最大起升高度为45m，自爬式最大起升高度为140m，附着式最大起升高度为200m。为满足工作幅度的要求，分别设有45m及56m两种长度的起重臂。该塔机具有起重量大，工作速度快，自重轻，性能先进，使用安全可靠，广泛应用于多层、高层民用与工业建筑、码头和电站等工程施工。
图6-20 QTZ280型塔式起重机
1—固定基础；2—底架；3—塔身；4—附着装置；5—套架；6—下支座；7—驾驶室；8—顶升机构；9—回转机构（1m以上支座）；10、11—转塔身；12—平衡臂；13—起升机构；14—塔顶；15、16—起重臂拉杆；17—起重臂；18—变幅机构
1.金属结构
（1）底架。固定式和附着式塔机有井字型和压重型2种底架。
井字型底架由一个整体框架、8个压板组成，如图6-21所示。底架通过20只预埋在混凝土基础中的地脚螺栓固定在基础上，底架上焊接有4个支腿，通过高强度螺栓与塔身基础节相连，并采用双螺母防松结构。
图6-21 井字型底架（单位：mm）
1—支腿；2—地脚螺栓；3—压板；4—整体框架
压重型底架由2节基础节、十字架、斜撑杆和拉杆等组成，如图6-22所示。十字梁之间用拉杆连接，通过8只预埋在混凝土基础中的地脚螺栓固定在基础上。塔身的基础节用高强度螺栓固定在十字梁的连接座上，并用四根斜撑杆把基础节与十字梁加固连接。压重放置在十字梁上，压重总重量64t。塔身基础节上端与塔身标准节相连。
图6-22 压重型底架（单位：mm）
1—基础节Ⅰ；2—撑杆；3—基础节Ⅱ；4—压重；5—十字架；6—拉杆
（2）塔身与标准节。塔身安装在底架上，由许多标准节用螺栓连接而成。标准节有加强型和普通型2种，两种标准节的截面中心尺寸为1.7m×1.7m，每节长度均为2.8m，如图6-23所示。每节之间采用8个高强度螺栓相连，并采用双螺母防松结构，加强型标准节主弦杆为135mm×135mm×12mm方钢管焊接而成，采用压重型底架时，每台塔机有3节加强型标准节，采用井字型底架时，每台塔机有5节加强型标准节。普通型标准节主弦杆为135mm×135mm×10mm方钢管焊接而成，其数量根据塔机高度而定。
加强型标准节全部安装在塔身最下部（即在全部普通型标准节下面），严禁把加强型标准节和普通型标准节混装。各标准节内均设有供人通行的爬梯，并在部分标准节内（一般每隔3节标准节）设有一个休息平台。
（3）顶升套架。主要由套架结构、工作平台、顶升横梁、顶升油缸和爬爪等组成，如图6-24（d）所示。塔机的自升加节主要由此部件完成。
顶升套架在塔身外部，上端用4个销轴与下支座相连，顶升油缸安装在套架后侧的横梁上。液压泵站安放在油缸一侧的平台上；顶升套架内侧安装有16个可调节滚轮，顶升时滚轮起导向支承作用，沿塔身行走。塔套外侧有上、下2层工作平台，平台四周有护栏。
（4）回转支承总成。回转支承总成由上支座、回转支承、回转驱动装置、下支座、标准节引进导轨和引进滑车等组成，如图6-24（c）所示。
下支座为整体箱形结构。下支座上部用高强度螺栓与回转支承外圈连接，下部四角用4个销轴与爬升套架连接，用8个高强度螺栓与塔身连接。
上支座为板壳结构，上支座的下部用高强度螺栓与回转支承内圈连接，上部用8个高强度螺栓与回转塔身连接。左右两侧焊接有安装回转机构的法兰盘，对称安装2套回转驱动装置。上支座的上方设有工作平台，右侧工作平台的前端焊接有连接驾驶室的支座耳板，用于固定驾驶室。
（5）回转塔身。回转塔身为整体框架结构，如图6-24（b）所示。下端用8个高强度螺栓与上支座连接；上端设有四组耳板，通过8个销轴分别与塔顶、平衡臂和起重臂连接。
图6 - 2 3标准节（单位：mm）
1—踏步；2—固定座；3—标准节；4—基础节
图6-2 4塔身上部结构
（a）塔顶；（b）回转塔身；（c）下支座；（d）顶升套架
1—滑轮；2—拉板架；3—工作平台；4—滑轮；5—塔顶框架；6—力矩限制器；7—爬梯；8—拉杆；9—回转塔身；10—回转驱动装置；11—工作平台；12—上支撑座；13—回转支承；14—下支撑座；15—引进导轨；16—引进滑车；17—上工作平台；18—下工作平台；19一套架框架；20—爬爪；21—顶升横梁；22—顶升油缸
（6）塔顶。塔顶是斜锥体结构，如图6-24（a）所示。塔顶下端用销轴与回转塔身连接。顶部焊接有拉板架、起重臂和平衡臂通过刚性组合拉杆及销轴与拉板架相连，塔顶后部设有带护圈的爬梯。另外还安装有起升钢丝绳滑轮和安装起重臂拉杆的滑轮。
（7）起重臂。起重臂上、下弦杆都是采用2个角钢拼焊成的钢管，整个臂架为三角形截面的空间桁架结构，高1.2m，宽1.4m，臂总长56m，共分为9节，节与节之间用销轴连接，采用两根刚性拉杆的双吊点，吊点设在上弦杆。下弦杆有变幅小车的行走轨道。起重臂根部与回转塔身用销轴连接，并安装变幅小车牵引机构。变幅小车上设有悬挂吊篮，便于安装与维修。
（8）平衡臂。平衡臂是由槽钢及角钢拼焊而成的结构，长12.5m，平衡臂根部用销轴与回转塔身连接，尾部用2根平衡臂拉杆与塔顶连接。平衡臂上设有护栏和走道，起升机构和平衡重均安装在平衡臂尾部，根据不同的臂长配备不同的平衡重，56m长臂时平衡重为13.8t。
2.工作机构
（1）起升机构。起升机构如图6-25所示。起升卷扬机安装在平衡臂的尾部，由电动机、联轴节、减速器、卷筒、制动器、涡流制动器和高度限位器等组成。采用YZRDW250型涡流绕线电动机，借助涡流制动器的调速作用获得5m／min的最低稳定速度，在电机和减速器之间装有液压推杆式制动器，制动平稳可靠，卷筒轴的末端上安装有多功能高度限位器，通过调整可以控制起升钢丝绳放出和卷入的长度，控制起升高度。
图6-25 起升机构
（a）起升滑轮组；（b）起升卷扬机构
1—卷筒；2—钢丝绳；3—塔顶滑轮；4—小车滑轮组；5—变倍率滑轮；6—吊钩滑轮；7—吊钩；8—变幅小车；9—涡流制动器；10—电动机；11—高度限位器；12—卷筒；13—减速器；14—制动器：15—联轴节
（2）变幅机构。变幅机构如图6-26所示。小车牵引机构安装在吊臂的根部，由电动机、制动器、行星减速器、卷筒和变幅限位器等组成。采用常闭式制动器的三速电动机经由行星减速器带动卷筒旋转，使卷筒上的2根钢丝绳带动小车在起重臂臂架轨道上来回运动。牵引钢丝绳一端缠绕后固定在卷筒上，另一端则固定在载重小车上。变幅时靠绳的一收一放来保证载重小车正常工作。该牵引机构减速器内置在卷筒之中，结构紧凑，能实现慢、低、高3种速度。卷筒一端装有幅度限位器，控制小车的运行范围。
图6-26 变幅机构
（a）变幅滑轮组；（b）变幅卷扬机构
1—臂根导向滑轮；2—卷筒；3—滑轮；4—长钢
丝绳；5—臂头滑轮；6—变幅小车；7—短钢丝绳；8—制动器；9—电动机；10—行星减速器；11—变幅限位器
（3）回转机构。回转机构有两套，对称布置在大齿圈两侧，由涡流力矩电机驱动行星减速器，带动小齿轮驱动回转支承转动，从而带动塔机上支座左右回转，起重臂和平衡臂随之转动，如图6-27所示。回转电动机采用交流变频控制技术，通过专用变频器改变电动机的输入频率从而改变电动机运转速度，达到无冲击和无级调速的目的。无级调速速度为0～0.65r／min，变频器能控制电机软启动、软制动，使回转起、制动平稳。电动机带常开式制动器，与电机分开控制，只是在塔机加节或有风状态工作时，才通电吸合制动塔机回转。
图6-27 塔式起重机回转机构
1—电动机；2—制动器；3—行星减速器；4—回转小齿轮；5—回转支承
（4）行走机构。由2个主动台车和2个被动台车、限位器、夹轨器及撞块等组成。主、被动台车按斜角对称布置，如图6-28所示。主动台车传动系统如图6-29所示，由电动机、液压耦合器、蜗轮蜗杆减速器、开式齿轮、主动行走轮及行走台车架等组成。台车与台车之间中心距及轨距均为5m。制动器附着于电动机尾端，既可在作业时作制动，也可作停车制动器。
图6-28 行走机构
1—被动行走台车；2—主动行走台车；3—限位器
图6-29 主动行走台车
1—电动机；2—液压耦合器；3—蜗轮蜗杆减速器；4—制动器；5—行走轮；6—开式齿轮；7—行走台车架
（5）顶升机构液压系统。顶升机构的工作是靠安装在爬架侧面的顶升油缸和液压泵站来完成。液压泵站是由液压泵、控制阀、滤油器和油箱等组成的一体动力装置，如图6-30所示。液压泵站安装在顶升套架的平台上。
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图6-30 顶升机构液压系统
1—顶升油缸；2—节流阀；3—控制阀；4—安全阀；5—液压泵；6—电动机；7—滤油器；8—油箱
3.塔身标准节的安装方法和过程
塔身标准节的安装如图6-31所示。方法和过程如下：
（1）将起重臂旋转至引入塔身标准节的方向。吊起一节标准节挂到引进轨道的引进滑车上，然后再吊起一节，并将载重小车运行至使塔身两边平衡，使得塔机的上部重心落在顶升横梁的位置上。实际操作中，观察到爬升架四周16个导轮基本上与塔身标准节主弦杆脱开时，即为理想位置。
（2）调整油缸的长度，使顶升横梁挂在塔身的踏步上，一定要挂实。然后卸下塔身与下支座的8个连接螺栓。
（3）开动液压系统使顶升油缸全部伸出，如图6-31（a）所示。再稍缩活塞杆，使得爬升架上的爬爪搁在塔身的踏步上，代替顶升横梁支撑顶升套架，使之顶起塔身上半部分及套架与固定塔身成为一体，如图6-31（b）所示。
图6-31 顶升过程示意图
1—爬升套架；2—引进轨道；3—引进滑车；4—标准节；5—塔身；6—顶升横梁；7—顶升油缸；8—爬爪；9—踏步
（4）油缸全部缩回，如图6-31（c）所示。重新使顶升横梁挂在塔身再上面的一个踏步上，再次全部伸出顶升油缸，此时塔身上方恰好有装入一个标准节的空间。
（5）拉动挂在引进滑车上的标准节，把标准节引至塔身的正上方，如图6-31（d）
所示。对准标准节的螺栓连接孔，微缩回油缸。至上下标准节接触时，用8个高强度螺栓将上下塔身标准节连接。
（6）调整油缸的伸缩长度，将下支座与刚装好的塔身标准节连接牢固，即完成一节标准节的加节工作，若连续加几节标准节，则可按照以上步骤连续几次操作即可。
4.安装附着架
附着装置由2个半环梁和4根撑杆组成。用来把塔机与建筑物固定，起依附作用，如图6-32所示。安装时，将环梁提升到附着点的位置，2个半环梁套在塔身的标准节上，用螺栓紧固成附着框架，用4根带调节螺栓的撑杆把附着框架与建筑物附着处铰接。4根撑杆应保持在同一水平面内，杆上的螺栓可以推动顶块固定塔身。安装附着式塔机最大工作高度45m时，必须安装第一个附着架。以后，每个附着架以上塔身最大悬高不大于25m。应用经纬仪检查塔机轴心的垂直度，其垂直度在全高不超过4／1000时，垂直度的调整可通过调整4根附着用撑杆与建筑物的附着位置而获得。
图6-32 附着装置
1—标准节；2—半环梁；3—外撑杆；4—内撑杆；5—调节螺杆
5.安全控制装置
塔式起重机的安全控制装置主要有起重力矩限制器、最大工作载荷限制器、起升高度限位器、回转限位器、幅度限位器和行走限位器等，如图6-33所示。
图6-33 安全装置
1—力矩限制器；2—起重量限制器；3—起升高度限位器；4—回转限位器；5—幅度限位器；6—行走限位器
（1）力矩限制器。力矩限制器由2条弹簧钢板和3个行程开关和对应调整螺杆等组成。安装在塔顶中部前侧的弦杆上。当起重机吊重物时，塔顶主弦杆会发生变形。当载荷大于限定值，其变形显著，当螺杆与限位开关触头接触时，力矩控制电路发出报警，并切断起升机构电源，起到防止超载的作用。
（2）起重量限制器。起重量限制器是用于防止超载发生的一种安全装置。由导向滑轮、测力环及限位开关等组成。测力环一端固定于支座上，另一端则锁固在滑轮轴的一端轴头上。滑轮受到钢丝绳合力作用时，便将此力传给测力环。当载荷超过额定起重量时，测力环外壳产生变形。测力环内金属片和测力环壳体固接，并随壳体受力变形而延伸，导致限位开关触头接触。力矩控制电路发出报警，并切断起升机构电源，起到防止超载的作用。
（3）起升限位器和变幅限位器。它们固定在卷筒上，带有一个减速装置，由卷筒轴驱动，可记下卷筒转数及起升绳长度，减速装置驱动其上若干个凸轮。当工作到极限位置时，凸轮控制触头开关，可切断相应运动。
（4）回转限位器。回转限位器带有由小齿轮驱动的减速装置，小齿轮直接与回转齿圈啮合。当塔式起重机回转时，其回转圈数在限位器中记录下来。减速装置带动凸轮控制触头开关，便可在规定的回转角度位置停止回转运动。
（5）行程限位器。行程限位器用于防止驾驶员操纵失误，保证塔式起重机行走在没有撞到轨道缓冲器之前停止运动。
（6）超程限位器。当行走限位器失效时，超程限位器用以切断总电源，停止塔式起重机运行。所有限位装置工作原理都是通过机械运动加上电控设备而达到目的。
6.4.3.2 内爬式塔式起重机
内爬式塔式起重机安装在建筑物内部，并利用建筑物的骨架来固定和支撑塔身。它的构造和普通上回转式塔式起重机基本相同。不同之处是增加了一个套架和一套爬升机构，塔身较短。利用套架和爬升机构能自己爬升。内爬式起重机多由外附式改制而成。
如图6-34所示，QTP40型内爬式塔式起重机，最大起重量40kN，最大起重力矩400kN·m，工作幅度2.4～20m。金属结构主要由底座、套架、塔身、起重臂和平衡臂等组成。
图6-34 QTP40型内爬式塔式起重机
1—塔身；2一套架；3—套架横梁；4—塔身底座横梁；5一旋转支腿；6—提升塔身卷扬机；7—起重机构；8—平衡重箱；9—起重臂；10—起重小车；11—平衡臂
（1）底座。底座如图6-35所示。塔身安装在底座横梁上，底座横梁成对角布置，底座横梁下面固定旋转支腿，旋转支腿用螺栓与建筑物的主梁相连接，以支撑塔身。提升塔身时，应先拆下螺栓，将旋转支腿旋至底座横梁的下面，然后才能提升塔身。
图6-35 内爬式起重机底座
1—塔身；2—底座横梁；3—旋转支腿；4—支撑梁；5、6—螺栓；7—提升塔身滑轮组
（2）套架。套架设置在塔身外围，其结构如图6-36所示。在套架的上下四角靠近塔身处各装有2个滚轮，滚轮与塔身之间有4～6mm间隙，以减少提升阻力。在套架上部固定有2根横梁，横梁的端部铰装有翻转支腿，在提升套架时支腿上翻，在提升塔身时将支腿用螺栓固定在建筑物的主梁上。
内爬式塔式起重机的爬升机构采用机内卷扬机和钢丝绳滑轮组来进行，整个爬升过程可分为3个阶段，如图6-36所示。
图6-36 套架
1—套架横梁；2—支腿；3—套架；4—塔身提升滑轮组；5—建筑物主梁
（1）准备状态。自升塔式起重机吊装作业时，其底座固定在建筑物的框架梁上，套架位于塔身下端。在吊装完4、5层构件后，准备提升套架。将起重小车行至起重臂根部，然后放下吊钩，套住套架横梁，如图6-37（a）所示。
（2）提升套架。拆下塔套的支腿固定螺栓并向上翻转（此时，塔身底座支腿与建筑物主梁连接固定），开动卷扬机，把套架提升到第5楼层，将支腿翻下，放好套架横梁，放松吊钩，使套架垂直地放在建筑物主梁上，并固定好，如图6-37（b）所示。
（3）提升塔身。当套架固定好后，松开起重机底座与建筑物横梁的连接，收回底座的支腿（此时钢丝绳基本拉紧）。开动塔身下部的提升塔身卷扬机，通过底座和套架上的滑轮组将塔身提升。使底座提升到第4楼层后，翻出支腿，并固定在该楼层的主梁上。然后即可开始吊装作业，如图6-37（c）所示。
图6-37 内爬式自升塔式起重机的爬升过程
（a）准备状态；（b）提升套架；（c）提升塔身
爬升系统钢丝绳滑轮组如图6-38所示。爬升机构也可采用液压缸顶升。
图6-38 爬升系统钢丝绳滑轮组
1—塔身滑轮；2—套架滑轮组；3—爬升机构卷筒；4—底座导向滑轮；5—底座滑轮
内爬式塔式起重机的起升高度可达80～160m，塔身短，自重轻，工作稳定性好，不用铺轨。由于起重机支承在框架主梁上，必须验算支撑梁的强度或根据载荷情况加临时支撑。
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