塔式起重机安全作业专利技术分析

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热度0票  浏览144次 时间：2020年4月10日 15:30

李永刚 李冠林（等同于第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心）

摘 要：塔式起重机是一种广泛应用的起重机械，其作业安全性是普遍关注的技术内容。利用 DWPI 、 SIPOABS 和 CNABS 数据库对塔式起重机安全专利技术进行了统计、整理和分析，梳理了塔式起重机安全技术的发展状况。

关键词：塔式起重机；作业安全；专利技术

引言

塔式起重机广泛应用于建筑行业，在高层建筑施工中发挥着重要的作用。由于违规安装、违章指挥、违章操作等造成塔身起重机坍塌、碰撞等事故多有发生，威胁施工人员的人生安全的同时又给企业带来巨大的经济损失。确保塔身起重机安全作业是不可忽略的技术内容，随着现代工业的发展，安全保障措施也在不断的丰富、完善，专利技术能够在一定程度上反映该类技术的发展。

1塔式起重机安全作业

将货物从作业区域的一个位置吊运到另一个位置是塔式起重机的常规作业形式。在吊运期间违反操作规程的操作方式、起重机结构件的损坏，与场地中的其他物体发生干涉均可能导致安全事故。相应的，塔身、吊臂、绳索的承载姿态，动力原件的负载状态、被吊物的空间位置是塔式起重机作业状态监控的常规内容。

随着建筑行业的发展，对塔式起重机作业能力也提出了更高的要求，其塔身高度、最大提升载荷、最大作业幅度均在不断提高，使得不平衡力矩在安全作业中的影响因子不断提高。不平衡力矩检测方法综合考虑塔机配重产生的力矩、平衡臂自重产生的力矩、起重臂自重产生的力矩、物料产生的力矩、风载荷产生的力矩，相对于单一的通过起吊重量或起吊重量、小车运行位置相结合进行的防倾覆技术手段，预警信息更全面，在保证塔机安全作业的前提下能更加充分的发挥作业能力。

2技术分解及定义

本文采用 CNABS 中文摘要数据库以及 DWPI 英文摘要数据库作为主检索数据库。 DWPI 仅收录 1948 年以来的专利文献，而塔式起重机起源较早，采用 SIPOABS 数据库补充检索早期的专利文献。

通过关键词和分类号相结合的方式进行检索获取该领域的专利申请，并对专利技术进行统计与分析，对涉及塔式起重机安全作业的相关技术手段进行分解。专利技术主要从以下四个方面保证塔机安全运行：（一）防倾覆，可进一步细分为作业状态监控（比如力矩限制、过载保护）和部件结构与状态（比如配重、绳索、吊臂、塔身等结构的变形、承载情况等）； （二）防碰撞，可进一步细分为位置识别（比如吊臂、吊钩的空间位置）、塔群管理、作业环境可视化、智能控制等； （三）指示或限制提升运动，可进一步细分为防冲顶、防摇晃；（四）组塔与攀爬作业，可进一步细分为组塔过程控制、组塔保护机构、防坠落。

3技术发展状况

3.1 申请量年度统计分析

确保塔式起重机安全作业的专利技术最早出现在 1918 年的德国，其用于防止卷扬设备过载。此后的几十年里技术发展并不活跃申请量长期维持在个位数，直到二十世纪 90 年代年申请量才有了稳定的增长，二十一世纪的头十年塔式起重机安全技术进入了快速发展期，世界范围内年申请量保持在 30 件左右。 2009 年以后该领域的专利申请数量出现爆发式的增长，年均突破 120 件，此时中国国内的专利申请占主导地位，占据世界申请总量的绝大部分。

3.2 重要申请人统计分析

市场需求主导民用领域技术的发展，技术的发展离不开企业。

申请专利是企业保护自身创新技术成果的重要方式，因而重要申请人的专利申请在一定程度上反映了企业的研发投入和该领域的技术热点。本文通过 DWPI 数据库的 CPY 字段对专利申请人进行了统计分析，整理出该领域专利申请量前 6 的企业，其中包括中国建筑股份有限公司、长沙中联重工科技发展股份有限公司、徐州重型机械有限公司、日立建机株式会社、神钢起重机株式会社以及马尼托沃克起重机集团公司。

3.3 专利技术演进

通过对各个时期塔式起重机安全作业相关技术进行统计分析，得出该领域专利技术演进路线。防止塔机构件超载是塔机运行安全的重要组成部分，早期的过载保护专利技术（ DE347091C ）仅检测驱动装置，比如马达的载荷状态，避免其超出特定的最大负载。后来的专利技术（ EP0849213A1 、 JP 特开 2004-75227A ）根据塔机配重、小车行走范围等参数确定塔机载荷曲线，将小车位置、起吊重量限制在安全范围，提高了安全监测的准确性。再后来，复合型的超载预警方式（ CN108190752A ）集合了重量、高度、角度、风速、回转方位进行力矩限制，防倾覆可靠性进一步提高。

随着建筑行业施工的多样化，多台塔式起重机在同一场地里相互独立或协调作业成为常见的作业形式，二十一世纪初期公开的专利技术（ JP 特开 2004-224514A 、 JP 特开 2003-118981A ）通过位置传感器识别塔机的相互位置，采用接近预警的方式避免塔机间的碰撞事故。随后防碰撞技术手段逐渐向综合化、智能化发展，专利技术（ CN103466458A ）综合塔机行为比如塔机转动、小车变幅、吊钩起升，塔机臂架空间构型形成干涉空间模型。专利技术（ CN107215792A ）经设于塔机的小车或吊钩上的 GPS 定位装置采集并生成塔机运行对应的极限参数值，判断相邻塔机之间是否发生碰撞。

总体而言起重机安全作业相关技术不断从单一、被动预警方式向综合、智能方向发展。

4.结语

随着社会生产力水平的提高，塔式起重机在结构形式、作业环境、安装方式、构件材料等方面的不断改变。伴随塔式起重机作业能力的提高，导致安全事故的因素也在多样化，安全保障措施也在不断丰富和完善。计算机处理能力、传感器技术、物联网等技术的进步促使塔机安全监控系统向综合化、智能化发展，安全预警的有效性不断提高。 ■

参考文献

[1] 陆纪法，塔式起重机安全事故及隐患分析和预防 [J] ，建筑机械技术与管理， 2012.6 ， 69-72.

[2] 段鹏文等，塔式起重机不平衡力矩控制方法的探讨 [J] ，辽宁工程技术大学学报（自然科学版）， 2000.12 ， 644-646.

[3] 李雄详等，塔式起重机危险性因素分析 [J] ，中国水运，2007.5 ， 200-201.