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摘要 塔式起重機作為建筑施工的主要設備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉(zhuǎn)，臂架長度較大，結(jié)構輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。 塔式起重機是為了滿足高層建筑施工、設備安裝而設計的新型起重運輸機械，QTZ40塔式起重機是由建設部長沙建設機械研究院設計的新型建筑用塔式起重機，該機為水平臂架，小車變幅，上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔機。 本設計的題目是固定式QTZ40塔式起重機起升系統(tǒng)的設計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設計的形式為上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為30米，在附著狀態(tài)下可達到100米，其工作幅度為40米。 本設計書主要包括三部分：第一部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設計計算過程；第二部分是變幅機構的設計與計算：包括變幅機構的形式、確定卷筒尺寸、選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器；驗算實際變幅速度 驗算起、制動時間；電動機發(fā)熱驗算；卷筒強度的計算；第三部分是變幅小車的設計：包括變幅小車的形式、變幅小車的強度計算。 關鍵詞：QTZ40塔式起重機 總體設計：變幅系統(tǒng) ABSTRACT As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction Tower cranes are to meet high-rise construction building, equipment installation and design as a new type machinery of lifting transport. The QTZ40 tower cranes are new tower cranes designed by Changsha Institute of the Ministry of Construction Machinery used in construction building. The aircraft is horizontal boom, trolley luffing, on the back or decanted from the tower-type multi-purpose machines . The design topic is the stationary QTZ40 tower crane system and the design of lifting structure. There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary type is 30meter high; it could reach the height of 100meters when it is being adhered. Its work scope is 40 meters. This design book mainly includes three parts. The first part summarizes the present situation and the development tendency of the tower crane in both our country and abroad, as well as the characteristic and application occasion..The second part is the QTZ40 tower crane overall concept choice and the system design computation process; the third part is the organization design and the computation of lifting mechanism and the last is the design of the hook group. Keywords: QTZ500 tower crane The total design：luffing system 防止起重機負載擺動的反饋控制指令開關 摘要——當起重機在搬運物體工作時，有效載荷經(jīng)常大振幅度振動。用開環(huán)的方法處理這一問題的效果并不理想，閉環(huán)方法也被使用，但發(fā)動機需要變速工作。本文敘述了在發(fā)動機關閉之后持續(xù)適時控制單速電機消除實際載荷振動的反饋方法，抑制振動的實驗驗證方案是在橋式起重機上進行的。 一、緒論 起重機經(jīng)常被用來在復雜的工作空間搬運物體。一個經(jīng)常存在的問題就是起重機在負載情況下可以自由擺動。這些擺動構成了安全隱患并能影響到載荷變化或其他在工作場所物體。實際上，一名經(jīng)驗豐富的起重機操作員必需在控制器的幫助下才能保持擺動幅度。最近，有了不同的用于增強操作員技術的控制方法，這些方法分為開環(huán)和閉環(huán)。 開環(huán)采用的辦法是輸入整形，這種方法被證明在起重機移動時和移動后能有效的減少載荷擺動。整形可以有計劃的提高充足的建模不準確性（即纜索長度變化的頻率）。另一個辦法是開環(huán)優(yōu)化控制，這是基于數(shù)學模型系統(tǒng)計算出的離線運動軌跡。但是，如果模型不是準確的，其性能也將受到影響。這種情況也是輸入整形，但程度較輕。在此外，最優(yōu)控制沒有使用當前的起重機操作員界面，因為事先是不知道路徑的。 反饋控制需要預防的是系統(tǒng)模擬的不確定性和外部干擾?？刂破骺刂菩≤嚨奈恢盟俣群屠|索擺動角或控制小車吊具產(chǎn)生傾斜的命令，以減少負載擺動。吸波控制器調(diào)整小車速度，吸收任何正在返回的有效載荷振動，從而消除擺動。給定延遲角，測量后面的理想位置，也同樣可以證明有效減少了負載的擺動。 索倫森等人開發(fā)了一種控制系統(tǒng)，結(jié)合了整形和PD反饋控制。反饋控制使用了在高處攝像頭的測量，并比較了起重機的模擬成型響應。 帕克及Chang提出了一個遠程處理輸入整形的“弱命令”，用另一種方法減少了干擾的影響。為了彌補卸載時的擺動，他們引入同等規(guī)模的脈沖誘導振動，并且在相反的方向上卸載振動。他們用此方法來減少約75 ％的擺動以展示它的潛力。然而，適時的脈沖易于校準的問題依然存在。 所有的反饋方法需要速度加速度的精確控制。這里的研究是基于使用測量載荷擺動產(chǎn)生命令簡單的開關電機消除載荷擺動，使其適用于更廣泛的系列起重機。 二、 基于矢量的輸入整形器的計算 布克提供了一個分析框架振蕩矢量。singhose等人提供了解如何才能實現(xiàn)對振動消除矢量分析的輸入整形器。沖動的應用規(guī)模A1的二階阻尼系統(tǒng)單位質(zhì)量會誘發(fā)反應 (1) 這有一個幅度和相位角為零。同樣的，如果一次沖動級2是適用于時間時刻，然后它會導致輸出 (2) 這有一個幅度A2和相位角θ=ω時刻。本幅度和角度可以轉(zhuǎn)化為矢量符號如圖1。總結(jié)這些向量進行總振動響應，如在圖2。對應的時間響應這些沖動是在圖3。后一秒脈沖，總響應匹配振幅和相位等AR。 如果系統(tǒng)有阻尼，那么這種方法需要被改性。首先，θ角度變化 (3) 其次，阻尼的振幅衰減隨著時間的原因。考慮到衰減，計算使用有效幅度當t=0，結(jié)果在規(guī)定的幅度時刻T2 (4) 一個成型機可以設計這樣的總和所有有效的沖動導致零振動，如在圖4。為此，該a3eff選擇是不同于，圖2。得到這一規(guī)模取消沖動，它必須被轉(zhuǎn)換到時間就會出現(xiàn)使用（3）和 （5） 在現(xiàn)實中，系統(tǒng)不移動的沖量。創(chuàng)建一個實際的命令，脈沖序列卷積與所需的命令。例如圖5顯示一步命令卷積與脈沖產(chǎn)的步命令。由此產(chǎn)生的命令不產(chǎn)生任何殘留振動。 圖一 脈沖序列和相應的矢量圖 圖二 總結(jié)2載體獲得總的反應 圖三 響應時間脈沖（改編自[ 18]） 2、 消除載荷擺動 本研究的目的不是創(chuàng)造的命令結(jié)果在無殘余振蕩點對點運動。相反，實測載荷擺動是用來創(chuàng)建命令，取消任何簡單的開關電動機一旦發(fā)生振蕩。當創(chuàng)建這樣的命令，巨大的執(zhí)行力向量不能任意選擇，如電機只能打開和關閉。然而，把汽車或關閉將導致有效載荷振蕩，它可以表示為矢量。不像純沖振動，這些載體將不會得零分相位角，為使電機不立即停止或加快速度。因此，由時間命令完成，有效載荷將有一些位移和速度，給出一個向量表示類似于圖6。向量旋轉(zhuǎn)電機應該有一個類似的規(guī)模，但相反，假設和加速度減速動態(tài)相似。如果不是，它可以代表了自己的獨特的振幅和相位。 該控制器在這里將使用指令開關（開關）消除位置和速度組成部分的振動?？刂破餍枰嬎氵m當時間，這些命令在適當?shù)臅r間。 對于這一計算，矢量三角形的使用，如在圖7。三角形的三邊的電流振動水平（avib），和振動振幅的“上”和“關閉”命令。如果三角形可以被創(chuàng)建，然后振蕩可以被迫回到零（原產(chǎn)地的矢量圖。）假設運營商希望起重機在移動，然后命令序列會被“關閉”，等，“對”。某些部分的三角形是眾所周知的：目前的規(guī)模和振動影響轉(zhuǎn)動起重機（光）和關閉（aoff）。未知的是時間，直到起重機運轉(zhuǎn)，并在現(xiàn)有的振動相位角的起重機應轉(zhuǎn)向“關閉”（θ振動）。因為它是一個三角形，有一個可能的解決方案，如圖7所示。這一時間響應這些解決方案是在圖8。在圖7是可取，它有一個較小的角θ，ω，所以直到振動取消短。此外，搖擺角變化小。 找到θ振動，中間角度可以在圖9看到。從余弦定理： （6） （7） 從（7）得： （8) 如果沒有阻尼，則解決方案可以解決直接振動效率。請注意，大多數(shù)起重機有近零阻尼，但是如果阻尼是重要的，那么該方程可以用來解決θ，但必須是迭代求解， （9） 用方程（8）初步計算ζ=0。計算出后，δ從圖9可以計算 （10） 一旦δ計算出，可以計算 （11） 一旦控制器已關閉，然后等待直到角振動方向相反的φ上。在這一點上，控制器的電機上。如果校準是完美的，振蕩將被淘汰。 如果操作者操作起重機停止，然后振動可以取消移動支持無論是向前或向后。這樣的結(jié)果是不同的振動相位角，可用于控制器，如圖10。在圖10（1），相反方向的圖基本上是相同的，如圖7，除了在此基礎上關閉交換。 （12） 如圖10（b)，矢量圖具有相同的結(jié)構和δ在圖10（a），只是通過旋轉(zhuǎn)π弧度。因此 （13) 該控制器比較現(xiàn)有的振動相位角對（12）和（13）無論哪個角度先發(fā)生一次。 起重機停止，那么控制器等振蕩相位相反，“上升”命令。然后，電機轉(zhuǎn)向。 最大振蕩幅度可能被取消使用，一個開關命令大約是兩倍“誘導振蕩”命令。如果當前振蕩幅度過大，則控制器計算是基于最大注銷水平。作為預防措施，這一最高水平可以減少到極限移動的距離在取消振蕩，因此限制角和T . 限制這種振蕩的消除方法是假定疊加可以用于矢量表征誘導振動。這是唯一真正的電機的時間達到穩(wěn)態(tài)速度之間的載體，所以小載荷的振蕩不能消除。因此，一個振蕩幅度閾值是可以使用的。 圖四 總結(jié)三個向量得到零振動 圖五 創(chuàng)建一個樓梯步命令卷積 圖六 向量表示旋轉(zhuǎn)電機。 圖八 響應時間的矢量圖如圖7所示 圖七 矢量圖計算時的電機。 圖九角度來計算的命令啟動時間 3、 控制器的實現(xiàn) 該控制器是使用振蕩消除第三部分，從技術上體現(xiàn)在大橋式起重機。起重機有一個攝像頭安裝在車上測量載荷擺動的平面。本相機也可以衡量的有效載荷的高度。所有的行動的控制是基于一個單一的有效載荷的高度。該系統(tǒng)可以在不同的高度和校準時間會調(diào)整攝像機測量身高。 （1） 、系統(tǒng)校準 該控制器計算（8）-（13）需要量和相位角的振蕩造成的“上”和“關閉”。這些計算可以繪圖在起重機的輸入和響應在同一張圖上，如圖11。圖11（a）表示電機在5.5秒鐘被關閉，起重機前進。電動機在大約一秒鐘休息后，命令發(fā)出。圖11（b）表示有效載荷擺角θ和振動水平是由 （14） 在ω的自然頻率系統(tǒng)下。 在時間的零交叉的擺動角度（）和隨后的（）的輸入變化（）記錄。 本相位角的振蕩（）和隨后的（）可以輸入計算 （15） 其中是一個振蕩周期時間。復雜的矢量Α的輸入過程是由 （16） 在和振蕩幅度之前及后輸入下標表示向前運動。一個類似的程序可以為剩余向量。 圖形的繪制，Α可以啟動和停止，為正向和反向，如在圖12。平均振蕩的幅度=0.052弧度角φ=1.11（+π）弧度（63.6（180）°）。 （二）、控制器響應用戶動作 圖13顯示了響應用戶請求的起重機向后移動。圖13（a)，用戶輸入顯示使用線的邊界。由此產(chǎn)生的小車速度是一條虛線。如圖(b)所示之，起重機運動振蕩的有效載荷。圖13 C顯示相位角振蕩的它也表明，開關角度計算（11）-（13）。在最初的交叉（約2秒），振蕩級不夠大（1.7°）觸發(fā)控制行動。它是后一期（約6秒），振蕩消除控制行動發(fā)生。在這一點上，該控制器簡單地關閉起重機電機，如圖13a看到的實線。在這一點上的開關角跳動回電機。在第7秒，這個角度發(fā)生，以及起重機電機轉(zhuǎn)身。這時候起重機達到全速（約8秒），振蕩水平很小（約一個半度）。 操作者停止按壓反向按鈕約11秒，如圖13a虛線之時。起重機停止，再次引起振蕩。當所需的命令是在休息，有兩個開關角度由（12）和（13）可知，作為起重機取消振蕩的兩個向前和向后的角度。一旦起重機在休息的時候保持很小的振動，第一次角發(fā)生在13秒稍后，和移動式起重機稍微向前取消振蕩。。 3、 控制器響應擾動抑制 圖14顯示了該反應的起重機干擾當橋休息。在第一秒后，有效載荷不穩(wěn)。在大約第三秒，振蕩角相位匹配的開關角條件，和控制器指揮車向前移動。在過4秒，相位匹配，那時起重機停止操作。當起重機休息約5.5秒，有效載荷擺動很小。 圖15顯示了一個非常大的擾動的響應。在第1秒，有效載荷變成了一個擾動，這是一個單一的通斷指令且可以抑制。在這種情況下，第一個開關控制行動抑制最大數(shù)量，進而控制行動取消剩余振蕩就在對面方向。這導致小振蕩后起重機在6秒鐘內(nèi)完成了二個命令。 該控制器還可以在起重機的移動中消除干擾，如在圖16。當起重機推進小振蕩，有效載荷是在1次擾動。該控制器最初給停止命令約1.5秒，停止不久后前振蕩相位匹配開關角，沒有消除。然后控制器直到等到適當?shù)南辔唤?，在適當?shù)臅r候停止振動約6秒。 起重機開始加速但以時間為基礎的安全因素θ關閉。然而，有效載荷還不穩(wěn)，所以振蕩，導致小振蕩時，起重機已返回全速。 圖十 矢量圖時，打開電機 圖十一 測量橋式起重機反應的“關閉”命令 圖十二 不同命令下的振動向量 圖十三 響應時間 圖十四 應對干擾而起重機休息 圖十五 針對大擾動 圖十六 應對干擾時 5、 結(jié)論 一個控制的程序已經(jīng)制定了離合馬達消除橋式起重機載荷擺動。控制使用擺動角度的有效載荷，及其衍生物，以決定何時打開和關閉起重機。該方法可以減少振蕩，當起重機移動或靜止。程序可以實施在大型橋式起重機。許多實驗表明，控制系統(tǒng)有效。 6、 參考圖書 （1）斯塔爾，G .P .，“擺動自由懸浮物與運輸路徑控制的機器人手臂的動態(tài)系統(tǒng)，“J .， 測量和控制，卷1071985，第97 - 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平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 慣性載荷 坡度載荷 風載荷 非工作工況Ⅲ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 風載荷 工作工況Ⅳ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 風載荷 固定基礎穩(wěn)定性計算 變幅機構 的形式 卷筒尺寸的確定 選擇電動機 選擇電動機功率 選擇減速器 選擇制動器 選擇聯(lián)軸器 驗算變幅速度 起動時間驗算 發(fā)熱校核 校核卷筒強度 變幅小車的形式 變幅小車的設計 牽引阻力計算 牽引繩最大張力 選擇牽引繩 牽引卷筒計算 第1章 前言 1.1 概述 塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備，在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十年時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家九十年代末期水平并躋身于當代國際市場。 QTZ40型塔式起重機簡稱QTZ40型塔機，是一種結(jié)構合理，性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較國內(nèi)同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預制構件的吊運和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高，其幅度利用率可達全幅度的80%。 QTZ40型塔式起重機是400kN·m上回轉(zhuǎn)自升式塔機。上回轉(zhuǎn)自升塔式起重機是我國目前建筑工程中使用最廣泛的塔機，幾乎是萬能塔機。它的最大特點是可以架得很高，所以所有的高層和超高層建筑、橋梁工程、電力工程，都可以用它去完成。這種塔式起重機適應性很強，所以市場需求很大。 1.2 發(fā)展趨勢 塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在六十年代，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。并在工作機構中采用了比較先進的技術，如可控硅調(diào)速、渦流制動器等。進入七十年代后，它的服務對象更為廣泛。因此，幅度、起重量和起升高度均有了顯著的提高。 就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：①整機性能：由于先進技術和材料的應用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右；②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應性好,性能得到充分發(fā)揮；③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應用；④操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善；⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。 第2章 總體設計 2.1 概述 總體設計是畢業(yè)設計中至關重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設計的基礎和框架。只有在做好總體設計的前提下，才能更好的完成設計。它是對滿足塔機技術參數(shù)及形式的總的構想，總體設計的成敗關系到塔機的經(jīng)濟技術指標，直接決定了塔機設計的成敗。 1.遵循“三化”：即零件標準化、產(chǎn)品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：即新技術、新結(jié)構、新材料、新工藝。 3.滿足“三好”：即好制造、好使用、好維修。 制定設計總則以后，便可以編寫設計任務書，在調(diào)研的基礎上運用所學的知識，確定總體設計方案，保證設計的成功。 總體設計指導各個部件和各個機構的設計進行，一般由總工程師負責設計。在接受設計任務以后，應進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同類機械的有關資料，了解當前的國內(nèi)外塔機的使用、生產(chǎn)、設計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設計原則。設計原則應當保證所設計的機型達到國家有關標準的同時，力求結(jié)構合理，技術先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。 2.2 確定總體設計方案 QTZ40塔式起重機是上回轉(zhuǎn)液壓自升式起重機。盡管其設計型號有各種各樣，但其基本結(jié)構大體相同。整臺的上回轉(zhuǎn)塔機主要由金屬結(jié)構，工作機構，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 塔式起重機金屬結(jié)構部分由塔頂，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，由于構造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結(jié)構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)構設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)構部件或直接通過轉(zhuǎn)臺傳遞給塔身結(jié)構。 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系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應力下降效果便不顯著，過分加高塔尖高度不僅導致塔尖自重加大，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，設計時，應權衡各方面的條件選擇適當?shù)乃敻叨取? 本設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，頂部應裝有安全燈和避雷針。其結(jié)構如圖2-1所示： 圖2-1 塔頂結(jié)構圖 2. 起重臂 1） 構造型式 塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構造型式可分為：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)準確地進行安裝就位。因此此次設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，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構造；雙吊點小車變幅臂架結(jié)構一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結(jié)構自重輕，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在下弦處，也可設在上弦處，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，設計時，應通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。 小車臂架常用的標準節(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，除標準節(jié)間外，一般都配設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)構造應當簡單輕巧，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，但可與任一標準節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。本次設計選用標準節(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、臂架構造、塔頂高度及拉桿結(jié)構等因素有關。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。設計臂架長度為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。因此本設計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應用區(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。 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） 吊點的選擇與構造 吊點可分為單吊點和雙吊點。其設計原則是：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。若臂架總長在50m以上，或?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴捎秒p吊點。采用單吊點結(jié)構時，吊點可以設在上弦或下弦。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)塔機均需配設平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構成設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，還常在其尾端裝設起升機構。起升機構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)構型式 平衡臂的構造設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和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構自重較輕。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當減少平衡重的用量，相應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系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關系，因此，平衡臂的合理設計可節(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成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設有防護欄桿。其特點是結(jié)構簡單，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。此類平衡臂的構造與平面框架式平衡臂結(jié)構構造相似，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成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結(jié)構簡單，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。因此在設計平衡重過程中，應對平衡重的選材、構造以及安裝進行認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，構造復雜，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。鑄鐵平衡重的構造較復雜，制造難度大，加工費用貴，但體形尺寸較小，迎風面積較小，有利于減少風載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風面積大，對塔身結(jié)構及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構造簡單，預制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風吹雨淋，便于推廣。 因此，本次設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，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，它下面的小齒輪準確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設有限位開關。 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，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)構也稱塔架，是塔機結(jié)構的主體，支撐著塔機上部結(jié)構的重量和承受載荷，并將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎。 1） 塔身結(jié)構斷面型式 塔身結(jié)構斷面分為圓形斷面、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。因此本設計采用的也是方形斷面結(jié)構。按塔身結(jié)構主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結(jié)構塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結(jié)構；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構塔身及無縫鋼管焊接格桁架結(jié)構塔身。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準節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標準節(jié)則用于上部塔身。塔身標準節(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。選用標準節(jié)長度為2.5m。 2） 塔身結(jié)構腹桿系統(tǒng) 塔身結(jié)構的腹桿系統(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。 本次設計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結(jié)構采用的腹桿布置方式。 3） 標準節(jié)間的聯(lián)接方式 塔身標準節(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)接應用最廣。 本次設計的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)構鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標準節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復雜，但安裝速度比較快。 4） 塔身結(jié)構設計 （1） 輕、中型自升塔機和內(nèi)爬式塔機宜采用整體式塔身標準節(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準節(jié)。拼裝式塔機塔身標準節(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，但拼裝式塔身標準節(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)構采用整體式塔身標準節(jié)，如圖2-5所示： 圖2-5 塔身結(jié)構示意圖 （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)格的塔身標準節(jié)，而起升高度達到60m的塔機塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標準節(jié)。除伸縮式塔身結(jié)構和中央頂升式自升塔機的內(nèi)塔外，塔身結(jié)構上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結(jié)構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)必須設置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設計塔身標準節(jié)，特別是在設計拼裝式塔身標準節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關系，以保證使用安全及安裝便利。爬梯寬度不宜小于500mm，梯級間距應上下相等，并應不大于30mm。當爬梯高度大于5m時，應從高2m處開始裝設直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為500mm。當爬梯高度超過10m時，爬梯應分段轉(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)接處加一休息平臺。 對于高檔的塔機，可根據(jù)用戶要求增設電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學的應用。 5） 塔身的接高問題 在遇到塔身需要接高問題時，應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準節(jié)，使低塔機變?yōu)楦咚C。 （2） 根據(jù)施工需要，增加塔身標準節(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，還應制定相關的安全操作規(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。 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，它支撐著塔頂結(jié)構和回轉(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。 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)構緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應用最廣的回轉(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)構要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。 根據(jù)構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 塔機底架構造隨著塔身結(jié)構特點（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，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)構連接，底架通過20個預埋地腳螺栓與基礎固定，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節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結(jié)構，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設置，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，包箍于塔身標準的外表面，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 1） 爬升架 爬升架主要由套架，平臺，液壓頂升裝置及標準節(jié)引進裝置等組成。套架是套在塔身標準節(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)設有平臺和套架爬升導向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)的下方，還設有支承套架的支塊，當套架上升到規(guī)定位置時，需將此支塊連同套架支托于塔身標準節(jié)的踏塊上。 為便于頂升安裝的安全需要特設有工作平臺，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準節(jié)等過程中作為爬升架承托上部結(jié)構重量之用。 2） 頂升機構 頂升機構主要由頂升套架、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。整體標準節(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。套架由框架，平臺，欄桿，支承踏步塊等組成。安裝套架時，大窗口應與標準節(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)裝有兩根引入導軌，以便與標準節(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準節(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)引入標準節(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，應用面比較廣。 本次設計的QTZ40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。 （2） 按頂升機構的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構、鏈輪頂升機構、齒條頂升機構、絲杠頂升機構和液壓頂升機構等五種。繩輪頂升機構的特點是構造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構與繩輪頂升機構相類似，采用較少。齒條頂升機構在每節(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。 本次設計的QTZ40塔式起重機采用液壓頂升機構。液壓頂升機構由電動機驅(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)點是構造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構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 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。活塞桿外伸，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：塔身標準節(jié)長度可適當加大，液壓缸行程可以相應縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設計的QTZ40塔式起重機采用側(cè)頂式。 12. 基礎 固定式塔式起重機，可靠的地基基礎是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎應根據(jù)不同地質(zhì)情況，嚴格按照規(guī)定制作。除在堅硬巖石地段可采用錨樁地基（分塊基礎）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎。 鋼筋混凝土基礎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，四個條塊分隔式基礎或者四個獨立塊體式基礎。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎。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，則應采用鉆孔灌注樁承臺基礎。 1） X形整體基礎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形底架通過預埋地腳螺栓固定在混凝土基礎上，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 2） 長條形基礎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，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。 3） 分塊式基礎由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結(jié)構傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構造尺寸視塔機支反力大小基地耐力而定。由于基礎僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負荷獨立柱基礎處理。其優(yōu)點是：構造比較簡單，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，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎。塔機的塔身結(jié)構通過塔身基礎節(jié)、預埋塔身框架或預埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎上。 由于塔身結(jié)構與混凝土基礎聯(lián)固成整體，混凝土基礎能發(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?；A預埋深度根據(jù)施工現(xiàn)場地基情況而定，一般塔式起重機埋設深度為1-1.5米，但應注意須將基礎整體埋住。 本次設計的QTZ40塔式起重機，選用的混凝土基礎為x基礎（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，基礎重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A用鋼筋混凝土搗制，混凝土標號為300號，在基礎內(nèi)預埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等。基礎的制作應嚴格按圖施工。基礎的土質(zhì)應堅固牢實，要求承載能力大于0.15Mpa，混凝土 基礎的深度﹥1100mm 。 圖2-9 塔機設計基礎 2.2.2 工作機構 工作機構是為實現(xiàn)起重機不同的運動要求而設置的。對于自升式塔式起重機，主要包括起升機構，回轉(zhuǎn)機構，變幅機構和頂升機構。依靠這些機構完成起吊重物、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、變幅機構、回轉(zhuǎn)機構均應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，對工作機構調(diào)速系統(tǒng)有更高的要求。 1. 起升機構 起升機構是塔式起重機使用頻繁而又最重要的工作機構。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，要求起升機構具有適合的調(diào)速性能。起升機構簡圖如圖2-10所示。 2-10起升機構簡圖 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的碰塊的位置，以實現(xiàn)吊鉤在最大高度時，起升機構斷電，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) 起升機構的傳動方式 按照起重機的傳動方式不同，起升機構有機械傳動，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起升卷筒，同時也傳至其它工作機構，由于集中驅(qū)動，為保證各機構獨立運動，整機的傳動比較復雜。起升機構的調(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)構簡單，機組重量輕，故電力傳動在起升機構上被廣泛采用。考慮經(jīng)濟性、工作情況、工作效益等，本次設計采用電力傳動。 2） 起升機構的驅(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：這種起升機構構造簡單，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：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：這種調(diào)速起升機構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，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，提高起升機構的生產(chǎn)效率。這種調(diào)速起升機構由于具有較好的價格性能比，其應用正日趨普及。 本設計選用多速電機起升機構。這種起升機構特點是：結(jié)構簡單、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） 起升機構的減速器 起升機構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） 起升機構的制動器 起升機構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 在起升機構中，滑輪倍率裝置是為了使起升機構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： 表2-1起升特性參數(shù)表 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 四倍率與二倍率轉(zhuǎn)化方便、快捷，起升機構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 塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的?；剞D(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)機構是重負荷工作機構，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結(jié)構部件轉(zhuǎn)動，而且要克服很大的迎風阻力。這些均是影響回轉(zhuǎn)機構設計及電動機功率選擇的因素。 目前采用的回轉(zhuǎn)機構有以下幾種： 1） 電動機——液力耦合器——減速器——小齒輪回轉(zhuǎn)機構 這種回轉(zhuǎn)機構呈“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 這種機構在啟動和減速時，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 該機構由變頻調(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)構最為簡單，但目前尚無回轉(zhuǎn)機構專用變頻器。 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 這是一種較好的回轉(zhuǎn)機構，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對風荷調(diào)控作用在于風載轉(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)，風停止后，制動器又會立即松開。當工作班結(jié)束后，塔機非作業(yè)時，通過隨風轉(zhuǎn)電控或機械操作裝置使制動閘松開，令塔機猶若一座風向標可隨風轉(zhuǎn)動，但不至于被巨風強吹扭毀。 考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設計的QTZ40型號塔式起重機回轉(zhuǎn)機構選用第一種結(jié)構型式?；剞D(zhuǎn)機構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?；剞D(zhuǎn)機構工作原理見圖2-12。 圖2-12回轉(zhuǎn)機構簡圖 1-雙速電動機 2-液力偶合器 3-Xx4-100型