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。

　　（一）塔机就像一个大杠杆。

　　（二）塔机就像一个大风标。

　　（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。

　　塔机在设计时各种机械、电器、逻辑控制等安全保证措施几十项之多。如：吊重超载、超力矩、超高低、超半径、超回转角度等等，在这我们主要讨论的是塔机与风之间的事情。如何确定风作用于塔机的呢？ISO4302-2016《起重机风荷载评估》也有相关的要求。对于塔机而言吹风是全方向的，垂直于起重臂的来风对塔机的影响最大，同时塔机又是一个动态的机械设备其结构件随时需要转动也可在任意角度停止，塔机就是要在自然界条件下工作，要在绝大多数情况下保证安全，采取特殊措施后保证绝对安全。

　　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。

　　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：

　　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、调速控制原理的按照《塔式起重机国家标准》也是可行的。但有自然界大风的存在臂架与空气相对运动速度大大的增加，空气阻力影响就很大了，而且由于风向是变化的、塔机的运动方向是变化的所以塔机臂架转动时令臂架转动的动力源是多变的。ISO4302-2016《起重机风荷载评估》主要讲的就是这些。假定塔机起重臂架朝向正北，正北风来向风力6级，操作起重臂架从向西方开始旋转360度，初始时来风对于臂架的旋转基本没有影响，但起重臂架平衡臂架转到与来风有一个夹角时，塔机结构件给风以阻挡同时得到一个风给的推力这个推力会加速塔机回转转动的速度，当风力足够大时塔机的回速度就会超过塔机的正常工作速度，此时塔机的回转控制系统要么放开对塔机的控制任由塔机自由转动，要么不但不输出控制能量还将接收这多余的动能，待到起重臂架转到正南方时回转控制系统又要回到推动臂架转动状态同时加大输入力量因为起重臂架又要进入顶风阶段了。塔机只回转了一圈其回转机构的控制就经历了推、拉、用力推的过程。如果风速再大些比如10级风，塔机起重臂架由指向正北转而指向西北、正西方向的过程中起重臂臂架受风压力最大回转转速会大大提高，按照《塔式起重机国家标准》此时塔机应处于可自由回转的状态。由于回转转速的增加再叠加转速增加而增加的惯性力，使塔机起重臂架快速通过指向正南的状态，向东南、东方向转过去，当塔机起重臂架朝向正东方向时就是塔机最危险的时刻。此时平衡臂上的平衡重在惯性的作用下有努力向南运动的趋势加上起重臂架、平衡臂架、整个塔机身完全展开最大的迎风面积，这一时刻塔机所抵抗的倾翻力就不仅是只有正北吹来的10级风了。

　　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。

　　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），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。

　　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。