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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)實習(xí)報告
系 別 機械工程系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機091
姓 名 李春驕
學(xué) 號 2009307133
指導(dǎo)教師 李常勝
實習(xí)成績
畢業(yè)實習(xí)報告
1．實習(xí)內(nèi)容
大四下學(xué)期的4月11日至18日我在張家口神力起重設(shè)備有限公司進行為期一周的畢業(yè)實習(xí)。首先簡單介紹一下張家口神力起重設(shè)備有限公司。張家口神力起重設(shè)備有限公司，位于張家口市陵園北街3號，占地面積15000M3，建筑面積5100 M3。，現(xiàn)有員工150人(固定)，其中高級工程師3人，中級職稱10人，有證焊工18人，經(jīng)省級培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員33人。公司技術(shù)先進設(shè)備齊全，是起重行業(yè)比較早的中小企業(yè)。經(jīng)營范圍：少先吊、單梁橋式起重機、雙梁橋式起重機、懸掛式起重機、門式起重機、提升機、BR1-2類壓力容器制造，Ｂ級起重機安裝、改造。公司的前身為張家口市起重設(shè)備總廠，始建于1956年。從1970年由一般機械產(chǎn)品轉(zhuǎn)為起重機械產(chǎn)品。產(chǎn)品由原來的外加工逐步發(fā)展到擁有起重機械、壓力容器、起重機安裝、改造等國家頒發(fā)有資質(zhì)證的制造企業(yè)?，F(xiàn)在有效資產(chǎn)約1500萬元，資產(chǎn)負(fù)債率為零。多年來，生產(chǎn)的各種吊車及壓力容器已銷往全國各個省市，獲得客戶的一致好評，由其是2002年后經(jīng)公司工程技術(shù)人員和廣大職工不解的努力和研究，通過不斷的改進，成功的制造出散粒物裝集裝箱用的專用起重機QE10+10、1-5型、經(jīng)北京、河北、東北三省、廣東、福建、等地區(qū)廣大用戶使用后反映此設(shè)備目前是裝散粒物最經(jīng)濟速度最快的一種設(shè)備。
本次實習(xí)是在完成課程之后進行最后的綜合實習(xí)，是貫徹理論聯(lián)系實際的一次實踐，在公司里我了解了起重機的概況。起重機械是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移動重物的機電設(shè)備，其范圍規(guī)定為額定起重量大于或者等于0．5t的升降機額定起重量大于或者等于1t，且提升高度大于或者等于2m的起重機和承重形式固定的電動葫蘆等。多數(shù)起重機械在吊具取料之后即開始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到達目的地后卸載，再空行程到取料地點，完成一個工作循環(huán)，然后再進行第二次吊運。一般來說，起重機械工作時,取料、運移和卸載是依次進行的,各相應(yīng)機構(gòu)的工作是間歇性的。起重機械主要用于搬運成件物品，配備抓斗后可搬運煤炭、礦石、糧食之類的散狀物料，配備盛桶后可吊運鋼水等液態(tài)物料。有些起重機械如電梯也可用來載人。在某些使用場合，起重設(shè)備還是主要的作業(yè)機械，例如在港口和車站裝卸物料的起重機就是主要的作業(yè)機械，通常起重機械由起升機構(gòu)（使物品上下運動）、運行機構(gòu)（使起重機械移動）、變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)（使物品作水平移動），再加上金屬機構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置而成。
簡單介紹一下起重機的類型，在建筑工程中所用的起重機械，根據(jù)其構(gòu)造和性能的不同，起重機械按結(jié)構(gòu)不同可分為輕小型起重設(shè)備、升降機、起重機和架空單軌系統(tǒng)等幾類。輕小型起重設(shè)備主要包括起重小車、吊具、千斤頂、手動葫蘆、電動葫蘆和普通絞車，大多體積小、重量輕、使用方便。除電動葫蘆和絞車外，絕大多數(shù)用人力驅(qū)動，適用于工作不繁重的場合。它們可以單獨使用，有的也可作為起重機的起升機構(gòu)。有些輕小型起重設(shè)備的起重能力很大，如液壓千斤頂?shù)钠鹬亓恳堰_ 750噸。升降機主要作垂直或近于垂直的升降運動，具有固定的升降路線，包括電梯、升降機、礦井提升機和料斗升降機等。起重機是在一定范圍內(nèi)垂直提升并水平搬運重物的多動作起重機械。架空單軌系統(tǒng)具有剛性吊掛軌道所形成的線路，能把物料運輸?shù)綇S房各部分，也可擴展到廠房的外部，在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，又稱吊車。屬于物料搬運機械。起重機的工作特點是間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、卸載等動作的相應(yīng)機構(gòu)是交替工作的。
在實習(xí)崗位上我了解到了起重機的結(jié)構(gòu)及按結(jié)構(gòu)分類起重機運行機構(gòu)一般只用四個主動和從動車輪，如果起重機很大，常用增大車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。
橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架又兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供其中小車運行。橋式主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱型結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。箱型結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱型雙梁、偏軌箱型雙梁、偏軌箱型單主梁等幾種。正軌箱型雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。偏軌箱型雙梁和偏軌箱型單主梁量的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加筋板可以省去，其中偏軌箱型單主梁是由一根寬翼緣箱型主梁代替兩根主梁，自重較輕，單制造較復(fù)雜，而對于四桁架式結(jié)構(gòu)是在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強度較低，已較少生產(chǎn)。
普通橋式起重機主要采用電力驅(qū)動，一般是在司機室內(nèi)操縱，也有遠距離控制的，起重量可達500噸，跨度可達60米，簡易梁式起重機又稱梁式起重機，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機類似，起重量、跨度和工作速度均較小，橋架主梁是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡單截面梁，用手拉葫蘆或者電動葫蘆配上簡易小車作為起重小車，小車一般在工字鋼的下翼緣上運行，橋架可以沿高架上的軌道運行，也可以沿懸吊在高架下面的軌道運行，這種起重機稱為懸掛梁式起重機。
冶金專用橋式起重機在鋼鐵生產(chǎn)過程中可參與特定的工藝操作，其基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機相似，但在起重小車上還裝有特殊的工作機構(gòu)或裝置。這種起重機的工作特點是使用頻率、條件惡劣、工作級別高。
在工人師傅的細心指導(dǎo)下我懂得了起重機的維護方法，即起重機的潤滑是保證機器正常運轉(zhuǎn)，延長使用壽命，提高效率及保證安全的重要措施之一，凡是有軸承和孔動配合的部位以及有摩擦面的機械部分，都要定期進行潤滑。在操作起重機的時候安全是最重要的。牢固的安全觀念：安全工作是任何時候時候都是安全工作的頭等大事，在工作中，時時刻刻牢記安全落實，到到位，徹底做到安全意識在腦海中扎根。
2．實習(xí)結(jié)果
綜合上述，經(jīng)過這段時間的努力奮斗，我的理論知識和實際操作有了一定的提高和進步 ，希望我通過這次學(xué)習(xí)到的理論與自己的工作實踐緊密聯(lián)系起來，立足于本職工作崗位，勤懇踏實，不斷提高自己的理論與操作水平，努力提高自身素質(zhì)，使自己能適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展的客觀要求，做一名合格的當(dāng)代工人。
3．實習(xí)總結(jié)
轉(zhuǎn)眼間，短短一周的畢業(yè)實習(xí)已悄然過去了。在這次實訓(xùn)中，我們都真正把課堂所學(xué)的理論知識運用到實際業(yè)務(wù)中，掌握了許多平時生活中很少接觸的實踐技能。這無疑對于我們機械設(shè)計與制造專業(yè)的同學(xué)來說意義重大！雖然是短暫的一周畢業(yè)實習(xí)，但不僅讓我們對起重機的基本情況、基本知識等有了更加深刻的了解，并且為我們畢業(yè)設(shè)計提供了豐富的素材并且為我們以后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。與此同時，此次認(rèn)知實習(xí)還讓我深刻感覺到自己的專業(yè)知識還不夠扎實，對起重機的設(shè)計規(guī)范以及注意事項還不夠熟練?？偟膩碚f，在此次認(rèn)知實習(xí)中，我無論是專業(yè)知識還是操作技能上得到了很多的進步。
河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目
QTZ40塔式起重機總體及塔身有限元分析法設(shè)計
學(xué) 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機095班
姓 名 王二
指 導(dǎo) 教 師 朱春華
輔 導(dǎo) 教 師
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機——塔身的優(yōu)化設(shè)計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機091班
學(xué)生姓名： 李春驕
學(xué) 號： 2009307133
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)論文
一、論文資料的準(zhǔn)備
1. 塔式起重機的研究背景
二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，由于許多國家夷為平地，龐大而艱巨的家園重建工作，要求建筑施工實現(xiàn)機械化，以加快建設(shè)進度。作為建筑機械化主導(dǎo)機械，塔式起重機得以應(yīng)運而迅猛發(fā)展。
20世紀(jì)80年代隨著改革開放和國際技術(shù)交流增多，我國曾先后有原聯(lián)邦德國、法國、意大利、及丹麥引進了為數(shù)可觀的塔式起重機產(chǎn)品，特別是1984年由法國POTAIN公司引進的三種機型（H3/36B、FO/23B、GTMR360B）的生產(chǎn)許可證，極大地促進了我國塔式起重機產(chǎn)品設(shè)計制造技術(shù)的進步。通過消化吸收國外先進技術(shù)，對基礎(chǔ)部件，如電動機、電器、回轉(zhuǎn)支承、傳動機構(gòu)及安全裝置等進行定點生產(chǎn)，一些生產(chǎn)主機的專業(yè)大廠還進行了相應(yīng)的技術(shù)改造，增設(shè)鋼材預(yù)處理生產(chǎn)線，從而使國產(chǎn)塔式起重機的質(zhì)量迅速提高，一些主要機種已達到或接近國外同類產(chǎn)品質(zhì)量水平。
進入20世紀(jì)90年代以后，隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市房地產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，水利、電力、橋梁等大型工程不斷上馬，我國已成為世界塔式起重機主要需求市場之一，其性能要求也越來越高，使得國內(nèi)塔式起重機行業(yè)得到了高速發(fā)展。目前我國已成為世界塔式起重機生產(chǎn)大國，特別是近幾年來我國塔式起重機已經(jīng)批量出口國際市場，標(biāo)志著我國塔式起重機生產(chǎn)的全面進步。然而，塔式起重機的理論設(shè)計工作近年來鮮有較大革新，一定程度上制約了我國塔式起重機行業(yè)的進一步發(fā)展。
無論國內(nèi)還是國外，塔式起重機在現(xiàn)代化建設(shè)中都有非常重要的地位。它是現(xiàn)代社會進步的一個標(biāo)志，是人類建設(shè)不可缺少的重要設(shè)備，它的高效性、安全穩(wěn)定性是塔機行業(yè)較普遍關(guān)心和注意的問題。在塔機整體設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各相關(guān)參數(shù)，以人為本、安全第一的設(shè)計觀點來進行各項設(shè)計。
塔式起重機的塔身是塔機三大結(jié)構(gòu)件之一，工作條件惡劣，荷載情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)重量約占整機重量的1/4-1/5，支撐著塔機上部結(jié)構(gòu)和起升載荷的重量，大多數(shù)塔身為空間桁架結(jié)構(gòu)。塔身截面形式一般為正方形截面，主弦桿一般為角鋼、角鋼拼焊、方鋼管或圓鋼管。塔身腹桿一般為角鋼或無縫鋼管，有三角形、K字型等多種布置方式。腹桿體系的不同會影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定性。本設(shè)計以QTZ400塔式起重機為例，依據(jù)GB/T13752-92《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》，通過研究、分析塔身的受力情況，保證塔式起重機的安全施工。
2. ANSYS軟件的發(fā)展?fàn)顩r
“有限元”這個詞語于1965年首次被提出，經(jīng)過大約40多年的不斷發(fā)展和完善，
到今天已廣泛應(yīng)用于各種不同的工程之中，有限元思想的核心就是把實際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個類似結(jié)構(gòu)的個體，然后通過分析這些有限個體的性能來求出滿足實際工程要求的計算結(jié)果，從而代替對于具體復(fù)雜實際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過離散化，應(yīng)用有限元思想，可以解決很多實際復(fù)雜的工程問題，并在理論研究和工程應(yīng)用兩方面都具有極其重要的實用價值。
1970年，美國著名力學(xué)專家、匹茲堡大學(xué)教授 John Swanson創(chuàng)建了ANSYS公司，通過四十余年的發(fā)展壯大，已經(jīng)逐漸成為全球CAE行業(yè)中最大的公司。在發(fā)展過程中，ANSYS軟件不斷改進提高，性能也不斷增強，可靠性也不斷得到保證，在易用性和適應(yīng)運行環(huán)境等其他方面也日趨完善，基本上完全能夠滿足當(dāng)前用戶對于有限元分析軟件的要求。
ANSYS作為一個大型通用軟件，可以廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場、熱、禍合場、電磁場上面，其使用用戶能夠涵蓋機械、土木建筑、水利、生物、醫(yī)學(xué)、能源、航空航天和交通運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)的不同領(lǐng)域，利用ANSYS軟件，能夠?qū)嶋H模型置于各種各樣不同的復(fù)雜實際工況之中，準(zhǔn)確并合理的分析，優(yōu)化設(shè)計，減少實際試驗的物質(zhì)和人力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠為提高利潤做出貢獻。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個過程:建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）
本次畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求每個學(xué)生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生掌握塔式起重機的總體設(shè)計、塔身的設(shè)計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
隨著市場競爭的日益激烈，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期已經(jīng)成為企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。塔式起重機尤其是大噸位的塔機，其施工高度高，塔身成本占總成本的比重較大，通過塔身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低塔身重量是降低塔式起重機成本的關(guān)鍵之一。
傳統(tǒng)的設(shè)計方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗選定塔身的截面尺寸、主弦桿和腹桿的截面面積以及節(jié)距等參數(shù)，然后進行校核，這樣設(shè)計的塔身, 結(jié)構(gòu)自重偏大，材料的利用率低， 成本高，經(jīng)濟效益不好。
塔機結(jié)構(gòu)現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)代設(shè)計方法的過程。傳統(tǒng)設(shè)計計算復(fù)雜、耗時，不利于在激烈市場競爭中縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量。計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和有限元法等現(xiàn)代設(shè)計方法受到塔機科技人員越來越廣泛的重視。
塔身是塔式吊車的重要組成部分,利用大型有限元軟件ANSYS對QTZ40塔式起重機塔身進行工作及非工作狀態(tài)分析計算，得到了塔身工作及非工作狀態(tài)總位移分布云圖、各種狀態(tài)下塔身當(dāng)量應(yīng)力分布云圖；根據(jù)分析結(jié)果對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，有效控制了可能出現(xiàn)的危險，增強了設(shè)備的安全性。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔式起重機結(jié)構(gòu)的主體。塔身受力情況十分復(fù)雜，在不同載荷作用下產(chǎn)生位移和變形，所受載荷主要有塔機吊重及上部結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的垂直力，上部結(jié)構(gòu)和吊重產(chǎn)生的彎矩，吊臂回轉(zhuǎn)引起的扭矩，及整個塔身受到的風(fēng)載等，并且在工作過程中吊臂的旋轉(zhuǎn)也會使塔身受力的狀態(tài)發(fā)生變化，以上多種因素都可使塔身發(fā)生斷裂危險，因此，利用有限元法對QTZ40塔式起重機塔身工作及非工作狀態(tài)進行分析，對塔式起重機塔身結(jié)構(gòu)改進有一定的指導(dǎo)意義。
（1） 設(shè)計任務(wù)：
①總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ②結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計
①主要技術(shù)參數(shù)性能 ②設(shè)計原則 ③平衡重的計算 ④塔機的風(fēng)力計算 ⑤整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 塔身的設(shè)計和計算
①塔身的形式及尺寸 ②設(shè)計塔身的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算 ③聯(lián)接套焊縫強度的計算 ④高強度螺栓強度的計算 ⑤塔身腹肝的計算
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
起迄日期 工作內(nèi)容
2013.28-2013.4.10 方案選擇及總體設(shè)計
2013.4.11-2013.4.17 繪制總圖
2013.4.18-2013.5.15 塔身設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制塔身裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.23 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機械設(shè)計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 邢靜忠．ANSYS應(yīng)用實例與分析．科學(xué)出版社．2006．
[8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機設(shè)計條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[12]劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社．2002．
[13]李柱，徐振高．互換性與測量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002．
[14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003．
[15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995．
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。
摘要
本次設(shè)計在參照同類塔式起重機基礎(chǔ)上，對QTZ40型塔式起重機進行總體設(shè)計及塔身分析設(shè)計。在塔身設(shè)計工程中，采用了有限元法對其進行分析計算，采用了ANSYS10.0軟件進行分析。
按照整機主要性能參數(shù)，確定各機構(gòu)類型及鋼結(jié)構(gòu)型式，主要確定了塔身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并按照風(fēng)載荷平行于起重臂方向，風(fēng)載荷與起重臂方向呈45度角時兩種工況分析。通過對塔身作適當(dāng)?shù)暮喕瑧?yīng)用ANSYS10.0軟件建立塔身的有限元模型，施加各工況載荷，進行求解，進而可得各工況下各節(jié)點受力情況及各單元所受軸向力、軸向應(yīng)力大小及各工況下塔身的變形撓度大小，并能演示塔身加載過程的動畫，清晰的展現(xiàn)了各工況下塔身的受力性能。
本次設(shè)計分析通過修改模型參數(shù)共準(zhǔn)備了三種不同方案，進而對不同模型方案進行分析比較。由比較不同模型在相同工況下的受力狀況及剛度狀況，綜合分析強度和剛度條件，可得出受力最為合理的一組模型參數(shù)，通過對此組參數(shù)下模型進行強度及剛度校核，進而獲得塔身的最終參數(shù)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：QTZ40型塔式起重機 塔身 有限元分析 ANSYS10.0
Abstract
Based on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower body design of the QTZ40 tower crane. In the tower body design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. And then, the parameter analysis is carried on two different operating modes which are composed of the direction of the wind load is parallel to the lazy arm and the direction of the wind load is at a 45 degrees angle with the lazy arm. Through the reasonable simplification of the tower body, the tower body finite element model is established by applying ANSYS12.0 software, and then it’s exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower body distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower body, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.
Through the revision of the model parameters, three different schemes have been prepared for the analysis comparison, which is carried on the different models. Because the stress condition and stiffness condition of different model are compared under the same operating mode, and a comprehensive analysis of the intensity and the stiffness condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained. Through the intensity and the stiffness examination regarding this model, then the final parameter result of the tower body can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Tower body Finite element analysis ANSYS10.0
目錄
第1章 前言······················································1
1.1 塔式起重機概述··············································1
1.2 塔式起重機的發(fā)展情況········································1
1.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢·······································3
第2章 總體設(shè)計··················································5
2.1 概述······················································· 5
2.2 確定總體設(shè)計方案············································5
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)···············································5
2.2.2 工作機構(gòu)···············································22
2.2.3 安全保護裝置···········································29
2.3 總體設(shè)計設(shè)計總則···········································32
2.3.1 整機工作級別 ··········································32
2.3.2 機構(gòu)工作級別···········································32
2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 33
2.4 平衡重的計算···············································33
2.5 起重特性曲線···············································35
2.6 塔機風(fēng)力計算·············································· 36
2.6.1 工作工況Ⅰ············································37
2.6.2 工作工況Ⅱ············································41
2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································43
2.7整機的抗傾翻穩(wěn)定性·········································45
2.7.1工作工況Ⅰ············································46
2.7.2工作工況Ⅱ············································47
2.7.3非工作工況Ⅲ··········································49
2.7.4工作工況Ⅳ············································50
2.8固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算·········································51
第3章 塔身的有限元分析設(shè)計···································53
3.1 塔身模型簡化···············································53
3.2 有限元分析計算·············································54
3.2.1 方案一···············································54
3.2.2 方案二··············································79
3.2.3 方案三··············································98
第4章 塔身的受力分析計算····································121
4.1 穩(wěn)定性校核················································121
4.2 塔身的剛度檢算············································122
4.3 塔身的強度校核············································124
4.4 鏈接套焊縫強度的計算······································125
4.5 塔身腹桿的計算············································126
4.6 高強度螺栓強度的計算······································127
第5章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)···········································129
致謝·····························································130
主要參考文獻····················································131
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計計算書
指導(dǎo)教師：李常勝
設(shè)計題目：QTZ40塔式起重機塔身的優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計人：李春驕
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
前言
塔式起重機概述
塔式起重機發(fā)展情況
塔式起重機的發(fā)展趨勢
第1章 前言
1.1 塔式起重機概述
塔式起重機是一種塔身豎立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機高。由于塔式起重機能靠近建筑物，其幅度利用率可達全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機幅度利用率不超過50%，而且隨著建筑物高度的增加還會急劇地減小。因此，塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。同時，為了適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)用的不斷擴大，現(xiàn)在的塔式起重機必須具備下列特點：
1. 起升高度和工作幅度較大，起重力矩大。
2. 工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調(diào)速性能。
3. 要求裝拆、運輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需
要。
QTZ40型自升式塔式起重機，其吊臂長40米，最大起重量4噸，額定起重力矩40噸米。是一種結(jié)構(gòu)合理、性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較目前國內(nèi)外同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構(gòu)件的調(diào)運和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。整機結(jié)構(gòu)不算太大，可滿足中小型施工的要求。
本機以基本高度（獨立式）30米。用戶需高層附著施工，只需提出另行訂貨要求，即可增加某些部件實現(xiàn)本機的最大設(shè)計高度100米，也就是附著高層施工可建高樓32層以上。
1.2 塔式起重機發(fā)展情況
塔式起重機是在二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。歐洲率先成功，1923年成功制成第一臺比較完整的塔式起重機，
在我國，塔式起重機的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程。
20世紀(jì)50年代，為滿足國家經(jīng)濟建設(shè)的需要，中國引進了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。1954年仿制民主德國設(shè)計的樣機，在撫順試制成功了中國第一臺TQ2-6型塔式起重機。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機，研制了15t與25t塔式起重機，這個時期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機的數(shù)量都較少。
20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構(gòu)中采用了比較先進的技術(shù)，如直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉(zhuǎn)和運行機構(gòu)中安裝液力耦合器等。在此時期，中國開始進入了自行設(shè)計與制造塔式起重機的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機，它也是中國最早自行設(shè)計的塔式起重機。隨后，中國又自行設(shè)計制造了TQ-6型等塔式起重機，至1965年全國已有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機360多臺。這些塔式起重機都是下回轉(zhuǎn)動臂式，可整體托運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。
20世紀(jì)七十年代，塔式起重機服務(wù)對象更為廣泛。塔式起重機的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機又向一機多用方向發(fā)展。中國塔式起重機進入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機問世；同年為了北京飯店施工，中國又自行設(shè)計制造了QT-10型自升式塔式起重機，該機的起重力矩為1600kN·m。這一時期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動臂自行架設(shè)快裝塔式起重機等，其年產(chǎn)量最高超過900臺，標(biāo)志著中國塔式起重機行業(yè)進入了一個新的階段。
20世紀(jì)80年代，中國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機，QT60、QTK60、QT25HK等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國外70年代水平，這一時期的最高年產(chǎn)量達1400臺。與此同時，隨著改革開放和國際技術(shù)交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，其中有聯(lián)邦德國的Liebherr、法國的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機制造質(zhì)量較好，技術(shù)性能比較先進，極大地促進了中國塔式起重機產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)的進步。20世紀(jì)90年代以后，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個新的興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。
1.3塔式起重機的發(fā)展趨勢
根據(jù)國內(nèi)外一些技術(shù)資料的介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢具體歸納為以下幾個方面。
1、吊臂長度加長
在20世紀(jì)60年代初，吊臂長度超過40m的較少，70年代吊臂長度已能做到70m?？焖俨鹧b下回轉(zhuǎn)塔式起重機的吊臂長度可達到35m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標(biāo)準(zhǔn)臂長一般為30～40m，可以接長到50～60m。重型塔式起重機吊臂則更長。隨著塔式起重機設(shè)計水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題，而低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調(diào)速
由于調(diào)速技術(shù)的進步，混輪組倍率的可變、雙速、三速電動機及直流電動機調(diào)速的應(yīng)用，使塔式起重機工作速度在逐漸提高。20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的塔式起重機工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，回轉(zhuǎn)速度為0.6～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來塔式起重機工作速度已有提高。起升機構(gòu)普遍做到具有3～4種工作速度，重物起升速度超過100m/min者已經(jīng)很多，構(gòu)件安裝就位速度可在0～10m/min范圍內(nèi)進行選擇，回轉(zhuǎn)速度一般可在0～1r/min之間進行調(diào)節(jié)，小車牽引和塔式起重機行走大多也有2～3種工作速度，小車牽引速度最快可達60m/min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機向大型、大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度越來越差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機，在操作室利用電視進行操作。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統(tǒng)，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據(jù)事先編排的程序自動進行吊裝。
4、更多地采用組裝式結(jié)構(gòu)
為了便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設(shè)計制造、使用與管理，提高塔式起重機使用的經(jīng)濟效益，國外塔式起重機專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化、部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身、臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為降低成本、簡化管理創(chuàng)造了條件。
133
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
總體設(shè)計
概述
確定總體設(shè)計方案
塔機金屬結(jié)構(gòu)
塔頂
吊臂
構(gòu)造型式
分節(jié)問題
截面形式及截面尺度
腹桿布置和桿件材料選用
吊點的選擇與構(gòu)造
平衡臂和平衡重
平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡重
拉桿
上、下支座
塔身
塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計
塔身的接高問題
轉(zhuǎn)臺裝置
回轉(zhuǎn)支承
底架
附著裝置
套架與液壓頂升機構(gòu)
爬升架
頂升機構(gòu)
套架
液壓頂升
基礎(chǔ)
工作機構(gòu)
起升機構(gòu)
起升機構(gòu)的傳動方式
起升機構(gòu)的驅(qū)動方式
起升機構(gòu)的減速器
起升機構(gòu)的制動器
滑輪組
倍率
回轉(zhuǎn)機構(gòu)
變幅機構(gòu)
安全裝置
限位開關(guān)
起升高度限制器
起重量限制器
力矩限制器
風(fēng)速儀
鋼絲繩防脫裝置
電氣系統(tǒng)
總體設(shè)計原則
整機工作級別
機構(gòu)工作級別
第2章 總體設(shè)計
2.1 概述
總體設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)和框架。只有在做好總體設(shè)計的前提下，才能更好的完成設(shè)計。它是對滿足塔機技術(shù)參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計的成敗關(guān)系到塔機的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，直接決定了塔機設(shè)計的成敗。
總體設(shè)計指導(dǎo)各個部件和各個機構(gòu)的設(shè)計進行，一般由總工程師負(fù)責(zé)設(shè)計。在接受設(shè)計任務(wù)以后，應(yīng)進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同類機械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前的國內(nèi)外塔機的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計的機型達到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。
2.2 確定總體設(shè)計方案
QTZ40塔式起重機是上回轉(zhuǎn)液壓自升式起重機。盡管其設(shè)計型號有各種各樣，但其基本結(jié)構(gòu)大體相同。整臺的上回轉(zhuǎn)塔機主要由金屬結(jié)構(gòu)，工作機構(gòu)，液壓頂升系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)及安全保護裝置等五大部分組成。
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉(zhuǎn)臺等主要部件組成。對于特殊的塔式起重機，由于構(gòu)造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結(jié)構(gòu)是塔式起重機的骨架，承受塔機的自重載荷及工作時的各種外載荷，是塔式起重機的重要組成部分，其重量通常約占整機重量的一半以上，因此金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材以及提高起重機的可靠性等都有重要意義。
1. 塔頂
自升塔式起重機塔身向上延伸的頂端是塔頂，又稱塔帽或塔尖。其功能是承受臂架拉繩及平衡臂拉繩傳來的上部載荷，并通過回轉(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺、承座等的結(jié)構(gòu)部件或直接通過轉(zhuǎn)臺傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。
自升式塔機的塔頂有直立截錐柱式、前傾或后傾截錐柱式、人字架式及斜撐式等形式。截錐柱式塔尖實質(zhì)上是一個轉(zhuǎn)柱，由于構(gòu)造上的一些原因，低部斷面尺寸要比塔身斷面尺寸為小，其主弦桿可視需要選用實心圓鋼，厚壁無縫鋼管或不等邊角鋼拼焊的矩形鋼管。人字架式塔尖部件由一個平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。而斜撐式塔尖則由一個平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。這兩種型式塔尖的共同特點是構(gòu)造簡單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運輸便利。
塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關(guān)系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應(yīng)配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應(yīng)力下降效果便不顯著，過分加高塔尖高度不僅導(dǎo)致塔尖自重加大，而且會增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機。因此，設(shè)計時，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當(dāng)?shù)乃敻叨取?
本設(shè)計采用前傾截錐柱式塔頂，斷面尺寸為1.36m×1.36m。腹桿采用圓鋼管。塔頂高6.115米。塔冒用無縫鋼管焊接而成，頂部設(shè)有連接平衡臂拉桿和吊臂拉桿的鉸銷吊耳，以及穿繞起升鋼絲繩的定滑輪，頂部應(yīng)裝有安全燈和避雷針。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1 塔頂結(jié)構(gòu)圖
2. 起重臂
1） 構(gòu)造型式
塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)造型式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。
小車變幅水平臂架，簡稱小車臂架，是一種承受壓彎作用的水平臂架，是各式塔機廣泛采用的一種吊臂。其優(yōu)點是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進行水平位移，并能平穩(wěn)準(zhǔn)確地進行安裝就位。因此此次設(shè)計采用小車變幅水平臂架。
小車臂架可概分為三種不同型式：單吊點小車臂架，雙吊點小車臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車臂架。單吊點小車變幅臂架是靜定結(jié)構(gòu)，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構(gòu)造；雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)自重輕，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點小車變幅臂架相比，自重均可減輕5%-10%。小車變幅臂架拉索吊點可以設(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，正三角形截面臂架。這種臂架的下弦桿上平面均用作小車運行軌道。
2） 分節(jié)問題
臂架型式的選定及構(gòu)造細部處理取決于塔機作業(yè)特點，使用范圍以及承載能力等因素，設(shè)計時，應(yīng)通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。
小車臂架常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長度有6、7、8、10、12m五種。為便于組合成若干不同長度的臂架，除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間外，一般都配設(shè)1~2個3~5m長的延接節(jié)，一個根部節(jié)，一個首部節(jié)和端頭節(jié)。端頭節(jié)構(gòu)造應(yīng)當(dāng)簡單輕巧，配有小車牽引繩換向滑輪、起升繩端頭固定裝置。此端頭節(jié)長度不計入臂架總長，但可與任一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。本次設(shè)計選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為6m，另加上2m長的延接節(jié)。其示意圖見圖2-2：
圖2-2臂架分節(jié)
3） 截面形式及截面尺度
塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面，本次設(shè)計的QTZ40采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。其尺寸截面形式如圖2-3所示：
圖2-3 臂架截面及其腹桿布置
1-水平腹桿2-側(cè)腹桿3-上弦桿4-下弦桿
臂架一-五節(jié)：B=1020mm H=800mm
臂架六-七節(jié)：B=1017mm H=800mm
臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構(gòu)造、塔頂高度及拉桿結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點外懸臂長度影響最大。截面寬度主要與臂架全長有關(guān)。設(shè)計臂架長度為40m，共分七節(jié)。
4） 腹桿布置和桿件材料選用
矩形截面臂架的腹桿體系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹桿體系既可采用人字式布置方式，也可 采用順斜置式。此兩種布置方式各有特點。
當(dāng)采用順斜置式式，焊縫長度較短、質(zhì)量不易保證。焊接變形不均勻，節(jié)點剛度較差，且不便于布置小車變幅機構(gòu)。因此本設(shè)計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應(yīng)用區(qū)段不受限制，焊縫長度較長，強度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點剛度較好，便于布置小車變幅機構(gòu)。
臂架桿件材料有多種選擇可能性。一般情況下，上吊點小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實心鋼為宜，但造價要高。因此本設(shè)計選用20號無縫圓鋼管。其特點是：慣性矩、長細比要小，抗失穩(wěn)能力高。下弦采用等邊角鋼對焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟實用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用89×8、89×7，下弦選用的角鋼型號為：75×8、75×5，臂間由銷軸連接。
5） 吊點的選擇與構(gòu)造
吊點可分為單吊點和雙吊點。其設(shè)計原則是：臂架長度小于50m，對最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點結(jié)構(gòu)。若臂架總長在50m以上，或?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴?yīng)采用雙吊點。采用單吊點結(jié)構(gòu)時，吊點可以設(shè)在上弦或下弦。吊點以左可看作簡支梁，以右可看作懸臂梁。在設(shè)計中采用雙吊點。
3. 平衡臂與平衡重
QTZ40塔式起重機是上回轉(zhuǎn)塔機。上回轉(zhuǎn)塔機均需配設(shè)平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構(gòu)成設(shè)計上所需要的作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩，在小車變幅水平臂架自升式塔機中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設(shè)起升機構(gòu)。起升機構(gòu)之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可發(fā)揮部分配重作用，二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導(dǎo)輪間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。
1） 平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡臂的構(gòu)造設(shè)計必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。短平衡臂的優(yōu)點是：便于保證塔機在狹窄的空間里進行安裝架設(shè)和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔(dān)施工任務(wù)的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)自重較輕。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當(dāng)減少平衡重的用量，相應(yīng)減少塔身上部的垂直載荷。平衡重與平衡臂的長度成反比關(guān)系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關(guān)系，因此，平衡臂的合理設(shè)計可節(jié)約材料，降低整機造價。
常用平衡臂有以下三種結(jié)構(gòu)型式：
（1） 平面框架式平衡臂，由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁河系桿構(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設(shè)有防護欄桿。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。
（2） 三角形斷面桁架式平臂，又分為正三角形斷面和倒三角形斷面兩種形式。此類平衡臂的構(gòu)造與平面框架式平衡臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，但較為輕巧，適用于長度較大的平衡臂。從實用上來看，正三角形斷面桁架式平衡臂似不如倒三角形斷面桁架式平衡臂。
（3） 矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)平衡臂，其特點是根部與座在轉(zhuǎn)臺上的回轉(zhuǎn)塔架聯(lián)接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長的超重型自升式塔機。
平衡臂結(jié)構(gòu)選用型式的原則是：自重比較輕；加工制造簡單，造型美觀與起重臂匹配得體。故此次設(shè)計選用平面框架式平衡臂。它由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿構(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設(shè)有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。平衡臂的長度是10.17m。如圖2-4所示：
圖2-4 平衡臂
2） 平衡重
平衡重屬于平衡臂系統(tǒng)的組成部分，它的用量甚是可觀，輕型塔機一般至少要用3～4t，重型自升式塔機要裝有近30t平衡重。因此在設(shè)計平衡重過程中，應(yīng)對平衡重的選材、構(gòu)造以及安裝進行認(rèn)真考慮并作妥善安排。
平衡重一般可分為固定式和活動式兩種?；顒悠胶庵刂饕糜谧陨剿C，其特點是可以移動，易于使塔身上部作用力矩處于平衡狀態(tài)，便于進行頂升接高作業(yè)。但是，構(gòu)造復(fù)雜，機加工量大，造價較高。故國內(nèi)大部分塔機均采用固定式平衡重。
平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鑄鐵平衡重的構(gòu)造較復(fù)雜，制造難度大，加工費用貴，但體形尺寸較小，迎風(fēng)面積較小，有利于減少風(fēng)載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風(fēng)面積大，對塔身結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構(gòu)造簡單，預(yù)制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風(fēng)吹雨淋，便于推廣。
因此，本次設(shè)計的塔式起重機采用鋼筋混凝土式平衡重。
4. 拉桿
QTZ40塔式起重機采用雙吊點式拉桿結(jié)構(gòu)，拉桿由焊件組成，其材料為16Mn，拉桿節(jié)之間用過渡節(jié)連接，由受力特性計算出其拉桿點作為位置，其中在平衡臂和吊臂上設(shè)有拉板和銷軸用來連接用。
5. 上、下支座
上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強螺栓與回轉(zhuǎn)支承相連接在支承座兩側(cè)安裝有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，它下面的小齒輪準(zhǔn)確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設(shè)有限位開關(guān)。
下支座上部用高強螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接、支承上部結(jié)構(gòu)，下部四角平面用4個銷軸和8個M30的高強螺栓分別與爬升架和塔身連接。
6. 塔身
塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機上部結(jié)構(gòu)的重量和承受載荷，并將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎(chǔ)。
1） 塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
塔身結(jié)構(gòu)斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。圓形斷面和三角形斷面現(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面結(jié)構(gòu)。因此本設(shè)計采用的也是方形斷面結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身。由型鋼或鋼管焊成的空間桁架，其成本比較低，且能滿足工作需要。因此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。這種樣式具有選材方便、靈活的優(yōu)點。常用的矩形尺寸有：1.2m×1.2m，1.3m×1.3m，1.4m×1.4m，1.5m×1.5m，1.6m×1.6m，1.7m×1.7m，1.8m×1.8m，2.0m×2.0m。此次設(shè)計的尺寸為1.6m×1.6m。根據(jù)承載能力的不同，同一種截面尺寸，其主弦桿又有兩種不同截面之分。主弦桿截面較大的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)則用于上部塔身。塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度有2.5m，3m，3.33m，4.5m，5m，6m，10m等多種規(guī)格，常用的尺寸是2.5m和3m。選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為2.5m。
2） 塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
塔身結(jié)構(gòu)的腹桿系統(tǒng)采用角鋼或無縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內(nèi)側(cè)或焊裝于角鋼主弦桿外側(cè)。斜腹桿和水平腹桿可采用同一規(guī)格，腹桿有三角形，K字型等多種布置形式。腹桿不同會影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定。
本次設(shè)計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結(jié)構(gòu)采用的腹桿布置方式。
3） 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接方式有：蓋板螺栓聯(lián)接，套柱螺栓聯(lián)接，承插銷軸聯(lián)接和瓦套法蘭聯(lián)接。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣。
本次設(shè)計的QTZ40塔機采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點是：套柱采用齊口定位，螺栓受拉，用低合金結(jié)構(gòu)鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復(fù)雜，但安裝速度比較快。
4） 塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 輕、中型自升塔機和內(nèi)爬式塔機宜采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。附著式自升式塔機和起升高度大的軌道式以及獨立式自升塔機宜采用拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。拼裝式塔機塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的加工精度要求比較高，制作難度比較大，零件多和拼裝麻煩，但拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的優(yōu)越性更不容忽視：一是堆放儲存占地?。欢茄b卸容易；三是運輸費用便宜，特別是長途陸運和運洋海運，由于利用集裝箱裝運，其抗銹蝕和節(jié)約運費的效果極為顯著。
QTZ40屬于中型自升式塔機，綜合各種型式的特點，塔身結(jié)構(gòu)采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，如圖2-5所示：
圖2-5 塔身結(jié)構(gòu)示意圖
（2） 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應(yīng)發(fā)展組合制式塔機的需要，對于達到40m起升高度的塔機塔身宜采用兩種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，而起升高度達到60m的塔機塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。除伸縮式塔身結(jié)構(gòu)和中央頂升式自升塔機的內(nèi)塔外，塔身結(jié)構(gòu)上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結(jié)構(gòu)的主弦桿截面則須予以加大。
（3） 塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實心圓鋼，取決于塔身的起重能力、供貨條件、經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。
（4） 塔身節(jié)內(nèi)必須設(shè)置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設(shè)計塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，特別是在設(shè)計拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關(guān)系，以保證使用安全及安裝便利。爬梯寬度不宜小于500mm，梯級間距應(yīng)上下相等，并應(yīng)不大于30mm。當(dāng)爬梯高度大于5m時，應(yīng)從高2m處開始裝設(shè)直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為500mm。當(dāng)爬梯高度超過10m時，爬梯應(yīng)分段轉(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)接處加一休息平臺。
對于高檔的塔機，可根據(jù)用戶要求增設(shè)電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學(xué)的應(yīng)用。
5） 塔身的接高問題
在遇到塔身需要接高問題時，應(yīng)按下述兩種不同情況分別處理：
（1） 在額定最大自由高度范圍內(nèi)，根據(jù)工程對象需要增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，使低塔機變?yōu)楦咚C。
（2） 根據(jù)施工需要，增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，使塔身高度略超越固定式塔機的規(guī)定最大自由高度。
在進行具體接高操作之前，還應(yīng)制定相關(guān)的安全操作規(guī)程，以保證拆裝作業(yè)的安全順利進行。
7．轉(zhuǎn)臺裝置
轉(zhuǎn)臺是一個直接坐在回轉(zhuǎn)支承（轉(zhuǎn)盤）上的承上啟下的支撐結(jié)構(gòu)。
上回轉(zhuǎn)自升式塔機的轉(zhuǎn)臺多采用型鋼和鋼板組焊成的工字型斷面環(huán)梁結(jié)構(gòu)，它支撐著塔頂結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)塔架 ，并通過回轉(zhuǎn)支承及承座將上部載荷下傳給塔身結(jié)構(gòu)。
8．回轉(zhuǎn)支承裝置
回轉(zhuǎn)支承簡稱轉(zhuǎn)盤，是塔式起重機的重要部件，由齒圈、座圈、滾動體、隔離快、連接螺栓及密封條等組成。按滾動體的不同，回轉(zhuǎn)支承可分為兩大類：一是球式回轉(zhuǎn)支承，另一類是滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
1） 柱式回轉(zhuǎn)支承
柱式回轉(zhuǎn)支承又可分為：轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類。定柱式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，起重回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動慣量小，自重和驅(qū)動功率小，能使起重機重心降低。轉(zhuǎn)柱式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度以及起重量較大的塔機。
2） 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承
滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置按滾動體形狀和排列方式可分為：單排四點角接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)支承裝置。為保證軸承裝置正常工作，對固定軸承座圈的機架要求有足夠的剛度。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)座圈上，而大軸承的的固定座圈則與塔身（底架或門座）的頂面相固結(jié)。
設(shè)計選用球式回轉(zhuǎn)支承，其優(yōu)點是：剛性好，變形比較小，對承座結(jié)構(gòu)要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。
根據(jù)構(gòu)造不同和滾動體使用數(shù)量的多少，回轉(zhuǎn)支承又分為單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承和三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
設(shè)計采用單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，它是由一個座圈和齒圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。
9．底架
塔機底架構(gòu)造隨著塔身結(jié)構(gòu)特點（轉(zhuǎn)柱式塔身或定柱式塔身），起重機的走形方式（軌道式、輪胎式或履帶式）及爬升方式（內(nèi)爬式或外附著自升式）而異。
小車變幅水平臂架自升塔機采用的底架結(jié)構(gòu)可分為：十字型底架，帶撐桿的十字型底架，帶撐桿的井字型底架，帶撐桿的水平框架式桿件拼裝底架和塔身偏置式底架。
本次設(shè)計采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，在四角安裝有四條輻射狀可拆卸支腿，該支腿用槽鋼焊接而成，用螺栓與框架結(jié)構(gòu)連接，底架通過20個預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，螺栓為M36，底架外輪廓尺寸約為：長×寬×高=4600×4600×250 mm。
撐桿的作用是使塔身基礎(chǔ)節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結(jié)構(gòu)，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設(shè)置，塔身危險斷面由塔身根部向上移到撐桿的上支承面，同時塔身根部平面對底架的作用減小，從而改善底架的受力情況。
底架安裝時，將底架拼裝組合，放置于混凝土基礎(chǔ)上，對正四角的放射形支腿地腳螺栓，使底架墊平牢實，要求校平，平面度小于1/1000，擰緊20個M36的地腳螺栓。
10. 附著裝置
附著裝置由一套附著框架，四套頂桿和三根撐桿組成，通過它們將起重機塔身的中間節(jié)段錨固在建筑物上，以增加塔身的剛度和整體穩(wěn)定性．撐桿的長度可以調(diào)整，以滿足塔身中心線到建筑物的距離限制．
塔身附著裝置是用角鋼對焊組合成的附著框架，由螺栓聯(lián)接成框形，包箍于塔身標(biāo)準(zhǔn)的外表面，在附著框架下方的塔身主弦桿上分別固定一個小抱箍，以支持附著框架的重量，再由三根可伸縮調(diào)整的附著撐桿，通過銷軸把該框架與建筑物連接，使塔機在規(guī)定高度與建筑物附著。．附著裝置如圖2-6所示：
2-6 附著裝置
11. 套架與液壓頂升機構(gòu)
1） 爬升架
爬升架主要由套架，平臺，液壓頂升裝置及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)引進裝置等組成。套架是套在塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外部。套架用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高4.94米，截面尺寸2.0×2.0米2。外側(cè)設(shè)有平臺和套架爬升導(dǎo)向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)的下方，還設(shè)有支承套架的支塊，當(dāng)套架上升到規(guī)定位置時，需將此支塊連同套架支托于塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的踏塊上。
為便于頂升安裝的安全需要特設(shè)有工作平臺，爬升架內(nèi)側(cè)沿塔身主弦桿安裝8個滾輪，支撐在塔身主弦桿外側(cè)，在爬升架的橫梁上，焊上兩塊耳板與液壓系統(tǒng)油缸鉸接承受油缸的頂升載荷，爬升架下部有兩個杠桿原理操縱的擺動爪，在液壓缸回收活塞以及引進標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等過程中作為爬升架承托上部結(jié)構(gòu)重量之用。
2） 頂升機構(gòu)
頂升機構(gòu)主要由頂升套架、頂升作業(yè)平臺和液壓頂升裝置組成，用于完成塔身的頂升加節(jié)接高工作。
3） 套架
上回轉(zhuǎn)自升塔機要有頂升套架。整體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用外套架。外套架就是套架本體套在塔身的外部。套架本身就是一個空間桁架結(jié)構(gòu)。套架由框架，平臺，欄桿，支承踏步塊等組成。安裝套架時，大窗口應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)焊有踏塊的方向相反。套架的上端用螺栓與回轉(zhuǎn)下支座的外伸腿相連接，其前方的上半部沒有焊腹桿，而是引入門框，因此其弦必須作特殊的加強，以防止側(cè)向局部失穩(wěn)。門框內(nèi)裝有兩根引入導(dǎo)軌，以便與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的引入。
4） 液壓頂升
（1） 按頂升接高方式的不同，液壓頂升分為上頂升加節(jié)接高、中頂升加節(jié)接高和下頂升加節(jié)接高和下頂升接高三種形式。上頂升加節(jié)接高的工藝是由上向下插入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，多用于俯仰變幅的動臂自升式塔是起重機。下頂升加節(jié)接高的優(yōu)點：人員在下部操作，安全方便。缺點是：頂升重量大，頂升時錨固裝置必須松開。中頂升加節(jié)接高的工藝是由塔身一側(cè)引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，可適用于不同形式的臂架，內(nèi)爬，外附均可，而且頂升時無需松開錨固裝置，應(yīng)用面比較廣。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。
（2） 按頂升機構(gòu)的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構(gòu)、鏈輪頂升機構(gòu)、齒條頂升機構(gòu)、絲杠頂升機構(gòu)和液壓頂升機構(gòu)等五種。繩輪頂升機構(gòu)的特點是構(gòu)造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構(gòu)與繩輪頂升機構(gòu)相類似，采用較少。齒條頂升機構(gòu)在每節(jié)外塔架內(nèi)側(cè)均裝有齒條，內(nèi)塔架外側(cè)底部安裝齒輪。齒輪在齒條上滾動，內(nèi)塔架隨之爬升或下降。絲杠爬升機構(gòu)的絲杠裝在內(nèi)塔架中軸線處，或裝在塔身的側(cè)面內(nèi)外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉(zhuǎn)，完成頂升過程。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用液壓頂升機構(gòu)。液壓頂升機構(gòu)由電動機驅(qū)動齒輪油泵，液壓油經(jīng)手動換向閥、平衡閥進入液壓缸，使液壓缸伸縮，實現(xiàn)塔機上部的爬升和拆卸。其主要優(yōu)點是構(gòu)造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構(gòu)另有一套手動操作的爬升吊裝裝置與頂升液壓系統(tǒng)配合工作。液壓頂升系統(tǒng)如圖2-7所示：
2-7 液壓頂升系統(tǒng)
1- 電動機 2-聯(lián)軸器 3-齒輪泵 4-濾油器
5-溢流閥 6-壓力表開關(guān) 7-壓力表 8-手動換向閥
9-油缸 10-平衡閥
（3） 頂升液壓缸的布置：頂升接高方式又可分為中央頂升和側(cè)頂升兩種。所謂中央頂升，是指揮頂升液壓缸布置在塔身的中央，并設(shè)上，下橫梁各一個。液壓缸上端固定在橫梁鉸點處。頂升時，活塞桿外身，通過下橫梁支在下部塔身的托座或相應(yīng)的腹桿節(jié)點上。液壓缸的大腔在上，小腔在下壓力油不斷注入液壓缸大腔，小腔中液壓油則回入油箱，從而使液壓缸將塔式起重機的上部頂起。所謂側(cè)頂升式，是將頂升液壓油缸設(shè)在套架的后側(cè)。頂升時，壓力油不斷泵入油缸大腔，小腔里的液壓油則回流入油箱?；钊麠U外伸，通過頂升橫梁支撐在焊接于塔身主弦桿上的專用踏步塊間距視活塞有效行程而定。一般取1-1.5m。由于液壓缸上端鉸接在頂升套架橫梁上，故能隨著液壓缸活塞桿的漸漸外伸而將塔機上部頂起來。側(cè)頂式的主要優(yōu)點是：塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度可適當(dāng)加大，液壓缸行程可以相應(yīng)縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用側(cè)頂式。
12. 基礎(chǔ)
固定式塔式起重機，可靠的地基基礎(chǔ)是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況，嚴(yán)格按照規(guī)定制作。除在堅硬巖石地段可采用錨樁地基（分塊基礎(chǔ)）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)。
鋼筋混凝土基礎(chǔ)有多種形式可供選用。對于有底架的固定自升式塔式起重機，可視工程地質(zhì)條件，周圍環(huán)境以及施工現(xiàn)場情況選用X形整體基礎(chǔ)，四個條塊分隔式基礎(chǔ)或者四個獨立塊體式基礎(chǔ)。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎(chǔ)。如這種塔機必須安裝在深基坑近旁，或者塔機安裝位置地質(zhì)條件較差，則應(yīng)采用鉆孔灌注樁承臺基礎(chǔ)。
1） X形整體基礎(chǔ)的形狀及平面尺寸大致與塔式起重機X形底架相似。塔式起重機的X形底架通過預(yù)埋地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，此種形式多用于輕型自升式塔式起重機，如圖2-8所示：
圖2-8 X形整體基礎(chǔ)
2） 長條形基礎(chǔ)由兩條或四條并列平行的鋼筋混凝土底梁組成，其功能猶如兩條鋼筋混凝土的鋼軌軌道基礎(chǔ)，分別支承底架的四個支座和由底架支座傳來的上部荷載。如果塔機安裝在混凝土砌塊人行道上，或是安裝在原有混凝土地面上，均可采用這種鋼筋混凝土基礎(chǔ)。
3） 分塊式基礎(chǔ)由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結(jié)構(gòu)傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構(gòu)造尺寸視塔機支反力大小基地耐力而定。由于基礎(chǔ)僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負(fù)荷獨立柱基礎(chǔ)處理。其優(yōu)點是：構(gòu)造比較簡單，混凝土及鋼筋用量都比較少，造價便宜。
4） 無底架固定式自升式塔機的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎(chǔ)。塔機的塔身結(jié)構(gòu)通過塔身基礎(chǔ)節(jié)、預(yù)埋塔身框架或預(yù)埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。
由于塔身結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)聯(lián)固成整體，混凝土基礎(chǔ)能發(fā)揮承上啟下的作用：將塔機上不得載荷全部傳給地基。由于整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)的體形尺寸是考慮塔式起重機的最大支反力、地基承載力以及壓重的需求而選定的，因而能確保塔機在最不利工況下均可安全工作，不會產(chǎn)生傾翻事故。基礎(chǔ)預(yù)埋深度根據(jù)施工現(xiàn)場地基情況而定，一般塔式起重機埋設(shè)深度為1-1.5米，但應(yīng)注意須將基礎(chǔ)整體埋住。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機，選用的混凝土基礎(chǔ)為x基礎(chǔ)（如圖2-9所示）?；炷镣廨喞叽缂s為：長×寬×高=7000×7000×1100 mm（長×寬×高），總混凝土方量約11立方米，基礎(chǔ)重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A(chǔ)用鋼筋混凝土搗制，混凝土標(biāo)號為300號，在基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等。基礎(chǔ)的制作應(yīng)嚴(yán)格按圖施工?；A(chǔ)的土質(zhì)應(yīng)堅固牢實，要求承載能力大于0.15Mpa，混凝土
基礎(chǔ)的深度﹥1100mm 。
圖2-9 塔機設(shè)計基礎(chǔ)
2.2.2 工作機構(gòu)
工作機構(gòu)是為實現(xiàn)起重機不同的運動要求而設(shè)置的。對于自升式塔式起重機，主要包括起升機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，變幅機構(gòu)和頂升機構(gòu)。依靠這些機構(gòu)完成起吊重物、運送重物到指定地點并安裝就位三項運動在內(nèi)的吊裝作業(yè)。
為了提高塔機生產(chǎn)率，加快吊裝施工進度，無論是起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)均應(yīng)具備較高的工作速度，并要求從靜止到全速運行，或從全速運行轉(zhuǎn)入靜停的全過程，都能平緩進行，避免產(chǎn)生急劇沖動，對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。對于高層建筑施工用的塔機來說，由于起升高度大，起重臂長，起重量大，對工作機構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)有更高的要求。
1. 起升機構(gòu)
起升機構(gòu)是塔式起重機使用頻繁而又最重要的工作機構(gòu)。它主要由電動機、減速機、卷筒和制動器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。為了提高起重機的工作效率和安全可靠性，要求起升機構(gòu)具有適合的調(diào)速性能。起升機構(gòu)簡圖如圖2-10所示。
2-10起升機構(gòu)簡圖
1-三速電機 2-聯(lián)軸器 3-液力推桿制動器
4-ZQ500圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器
根據(jù)使用說明書，起升機構(gòu)由一合三速電動機驅(qū)動，電動機型號YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/
144rpm。通過彈性聯(lián)軸節(jié)與ZQ500型圓柱齒輪變速箱驅(qū)動起升卷筒，本機構(gòu)采用液力推桿制動器。起升速度由電控三速電動機實現(xiàn)其“兩快一慢”的動作，本機構(gòu)還備有高度限位裝置，避免起升時卷筒發(fā)生過卷現(xiàn)象，通過調(diào)整高度限位裝器行程開關(guān)的碰塊的位置，以實現(xiàn)吊鉤在最大高度時，起升機構(gòu)斷電，保護高度限位的安全。高度限位器只是一種安全裝置，不允許用來作工作裝置使用。
1) 起升機構(gòu)的傳動方式
按照起重機的傳動方式不同，起升機構(gòu)有機械傳動，電力-機械傳動（簡稱電力傳動），和液壓-機械傳動（簡稱液壓傳動）等形式。
（1） 機械傳動：其動力是由發(fā)動機經(jīng)機械傳動裝置傳至起升機構(gòu)起升卷筒，同時也傳至其它工作機構(gòu)，由于集中驅(qū)動，為保證各機構(gòu)獨立運動，整機的傳動比較復(fù)雜。起升機構(gòu)的調(diào)速困難、操作麻煩、但工作可靠。
（2） 電力傳動：由直流或交流電動機通過減速器帶動起升卷筒。直流電動機傳動的機械特性適合起升機構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但直流電的獲得較為困難。交流電機傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單、機組重量輕。
（3） 液壓傳動：有高速液壓馬達傳動和低速大扭矩液壓馬達傳動。前者重量輕、體積小、容積效率高。后者傳動零件少，起、制動性能好，但容積效率較低，易影響機構(gòu)轉(zhuǎn)速，體積與重量較大。
交流電機傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單，機組重量輕，故電力傳動在起升機構(gòu)上被廣泛采用?？紤]經(jīng)濟性、工作情況、工作效益等，本次設(shè)計采用電力傳動。
2） 起升機構(gòu)的驅(qū)動方式
按照起重機的驅(qū)動方式不同，可分為以下大類：
多速電機起升機構(gòu)：這種起升機構(gòu)構(gòu)造簡單，它是由一個多速電動機配上減速器、鋼絲繩卷筒組成。其制動器可以是電機本身帶的電磁盤式制動器，也可以是獨立的液壓推桿制動器。
繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串接可變電阻調(diào)速起升機構(gòu)：這種由繞線轉(zhuǎn)子異步電動機驅(qū)動、串接可變電阻調(diào)速的起升機構(gòu)主要用于輕型快裝塔機。由于繞線式電動機本身具有良好的啟動特性，通過在轉(zhuǎn)子繞組中串接可變電阻，以凸輪控制器進行控制，從而實現(xiàn)平穩(wěn)啟動和均勻調(diào)速的要求。
配用電磁換擋減速器的3極籠型電動機驅(qū)動起升機構(gòu)：這種調(diào)速起升機構(gòu)具有較前一類更高的調(diào)速性能，由三極籠型電動機、電磁換擋2擋減速器、傳動系統(tǒng)和鋼絲繩卷筒組成。采用這種起升機構(gòu)，可使調(diào)速檔數(shù)增加一倍，從而使工作速度與吊載更相適應(yīng)，提高起升機構(gòu)的生產(chǎn)效率。這種調(diào)速起升機構(gòu)由于具有較好的價格性能比，其應(yīng)用正日趨普及。
本設(shè)計選用多速電機起升機構(gòu)。這種起升機構(gòu)特點是：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，成本低，維護工作量小，并且可以帶載變速。但在變換極速時，速度沖擊和電流沖擊都比較大，故只適用與小容量的電機。
3） 起升機構(gòu)的減速器
起升機構(gòu)采用的減速器通常有以下幾種：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星齒輪減速器等。圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，使用普遍，但體積大。蝸輪減速器的尺寸小，傳動比大，重量輕，但效率低，壽命短。行星齒輪減速器包括擺線針輪行星減速器和少齒差行星減速器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、重量輕等特點，但價格較貴。比較上述性能，選用圓柱齒輪減速器。
4） 起升機構(gòu)的制動器
起升機構(gòu)的制動器可布置在高速軸上，也可布置在低速軸上。制動器布置在高速軸上時，所需制動力矩小，但制動時沖擊較大，通常采用塊式制動器。布置在低速軸上的制動器，所需制動力矩較大，通常采用帶式制動器或點盤式制動器。本設(shè)計將制動器布置在高速軸上，采用塊式制動器。
5） 滑輪組倍率
在起升機構(gòu)中，滑輪倍率裝置是為了使起升機構(gòu)的起重能力提高一倍，而起升速度會降低一倍，這樣起升機構(gòu)能夠更加靈活地滿足施工的需要。塔式起重機一般都為單聯(lián)滑輪組，故倍率a等于承載分支數(shù)Z。起升速度有6種，見表2-1：
倍率
a=2
a=4
起重量（t）
空鉤
2
2
0.188
4
4
速度(m/min)
92
61
14
30
20
4.5
表2-1起升特性參數(shù)表
四倍率與二倍率轉(zhuǎn)化方便、快捷，起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞示意圖及倍率轉(zhuǎn)換如圖2-11所示：
圖2-11 起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞示意圖
1-起升卷筒2-塔頂滑輪 3-起重量限制器滑輪
4-載重小車5-臂端固定點6-上滑輪7-吊鉤滑輪組
變換倍率的方法如下：將上滑輪6用銷軸與吊鉤滑輪組7的兩滑輪的桿交點連接起來，此時即為四倍率狀態(tài)；拔出銷子，上滑輪6上升到載重小車4處固定后，就變?yōu)槎堵薁顟B(tài)。
2. 回轉(zhuǎn)機構(gòu)
塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的。回轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上并由回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動小齒輪。小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運動。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)是重負(fù)荷工作機構(gòu)，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)動，而且要克服很大的迎風(fēng)阻力。這些均是影響回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計及電動機功率選擇的因素。
目前采用的回轉(zhuǎn)機構(gòu)有以下幾種：
1） 電動機——液力耦合器——減速器——小齒輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)
這種回轉(zhuǎn)機構(gòu)呈“1”字型立式安裝，由于中間裝有液力耦合器，可減緩電機啟動時的速度沖擊，因此運動比較平穩(wěn)。但靠電機反接制動，特別在就位時，只能靠操作人員“點動”。特點是：結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，造價相對較低，但調(diào)速性能
不好。
2） 帶渦流制動器的力矩電機——行星減速機——小齒輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)
這種機構(gòu)在啟動和減速時，引入了渦流制動器，使之達到起、制動平穩(wěn)。但造價較高。
3） 變頻調(diào)速回轉(zhuǎn)機構(gòu)
該機構(gòu)由變頻調(diào)速電機（鼠籠型）——行星減速機——小齒輪組成。通過變頻器調(diào)整電源頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)最為簡單，但目前尚無回轉(zhuǎn)機構(gòu)專用變頻器。
4） 由多檔速度的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機——液力耦合器——行星減速器——電磁片式制動器的回轉(zhuǎn)機構(gòu)
這是一種較好的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對風(fēng)荷調(diào)控作用在于風(fēng)載轉(zhuǎn)矩增大超越限度時，電動機接電后，制動器便首先轉(zhuǎn)動，從而使塔機免去不必要的倒轉(zhuǎn)，風(fēng)停止后，制動器又會立即松開。當(dāng)工作班結(jié)束后，塔機非作業(yè)時，通過隨風(fēng)轉(zhuǎn)電控或機械操作裝置使制動閘松開，令塔機猶若一座風(fēng)向標(biāo)可隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，但不至于被巨風(fēng)強吹扭毀。
考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設(shè)計的QTZ40型號塔式起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)選用第一種結(jié)構(gòu)型式?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)由一臺雙速電動機驅(qū)動，電動機型號YD132M–8/6。經(jīng)過力偶合器至行星齒輪減速機到主動小齒輪，再驅(qū)動回轉(zhuǎn)支承大齒輪。本機構(gòu)由于采用了液力偶合器聯(lián)結(jié)，使其運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊慣性小，進而改善了塔機的工作狀況。回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作原理見圖2-12。
圖2-12回轉(zhuǎn)機構(gòu)簡圖
1-雙速電動機 2-液力偶合器
3-Xx4-100型行星齒輪減速器 4-驅(qū)動小齒輪
5-單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承 6-回轉(zhuǎn)大齒輪
3. 變幅機構(gòu)
變幅機構(gòu)是實現(xiàn)改變幅度的工作機構(gòu)，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒和制動器組成。功率和外形尺寸較小。
變幅機構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式分為運行小車式和吊臂俯仰式。
此次設(shè)計的QTZ40型塔式起重機采用水平臂小車變幅，實現(xiàn)小車的水平移動。按照小車沿吊臂弦桿行走方式，小車式變幅機構(gòu)分為自行式和繩索牽引式兩類。前者驅(qū)動裝置直接裝在小車上，依靠車輪與吊臂軌道間的附著力驅(qū)動車輪使小車運行。電動滑車沿吊臂弦桿行走就是這類變幅機構(gòu)的典型例子，由于牽引力受附著力的限制，而且小車自重也比較大，故這
種自行式小車變幅機構(gòu)只適用于小型塔式起重機。
繩索牽引式變幅機構(gòu)的小車依靠變幅鋼絲繩牽引沿吊臂軌道運行，其驅(qū)動力不受附著力的限制，故能在略呈傾斜的軌道上行走，又由于驅(qū)動裝置裝在小車外部，從而使小車自重大為減少，所以適用于大幅度，起重量較大的起重機。在塔式起重機中大多采用繩索牽引式變幅機構(gòu)，這樣即可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅(qū)動裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。因此選用繩索牽引式小車變幅機構(gòu)。
常用變幅機構(gòu)有以下幾種：
1） 多速電機變幅機構(gòu)
它是由一個帶盤式制動器的雙速或三速電機，驅(qū)動行星減速器，帶動卷筒運動。
這種變幅機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，其性能能滿足各種臂長需要，但在極速變換時，存在速度和電流沖擊。
2） 變頻調(diào)速變幅機構(gòu)
這是一種新型的無級變速變幅機構(gòu)。其變速由通用變頻器調(diào)整電機電源頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速。該機構(gòu)調(diào)速過渡非常平穩(wěn)，無速度沖擊。
綜合比較各自的優(yōu)缺點，本次設(shè)計選用多速電機變幅機構(gòu)。它是由一臺雙速電動機（型號為112M8/4-B3）制動器的聯(lián)軸節(jié)至擺線針輪減速機驅(qū)動卷筒。卷筒兩端都固定有變幅鋼絲繩的端頭，無論變幅小車走到最外端或最里端，卷筒的放繩端都應(yīng)有3～4圈的鋼絲繩未放完。在放出和卷回的兩根鋼絲繩之間的卷筒上，應(yīng)保留有3～4圈鋼絲繩的光卷筒。當(dāng)工作一段時間，鋼絲繩被拉長而撓度過大時，可用變幅小車的螺栓將鋼絲繩收緊。變幅機構(gòu)及鋼絲繩纏繞方式如圖2-13所示：
變幅機構(gòu)簡圖
圖2-13 變幅機構(gòu)