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1、精品文檔，僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 QTZ400塔式起重機(jī)臂架設(shè)計(jì) 摘要：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是QTZ400塔式起重機(jī)臂架設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行了塔機(jī)總體選型，整體穩(wěn)定性計(jì)算，其包括（平衡重計(jì)算、風(fēng)載荷計(jì)算以及抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算），臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，臂架焊接工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)。其焊接工藝應(yīng)盡可能的減小焊接變形和應(yīng)力集中，胎具的設(shè)計(jì)應(yīng)可靠地保證臂架上的各項(xiàng)技術(shù)要求。最后，聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)出合理的胎具并確定其結(jié)構(gòu)尺寸。 關(guān)鍵詞：QTZ400塔式起重機(jī)；總體選型；穩(wěn)定性計(jì)算；強(qiáng)度校核；焊接工藝；胎具 序 言 塔式起重機(jī)簡稱塔機(jī)，也稱塔吊，源于西歐。具有工作效率高、使用范圍

2、廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度高、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點(diǎn)，因而在建筑安裝工程中得到了廣泛的使用，并成為一種重要的施工機(jī)械。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(kuò)大，現(xiàn)在的塔式起重機(jī)必須具備下列特點(diǎn)： （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(dòng)性能及良好的調(diào)速性能； （3）要求裝拆、運(yùn)輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地之需要。 塔式起重機(jī)可以將其分解為金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三個(gè)部分。金屬結(jié)構(gòu)是塔式起重機(jī)的骨架，它承受著起重機(jī)自重以及作業(yè)時(shí)的各種外載荷，是塔式起重機(jī)的主要組成部分，由塔身、塔頭或塔帽、起重臂架、

3、平衡臂架、回裝支撐架、底架、臺(tái)車架等主要部件組成。QTZ400塔式起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)等。其各機(jī)構(gòu)功能：起升機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)物品的上升與下降；變幅機(jī)構(gòu)改變吊鉤的幅度位置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使起重臂架作3600的回轉(zhuǎn)，改變吊鉤在工作平面內(nèi)的位置；頂升機(jī)構(gòu)使塔機(jī)的回轉(zhuǎn)部分升降，從而改變塔式起重機(jī)的工作高度。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是塔式起重機(jī)又一個(gè)重要的組成部分。驅(qū)動(dòng)裝置用來給各種機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，最常用的是YZR與YZ系列交流電動(dòng)機(jī)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置實(shí)行控制完成機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、制動(dòng)、換向、調(diào)速以及對(duì)機(jī)構(gòu)工作的安全性實(shí)行監(jiān)控，并及時(shí)地將工作情況用各種參量：電流值、電壓值、速

4、度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置與風(fēng)速等數(shù)值顯示出來以使司機(jī)在操作時(shí)心中有數(shù)。 本說明書共分為四章，第一章為塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)說明；第二章為總體設(shè)計(jì)計(jì)算，包括風(fēng)載荷計(jì)算、平衡重計(jì)算和塔機(jī)四種工況下的檢驗(yàn)計(jì)算；第三章為塔機(jī)起重臂的強(qiáng)度校核，第四章為起重臂的工裝夾具說明。其中重點(diǎn)是塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算以及起重臂的工裝夾具的設(shè)計(jì)。 第1章 塔式起重機(jī)總體選型 1.1概述 塔式起重機(jī)是工業(yè)與民用建筑施工中，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(jī)高。塔式起重機(jī)的起升高度、工作幅度和起重力矩都很大，這就要對(duì)其受力、穩(wěn)定性等進(jìn)行考

5、慮與計(jì)算。塔機(jī)的主要性能參數(shù)包括：起重量、起升高度、幅度、各機(jī)構(gòu)工作速度、重量指標(biāo)和起重力矩等。這些參數(shù)表明了起重機(jī)的工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)塔式起重機(jī)的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)中選擇塔式起重機(jī)技術(shù)性能的依據(jù)。 總體設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)整個(gè)過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。它是使設(shè)計(jì)產(chǎn)品滿足技術(shù)參數(shù)及形式的總構(gòu)想，決定了機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗。在接受設(shè)計(jì)任務(wù)以后，應(yīng)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同類機(jī)械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前的國內(nèi)外塔機(jī)的使用、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研的情況，并進(jìn)行分析比較，制定總的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)在保證所設(shè)計(jì)的機(jī)型達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，積極性好，工藝簡單，工作可靠。

6、 制定設(shè)計(jì)總則以后，接下來便可以編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，確定總體設(shè)計(jì)方案。 本次課題設(shè)計(jì)的是QTZ400塔式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式為上回轉(zhuǎn)平衡臂架液壓自升式。 1.2總體選型原則 1.2.1起重機(jī)的工作級(jí)別 塔式起重機(jī)的工作級(jí)別與它的利用等級(jí)（工作頻繁程度）和載荷狀態(tài)（受載荷的輕重和頻繁程度）有關(guān)。根據(jù)使用狀態(tài)由GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P60附錄C表C1選取本次設(shè)計(jì)的QTZ400自升式建筑用塔機(jī)的利用等級(jí)為U4(經(jīng)常輕負(fù)荷使用)，載荷狀態(tài)為Q2（中-有時(shí)起吊額定載荷，一般起吊中等載荷），起升等級(jí)為HC2，工作級(jí)別為A4,名義載荷譜系數(shù)Km=0.

7、25。 1.2.2機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別按機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)和載荷狀態(tài)分為六級(jí)：M1- M6。機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)按機(jī)構(gòu)工作總時(shí)間分為六級(jí)：T1- T6。機(jī)構(gòu)工作總時(shí)間規(guī)定為機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時(shí)數(shù)，它僅作為機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，而不能視為保用期。機(jī)構(gòu)的載荷狀態(tài)表明機(jī)構(gòu)受載的輕重程度，按載荷譜系數(shù)分為三級(jí)：L1- L3。如下表1-1 表1-1工作機(jī)構(gòu)級(jí)別[1] 起升機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu) 頂升機(jī)構(gòu) Km=0.25 Km=0.50 Km=0.25 Km=0.25 T4 L2 M4 T4 L3 M3

8、 T3 L2 M3 T1 L2 M1 注：T―機(jī)構(gòu)利用等級(jí)；L―機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)； M―機(jī)構(gòu)工作級(jí)別；Km―名義載荷譜系數(shù) 1.3 QTZ400塔機(jī)的主要性能參數(shù) 1.3.1主要技術(shù)性能表 表1-2主要技術(shù)性能表 名 稱 單位 參 數(shù) 公稱起重力矩 KN.m 400 最大起重量 t 4 最大幅度處額定起重量 t 0.9 工作幅度 m 1.7—42 高度 獨(dú)立式 m 30 附著式 m 120 起升速度 倍率 a=2 a=4 起升速度 M/min 11 35 70

9、 5.5 17.5 35 起升重量 t 2 2 1 4 4 2 回轉(zhuǎn)速度 r/min 0.6 變幅速度 m/min 33/16.5 最大回轉(zhuǎn)半徑 m 42 尾部回轉(zhuǎn)半徑 m 9.0 底架跨度 mm 55 最大工作風(fēng)速 m/s 20 1.3.2主要機(jī)構(gòu)性能參數(shù) 表1-3主要機(jī)構(gòu)性能參數(shù)表 名稱 參數(shù) 起升機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YZ200L1-4/6/24 功率 kW 15/15/4 轉(zhuǎn)速 r/min 1440/960/220 減速機(jī) 型號(hào)

10、 JZQ500 中心距 mm 500 減速比 15.75 制動(dòng)器 型號(hào) YWZ-315/50 制動(dòng)力矩 N.m 450 鋼絲繩 6*37-11-1670-I-右交 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YD132S-6/4 B5 功率 KW 3/4 轉(zhuǎn)速 r/min 970/1440 減速機(jī) 型號(hào) XX4-80 回轉(zhuǎn)支承 HSW.32.1220 液力偶合器 YOX-250A 變幅機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YD112M-8/4 B5 功率 KW 1.5/2.4 轉(zhuǎn)速 r/min

11、 700/1410 減速機(jī) 型號(hào) WCJ120 減速比 38 鋼絲繩 619-6.2-1570-I- 光-右交 頂升機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) Y100L2-4 B5 功率 KW 3 轉(zhuǎn)速 r/min 1430 液壓缸 型號(hào) HSGK-125/90 活塞行程 mm 1320 額定壓力 MPa 16 1.4 QTZ400塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu) QTZ400塔式起重機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)、液壓頂升、電氣裝置、以及安全保護(hù)裝置等組成，各部分結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)簡介如下： 起重臂用兩根起重臂拉桿與塔帽連接，其根部與上轉(zhuǎn)臺(tái)銷軸連

12、接，平衡臂則用兩根平衡臂拉桿與塔帽相連，其根部與上轉(zhuǎn)臺(tái)銷軸連接。起升機(jī)構(gòu)設(shè)在平衡臂中后部，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)臺(tái)的右側(cè)，左側(cè)是司機(jī)室，變幅小車和吊鉤由設(shè)在位于起重臂位于臂根處的變幅機(jī)構(gòu)牽引，由起重臂縱軸線做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 塔身高度由底架、基礎(chǔ)節(jié)、加強(qiáng)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、半節(jié)的高度組成，獨(dú)立式高度由12節(jié)塔身節(jié)組成，（包括3個(gè)基礎(chǔ)節(jié)和1個(gè)加強(qiáng)節(jié)），最大起升高度120m時(shí)，由54節(jié)塔身節(jié)組成，同時(shí)有6道附著裝置。附著予埋件埋于事先計(jì)劃好的附著高度位置，以便用附著撐桿將塔身附著于建筑物上。 塔身加強(qiáng)節(jié)上部對(duì)角線方向有四個(gè)可拆卸耳板，四根斜撐桿上面用銷軸與耳板連接下面與底架耳座連接。頂升機(jī)構(gòu)由頂升套架和

13、液壓頂升裝置兩部分組成，頂升套架為框架式空間鋼結(jié)構(gòu)件，用銷軸與半節(jié)相連，其后側(cè)裝有液壓頂升裝置的頂升油缸及頂升橫梁，液壓泵站放置在套架工作平臺(tái)上，頂升時(shí)頂升橫梁頂在塔身的踏步上在油缸的作用下，套架連同半節(jié)下轉(zhuǎn)臺(tái)以上部分沿塔身軸心線上升，油缸頂升兩次，可引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。 起升高度不超過30米時(shí)，采用獨(dú)立式，大于30米時(shí)采用附著式，附著時(shí)不論任何情況下，上部懸臂部分不得大于22米。獨(dú)立高度時(shí)基礎(chǔ)節(jié)三節(jié)，加強(qiáng)節(jié)一節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)八節(jié)，附著時(shí)可根據(jù)需要增加標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附著裝置。 1.5 QTZ400塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)選型 塔機(jī)結(jié)構(gòu)包括：地基基礎(chǔ)、底架、壓重、塔身基礎(chǔ)節(jié)、撐桿、塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、頂升套架、駕

14、駛室、塔尖和拉桿、起重臂、平衡臂和平衡重。 1.5.1地基基礎(chǔ) 高層建筑施工用的附著式塔式起重機(jī)都采用小車變幅的水平臂架，幅度大部分在五十米以上，無須移動(dòng)作業(yè)即可覆蓋整個(gè)施工范圍，因此多采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。 鋼筋混凝土基礎(chǔ)有多種形式可供選用。對(duì)于有底架的固定自升式塔式起重機(jī)，可視工程地質(zhì)條件，周圍環(huán)境以及施工現(xiàn)場(chǎng)情況選用X形整體基礎(chǔ)，四個(gè)條塊分隔式基礎(chǔ)或者四個(gè)獨(dú)立塊體式基礎(chǔ)。對(duì)于無底架的自升式塔式起重機(jī)則采用整體式方塊基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)我采用的是X型整體基礎(chǔ)。X型整體基礎(chǔ)的形狀及平面尺寸大致與塔式起重機(jī)X型底架相似，塔式起重機(jī)的X型底架通過預(yù)埋地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上。此種形式多用于輕

15、型自升式塔式起重機(jī)，如圖1-1。 圖1-1 X型整體式鋼筋混凝土基礎(chǔ) 此外，底架四周邊框用無縫鋼管使用螺釘連接固定，以增加其穩(wěn)定性。 1.5.2 支撐架 底架與塔身之間應(yīng)設(shè)計(jì)支撐架，以提高塔機(jī)的整體穩(wěn)定性。 1.5.3 塔身 塔身是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機(jī)上部分的重量和載荷的重量。從結(jié)構(gòu)類型式可分為空間桁架結(jié)構(gòu)和薄壁圓筒結(jié)構(gòu)兩種。按受力特點(diǎn)分為以承受軸向力為主的旋轉(zhuǎn)塔身和受壓、彎、扭轉(zhuǎn)作用的不旋轉(zhuǎn)塔身。塔身結(jié)構(gòu)截面分為圓形截面、三角形截面及方形截面三類。現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機(jī)均采用方形截面塔身結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)主弦桿材料的不同，這類方形截面塔架可分為：角鋼焊接桁架結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為

16、角鋼輔以腹桿的矩形截面桁架結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管桁架結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接桁架結(jié)構(gòu)塔身。 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的截面尺寸規(guī)格有：1.2m1.2m，1.3m1.3m，1.4m1.4m，1.5m1.5m，1.6m1.6m，1.7m1.7m，1.8m1.8m，2.0m2.0m。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)的長度尺寸有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。本塔機(jī)采用桁架結(jié)構(gòu)塔身，其中塔身截面尺寸采用1.4m1.4m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度為

17、2.5m。如圖1-2。 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。本塔機(jī)采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點(diǎn)是：套柱采用子口定位，螺栓夾緊，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，加工工藝要求比較復(fù)雜，但安裝速度比較快。 圖1-2 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 1.5.4 司機(jī)室 上回轉(zhuǎn)自升塔機(jī)的司機(jī)室有3種不同的布置方式：懸掛于臂架根部附近，固定于塔頂?shù)囊粋?cè)；設(shè)置于塔身的頂部，以塔架結(jié)構(gòu)為骨架，外包薄腹板：設(shè)置于轉(zhuǎn)臺(tái)之上塔架結(jié)構(gòu)內(nèi)。 本塔機(jī)采用的是懸掛式司機(jī)室而且多設(shè)于轉(zhuǎn)臺(tái)以上臂根側(cè)。采用這種布置方式的司機(jī)室優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)臺(tái)的加工制作可另行安排并實(shí)現(xiàn)專業(yè)化

18、，不受主體結(jié)構(gòu)的影響，功效高，成本低；在塔機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸中司機(jī)室可單獨(dú)裝車運(yùn)輸不受鋼結(jié)構(gòu)搬運(yùn)作業(yè)的影響，方便、經(jīng)濟(jì)，并且不易損壞。 1.5.5 起重臂 1. 構(gòu)造形式 塔式起重機(jī)臂架的結(jié)構(gòu)型式有三種：桁架壓桿式、桁架水平式、桁架混合式。 本塔機(jī)采用小車變幅水平臂架，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(jī)廣泛采用的一種起重臂。其優(yōu)點(diǎn)是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進(jìn)行水平位移，并能平穩(wěn)準(zhǔn)確地進(jìn)行安裝就位。小車變幅臂架是上弦吊點(diǎn)，正三角形截面臂架，這種臂架的下弦桿上平面用作小車運(yùn)行軌道。 2.臂架的分節(jié) 小車臂架常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長度有6m、7m、8m、10m、12m五種。為便

19、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(gè)3~5m長的延接節(jié)，一個(gè)根部節(jié)，一個(gè)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(jì)入臂架總長，但可與任一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間配裝，形成一個(gè)完整的起重臂。本塔機(jī)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為6m，另加上3m長的延接節(jié)。 3.臂架截面形式及截面尺寸 塔機(jī)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，本塔機(jī)采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。 本次設(shè)計(jì)的臂架結(jié)構(gòu)尺寸為： 底面寬度為980mm，高度為800mm； 4

20、. 腹桿布置和桿件材料選用 本塔機(jī)選用人字式布置方式。其優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點(diǎn)剛度較好，便于布置小車變幅機(jī)構(gòu)。 一般情況下，上吊點(diǎn)小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實(shí)心鋼為宜，但造價(jià)要高。因此本設(shè)計(jì)選用20號(hào)無縫圓鋼管。其特點(diǎn)是：截面尺寸大，強(qiáng)度有所提高。下弦采用等邊角鋼對(duì)焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用Φ76無縫鋼管，下弦桿選用的方管結(jié)構(gòu)尺寸為：8080，臂間由銷軸連接。 5.吊點(diǎn)的選擇與構(gòu)造 吊點(diǎn)可分為單吊點(diǎn)和雙吊點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)臂架長度為42m，對(duì)最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

21、采用單吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，吊點(diǎn)可以設(shè)在上弦或下弦，其位置設(shè)置在臂架總長的55%—60%之間。吊點(diǎn)以左可看作簡支梁，以右可看作懸臂梁。在設(shè)計(jì)中采用單吊點(diǎn)。 1.5.6塔頂 自升塔機(jī)塔身向上延伸的頂端是塔頂又稱塔幅或塔尖。其功能是承受起重臂拉桿和平衡臂拉桿傳來的上部載荷，通過回轉(zhuǎn)塔架轉(zhuǎn)臺(tái)，軸承座等的結(jié)構(gòu)部件或直接通過轉(zhuǎn)臺(tái)傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。 自升塔機(jī)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(shí)心圓鋼，厚壁無縫鋼管或不等邊角鋼拼焊的矩形鋼管，塔尖部分由平面型鋼焊接桁架組成。這種

22、型式塔尖的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運(yùn)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(shí)，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(huì)增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機(jī)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當(dāng)?shù)乃敻叨取? 本塔機(jī)采用前傾截錐柱式塔頂，塔帽用無縫鋼管焊成，下部有操作平臺(tái)，頂部有供平衡臂拉索和吊臂剛性拉桿連接用的吊耳及起升鋼絲繩穿繞的定滑輪。 1.6 QTZ400塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)選型 塔機(jī)工作機(jī)構(gòu)包括：起升機(jī)構(gòu)；變幅機(jī)構(gòu)；小車牽引

23、機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；。 起升機(jī)構(gòu)：位于平衡臂尾部，用于驅(qū)動(dòng)重物安全、平穩(wěn)、快速地運(yùn)送到指定高度。 變幅機(jī)構(gòu)：位于起重臂根部，用于改變重物中心與塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心間的距離，驅(qū)動(dòng)重物沿臂架水平移動(dòng)到指定幅度。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)上表面，驅(qū)動(dòng)重物平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置，用于實(shí)現(xiàn)重物重心繞塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 頂升機(jī)構(gòu)：位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，用于實(shí)現(xiàn)塔身高度隨建筑物的升高而升高。 1.6.1起升機(jī)構(gòu) QTZ400塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用了YZTD225－4/8/32－15/15/3.5KW三速電機(jī)，通過帶制動(dòng)輪彈性柱銷聯(lián)軸器帶動(dòng)減速箱，再驅(qū)動(dòng)卷筒，使卷筒獲得三種不同的

24、工作速度，從而使起重機(jī)獲得輕載高速和重載低速的性能。起升機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，制動(dòng)輪始終處在制動(dòng)位置。在卷筒軸末端裝有一個(gè)多功能限位器，當(dāng)重物達(dá)到最高位置或最低位置時(shí)，起升機(jī)構(gòu)能自動(dòng)停車，但允許向相反方向運(yùn)行，如圖1-3所示。 圖1-3起升機(jī)構(gòu)簡圖 1-三速電機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-液力推桿制動(dòng)器 4-ZQ500圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器 1.起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式 機(jī)械傳動(dòng)：其動(dòng)力是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)起升卷筒，也傳至其它工作機(jī)構(gòu)。 電力傳動(dòng)：由直流或交流電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)起升卷筒。直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要

25、求，調(diào)速性能好，但直流電的獲得較為困難。交流電機(jī)傳動(dòng)由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)組重量輕。 液壓傳動(dòng)：有高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)和低速大扭矩液壓馬達(dá)傳動(dòng)。前者重量輕、體積小、容積效率高。后者傳動(dòng)零件少，起、制動(dòng)性能好，但容積效率較低，易影響機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速，體積與重量較大。 綜上，考慮經(jīng)濟(jì)性、工作情況、工作效益等，本次設(shè)計(jì)采用電力傳動(dòng)。 2.起升機(jī)構(gòu)的減速器 起升機(jī)構(gòu)的減速器通常有以下幾種：圓柱齒輪減速器、蝸輪減速器、行星齒輪減速器。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(dòng)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

26、減速器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、重量輕等特點(diǎn)，但價(jià)格較貴。比較上述性能，選用圓柱齒輪減速器。 3.起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器 起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器可布置在高速軸上，也可布置在低速軸上。制動(dòng)器布置在高速軸上時(shí)，所需制動(dòng)力矩小，但制動(dòng)時(shí)沖擊較大，通常采用塊式制動(dòng)器。布置在低速軸上的制動(dòng)器，所需制動(dòng)力矩較大，通常采用帶式制動(dòng)器或點(diǎn)盤式制動(dòng)器。本設(shè)計(jì)將制動(dòng)器布置在高速軸上，采用塊式制動(dòng)器。 4.滑輪組倍率 在起升機(jī)構(gòu)中，滑輪倍率裝置是為了使起升機(jī)構(gòu)的起重能力提高一倍，而起升速度會(huì)降低一倍，這樣起升機(jī)構(gòu)能夠更加靈活地滿足施工的需要。塔式起重機(jī)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

27、1-4。 表1-4起升特性參數(shù)表 倍率 a=2 a=4 起重量 （t） 空鉤 2 2 0.818 4 4 速度 (m/min) 68 34 6.5 34 17 3.3 四倍率與二倍率轉(zhuǎn)化方便、快捷，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(diǎn)連接起來，此時(shí)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)。 1.6.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在上支座的一側(cè)，行星齒輪減速機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪，從而帶動(dòng)置于塔機(jī)上部的回轉(zhuǎn)塔身、起重臂等作左右回轉(zhuǎn)，速度為0.62r/min，回轉(zhuǎn)制動(dòng)器為常閉式，在不工作時(shí)當(dāng)風(fēng)速大

28、于6級(jí)風(fēng)以上，回轉(zhuǎn)部分應(yīng)能隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)(下班打開離合器)。 回轉(zhuǎn)支承QW型單排球式，大小齒輪嚙合傳動(dòng)比是λ=142/17=8.35，模數(shù)m=10，回轉(zhuǎn)支承的代號(hào)為QW1250.32。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通常由回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、回轉(zhuǎn)制動(dòng)器、回轉(zhuǎn)減速器和小齒輪組成。 1.回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)是整機(jī)的傳動(dòng)分流裝置的一個(gè)傳動(dòng)元件，其選擇由起重機(jī)的總動(dòng)力源決定。 2.液力耦合器 液力耦合器作用：一是軟化傳動(dòng)特性，使輸入和輸出之間有微小轉(zhuǎn)差，這樣電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩不至于一下輸入到減速器，產(chǎn)生過大沖擊；二是當(dāng)有兩臺(tái)回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)同時(shí)并聯(lián)工作時(shí)，可以協(xié)調(diào)其負(fù)載比較平衡，不至于轉(zhuǎn)得快的負(fù)載很大，轉(zhuǎn)得慢的負(fù)載很輕。

29、 3.制動(dòng)器 回轉(zhuǎn)制動(dòng)器選用常開式?；剞D(zhuǎn)制動(dòng)在回轉(zhuǎn)過程中不允許使用，但回轉(zhuǎn)工作完成后，一定要打開制動(dòng)器。制動(dòng)器選擇單片電磁制動(dòng)器。 4.減速器 減速器是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，既要減速，又要承受小齒輪軸傳來的集中反力。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝要求很緊湊，多用行星齒輪減速器，而且多極減速。 綜上，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一臺(tái)單速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)液力耦合器至行星齒輪減速器到小齒輪，在驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承大齒輪，為使回轉(zhuǎn)定位準(zhǔn)確，本機(jī)構(gòu)中裝有一套單片電磁制動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)止動(dòng)，該裝置只適用于在回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)停止工作后，起重臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作停止時(shí)使用。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖如圖1-4 所示。 圖1-4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖 1-雙速電動(dòng)機(jī)

30、 2-液力偶合器 3-行星齒輪減速器 4-驅(qū)動(dòng)小齒輪 5-單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承 6-回轉(zhuǎn)大齒輪 1.6.3 變幅機(jī)構(gòu) 為了滿足物料裝卸工作位置的要求，充分利用自身的起吊能力，塔式起重機(jī)需要經(jīng)常改變幅度。變幅機(jī)構(gòu)則是實(shí)現(xiàn)改變幅度的工作機(jī)構(gòu)，并用來擴(kuò)大塔式起重機(jī)的工作范圍，提高生產(chǎn)率。變幅機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、減速器，卷筒和制動(dòng)器組成，功率和外形尺寸較小。變幅機(jī)構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式分為運(yùn)行小車式和吊臂俯仰式。 本塔機(jī)采用小車變幅，小車牽引機(jī)構(gòu)裝在起重臂第一節(jié)內(nèi)的，是載重小車變幅的動(dòng)力裝置。它由YDEJ100L－4/8極2.4

31、/1.5KW－B3電機(jī)，通過減速機(jī)帶動(dòng)卷筒，使載重小車以20、40m/min的速度在軌道上水平移動(dòng)實(shí)現(xiàn)幅度轉(zhuǎn)變。卷筒末端設(shè)有一個(gè)多功能限位器。 變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩的纏繞方式如圖1-5所示。 變幅機(jī)構(gòu)簡圖 圖1-5 變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩纏繞簡圖 1-變幅卷筒 2-擺線針輪減速機(jī) 3-制動(dòng)器 4-電動(dòng)機(jī) 1.7安全裝置 安全裝置是塔式起重機(jī)必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是防止誤操作和違章操作，以避免由誤操作或違章操作所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。塔式起重機(jī)的安全裝置可分為限位開關(guān)、斷電裝置、鋼絲繩防脫裝置、風(fēng)速計(jì)、緊急安全開關(guān)、安全保護(hù)音響信號(hào)。 1 零位保護(hù) 聯(lián)動(dòng)操縱臺(tái)在停止時(shí)手柄自動(dòng)復(fù)零。 2

32、 主電路電氣保護(hù) 總電源短路保護(hù)，各機(jī)構(gòu)電機(jī)的短路、過載、過流保護(hù)，起升具有斷相、缺相、三相電流不平衡度超過15%保護(hù)。 2 接地保護(hù) 各電器元件與控制箱、聯(lián)動(dòng)操縱臺(tái)都良好接地。 3 斷路器保護(hù) 在各控制回路、照明、信號(hào)燈、通風(fēng)機(jī)電路中都裝有斷路器作短路保護(hù)。 4 電笛 在準(zhǔn)備開機(jī)前，須先用電笛通知現(xiàn)場(chǎng)人員，電笛安裝在電控柜上，由操縱臺(tái)的按鈕控制。 5 聲光報(bào)警 當(dāng)起重機(jī)起重力矩超過額定值的80%或起重量超過額定值的80%時(shí)，會(huì)自動(dòng)接通閃光蜂鳴器，對(duì)司機(jī)聲光報(bào)警。當(dāng)起重量或起重力矩達(dá)到額定值時(shí)，則紅色指示燈亮，要求司機(jī)立即解除危險(xiǎn)工作。 6 障礙指示燈 當(dāng)塔機(jī)高度高于50

33、米時(shí)，為了不使起重機(jī)和其它物體不發(fā)生碰撞，在塔機(jī)頂部和起重臂前端各裝有一個(gè)紅色障礙燈以指示高度位置，注意在晚間停機(jī)后，應(yīng)接通障礙電源。 7 電源指示裝置 在聯(lián)動(dòng)操縱臺(tái)上裝有電源指示燈，啟動(dòng)電源后指示燈應(yīng)明亮，說明電源已接通。電源電壓值應(yīng)在380v5%，供電頻率在50的情況下塔機(jī)才能正常工作。 8 高度、幅度、回轉(zhuǎn)限位 高度 幅度 回轉(zhuǎn)限位是多功能限位器將卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)或回轉(zhuǎn)角度記錄下來。當(dāng)轉(zhuǎn)至給定的位置時(shí)，記憶凸輪使微動(dòng)開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)終止運(yùn)行。 9.力矩限制器 力矩限制器主要有傳感器裝置，吊臂長度檢測(cè)裝置，吊臂仰角檢測(cè)裝置，運(yùn)算系統(tǒng)及顯示部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成。力矩限制器通過

34、檢測(cè)裝置當(dāng)時(shí)的吊臂長度和吊臂對(duì)水平面的傾角，并輸入到運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，計(jì)算出當(dāng)時(shí)的工作幅度，然后根據(jù)相應(yīng)的“幅度-起重量特性曲線”計(jì)算出當(dāng)時(shí)允許起升的最大載荷，并以此作為額定值。裝設(shè)在變幅液壓缸上的傳感器裝置測(cè)得反應(yīng)總力矩的信號(hào)，送入運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過計(jì)算后得出起升載荷的實(shí)際值。當(dāng)實(shí)際值大于額定值時(shí)，起重機(jī)已處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，這時(shí)力矩限制器會(huì)發(fā)出聲響和燈光警報(bào)。 10. 風(fēng)速儀 風(fēng)荷是塔式起重機(jī)的基本載荷，風(fēng)荷與風(fēng)速有關(guān)，還會(huì)隨高度升高而增大。因此，風(fēng)速儀是一種極其重要的安全預(yù)警裝置，對(duì)每臺(tái)自升式塔式起重機(jī)均是必備之物。風(fēng)速儀應(yīng)安裝在塔機(jī)頂部至吊具最高位置間的不擋風(fēng)處。 11. 鋼絲繩防脫裝置

35、 GB5144《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》規(guī)定：滑輪、起升卷筒及動(dòng)臂式塔機(jī)的變幅卷筒應(yīng)設(shè)有鋼絲繩防脫裝置，該裝置與滑輪或卷筒側(cè)板最外緣的間隙不得超過鋼絲繩直徑的20%。 除此之外還有許多電子安全裝置，用以保證工人工作的安全，使他們?cè)诎踩?、舒適的環(huán)境下工作。 12.電子安全裝置 塔機(jī)上采用的電子安全裝置主要有三種：電子力矩限制器、電子作業(yè)區(qū)域限制器和電子防止護(hù)撞系統(tǒng)。目前因價(jià)性比關(guān)系，僅在少數(shù)塔機(jī)上應(yīng)用。 第2章 塔式起重機(jī)總體計(jì)算 2.1塔機(jī)參數(shù) QTZ400塔式起重機(jī)參照同類型塔機(jī)，取各部件參數(shù)如下： 表2-1 塔式起重機(jī)各部件對(duì)塔身的重心位置 序號(hào) 名稱 重量（t） 坐標(biāo)（

36、m） 1 起升機(jī)構(gòu) 1.0 -5.5 2 變幅機(jī)構(gòu) 0.3 3 3 平衡臂拉桿 0.3 -5.5 4 變幅小車及吊鉤 0.182 42 5 平衡重 -8 6 第一節(jié)臂 0.5 42 第二節(jié)臂 0.5 34 第三節(jié)臂 0.6 28 第四節(jié)臂 0.6 16 第五節(jié)臂 0.5 10 第六節(jié)臂 0.3 4 7 平衡臂 1.6 -9 塔帽 1.1 0 8 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 0.55 0 9 塔身基礎(chǔ)節(jié) 0.6 0 10 套架 1.9 0 11 司機(jī)室 0.4 0 12 上接

37、架 0.5 0 13 下接架 0.9 0 14 斜撐 0.5 0 2.2風(fēng)載荷計(jì)算 塔式起重機(jī)一般都是在露天工作，因此必須考慮風(fēng)載荷的作用，并認(rèn)為風(fēng)載荷是可沿任意方向作用的水平力。 塔式起重機(jī)風(fēng)載荷分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷兩類。工作狀態(tài)風(fēng)載荷是指塔式起重機(jī)在正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)力，又分為正常工作狀態(tài)Fw1和工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷Fw2兩種。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷Fw3是塔式起重機(jī)在非工作狀態(tài)時(shí)所受的最大計(jì)算風(fēng)力(如暴風(fēng)產(chǎn)生的力)。 根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》-p7-4.2.2.1.2之規(guī)定，參照參考書目1-p15-表1-3-

38、9 （GB3811-83）風(fēng)壓選擇如表2-6所示。 表2-2 風(fēng)壓選擇 序號(hào) 適應(yīng)情況 風(fēng)壓Pa 1 正常工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和發(fā)熱驗(yàn)算 150 2 工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和整體抗傾翻穩(wěn)定性 250 3 非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和整體抗傾翻穩(wěn)定性 0-20m 800 20-36m 1100 2.2.1計(jì)算工況Ⅰ 風(fēng)載荷方向與起重臂方向垂直 如圖2-1 圖2-1 風(fēng)載荷垂直于臂架計(jì)算簡圖 1.平衡臂風(fēng)載荷計(jì)算 （1）風(fēng)力系數(shù)選取 根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)

39、設(shè)計(jì)規(guī)范》之規(guī)定，平衡臂可視為兩片平行平面桁架組成的空間結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)可取為單片結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)，護(hù)欄為管結(jié)構(gòu)，由表8，取1.4。 （2） 由平衡臂的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算迎風(fēng)面積 根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》-p8-4.2.2.1.4-b之規(guī)定，對(duì)于兩片并列等高型式相同的結(jié)構(gòu)，考慮前片對(duì)后片的擋風(fēng)作用，總迎風(fēng)面積為： (2-1)[15] 式中：—前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積， ； (2-2)[15] —后片結(jié)構(gòu)的

40、迎風(fēng)面積， ； (2-3)[15] η——兩片相鄰桁架前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù)，與前片桁架充實(shí)率ω1及兩片桁架間隔比ls/h有關(guān)，按表2-4選取 則結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積 (2-4)[15] 已知： (2-5)[15] ==91=9 m2

41、 (2-6)[15] 由表2-3、表2-4選取 ω=0.3 η=0.57 代入得，=0.39+0.570.39=4.239 m2 表2-3 結(jié)構(gòu)充實(shí)率 受風(fēng)結(jié)構(gòu)類型和物品 實(shí)體結(jié)構(gòu)和物品 1.0 機(jī)構(gòu) 0.8-1.0 型鋼制成的桁架 0.3-0.6 鋼管桁架結(jié)構(gòu) 0.2-0.4 表2-4 桁架結(jié)構(gòu)擋風(fēng)折減系數(shù)η 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 >0.6 間隔比 ls/h 1 0.84 0.70 0.57 0.40 0.25 0.15 2 0.87 0.75 0.

42、62 0.49 0.33 0.20 3 0.90 0.78 0.64 0.53 0.40 0.28 4 0.92 0.81 0.65 0.56 0.44 0.34 5 0.94 0.83 0.67 0.58 0.50 0.41 6 0.96 0.85 0.68 0.60 0.54 0.46 （3）根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》-p7-4.2.2.1.1之規(guī)定， 風(fēng)力計(jì)算公式: (2-7)[15] 式

43、中：—作用在塔式起重機(jī)上和物品上的風(fēng)載荷（，），N； —風(fēng)力系數(shù)； —計(jì)算風(fēng)壓，Pa； —垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，。 已知：=1.4；=250Pa；=4.239 代入得， =1.42504.239=1483.65 N 2.起升機(jī)構(gòu)風(fēng)載荷計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，則可知結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 取其近似值=11.090.6=0.654 m2 =1.2 =250Pa 代入得， =1.22500.654=196.2 N 3.平衡重風(fēng)載荷計(jì)算 平衡重迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，可知結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 由平衡重尺寸取其近似值 =10.82=1.6

44、m 取 =1.2 =250Pa 代入得， N 平衡臂及其上構(gòu)件合計(jì) =1483.65+196.2+480=2159.85 N =1483.654.5+196.25.5+4807 =11115.525 N.m =11115.525/2159.85=5.15m 4.起重臂風(fēng)載荷計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的QTZ400塔式起重機(jī)的起重臂的結(jié)構(gòu)形式為：上弦桿為無縫圓管，下弦桿為方管，腹桿為圓管的三角形節(jié)面空間結(jié)構(gòu)，此工況下受側(cè)向風(fēng)力作用。三角形截面空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)載荷按其垂直于風(fēng)向的投影面積所受風(fēng)力的1.25倍計(jì)算。 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=0.4

45、=0.40.842=13.44m2 =1.3 =250Pa 代入得， =1.251.325013.44=5460 N =17m 5.塔身風(fēng)載荷計(jì)算 塔身為型鋼制成的桁架結(jié)構(gòu)， 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=0.4 ,擋風(fēng)折減系數(shù)η=0.53 取其近似值 (2-8)[15] =0.4（1+0.53）1.430=25.704m =1.2 =250Pa 代入得， =1

46、.225025.704=7711.2 N =0 m 2.2.2計(jì)算工況Ⅱ 風(fēng)載荷方向與起重臂方向平行 如圖2-2 圖2-2 風(fēng)載荷平行于臂架計(jì)算簡圖 1.平衡臂風(fēng)載荷計(jì)算 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=0.3 取其近似值 =0.311=0.3 m2 =1.4 =250Pa 代入得， =1.42500.3=105 N 2.起升機(jī)構(gòu)風(fēng)載荷計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算。 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 取其近似值 A=110.6=0.6m =1.2 =250P 代入得， =1.22500.6=180 N 3

47、.平衡重風(fēng)載荷計(jì)算 平衡重迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算。 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 由平衡重尺寸取其近似值 =10.82=1.6m2 =1.2 =250Pa 代入得， =1.22501.6=480 N 平衡臂及其上構(gòu)件合計(jì) ∑ =105+180+480=765 N 4.起重臂風(fēng)載荷計(jì)算 n片型式尺寸相同，且間隔相等的并列結(jié)構(gòu)在縱向風(fēng)力作用下，總迎風(fēng)面按下式計(jì)算： (2-9)[15] 式中：=0.40.90.8/2=0.144m2 結(jié)構(gòu)充實(shí)率=0.4,η=0.

48、4 則 =（1-0.4）0.40.144/（1-0.4）=0.096 已知：=1.3 =250Pa 代入得， =1.32500.096=31.2 N 2.2.3非工作工況 風(fēng)載荷方向與起重臂方向平行如圖2-3。 非工作工況下的風(fēng)壓0-20m 800 Pa；20-40m 1100 Pa，此種狀態(tài)下，風(fēng)對(duì)塔機(jī)的作用方向與工作工況Ⅱ相同。 如圖2-3。 圖2-3 非工作情況風(fēng)載荷計(jì)算簡圖 1.平衡臂風(fēng)載荷計(jì)算 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=0.3 取其近似值 =0.311=0.3 =1.4； =1100Pa；

49、 代入得， =1.411000.3=462 N 2.起升機(jī)構(gòu)風(fēng)載荷計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算。 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 取其近似值 =110.6=0.6 =1.2； =1100Pa； 代入得， =1.211000.6=792 N 3.平衡重風(fēng)載荷計(jì)算 平衡重迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算。 已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1 由平衡重尺寸取其近似值 =10.82=1.6 =1.2 =1100 代入得， =1.211001.6=2112 N 平衡臂及其上構(gòu)件合計(jì) ∑=462+792+2112=3366 N 4.

50、起重臂風(fēng)載荷計(jì)算 n片型式尺寸相同，且間隔相等的并列結(jié)構(gòu)在縱向風(fēng)力作用下，總迎風(fēng)面按下式計(jì)算： (2-10) 式中：=0.40.90.8/2=0.144m2 結(jié)構(gòu)充實(shí)率=0.4 η=0.4 則 =（1-0.4）0.40.144/（1-0.4）=0.096m2 已知：=1.3， =1100Pa； 代入得， =1.311000.096=137.28 N 5.塔身風(fēng)載荷計(jì)算 塔身為角鋼制成的桁架結(jié)構(gòu),已知:結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=0.4， 取其近似值 =25.704m，風(fēng)力系數(shù)=1.2

51、 計(jì)算風(fēng)壓 0～20m =800； 20～36m =1100； 代入得，0～20m =1.280025.70420/30=16450.56 N 20～30m =1.2110025.70410/30=11309.76N 2.3平衡重及參數(shù)計(jì)算 起重機(jī)抗傾翻穩(wěn)定性是指起重機(jī)在自重和外載荷作用下抵抗翻倒的能力，保證起重機(jī)具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性，是起重機(jī)設(shè)計(jì)中的基本要求之一。塔式起重機(jī)重心高，工作半徑大，而支撐輪廓尺寸又相對(duì)較小，一旦失去穩(wěn)定就可能造成重大“倒塔”事故。 要對(duì)塔式起重機(jī)工作狀態(tài)的抗傾翻穩(wěn)定性，非工作狀態(tài)的抗傾翻穩(wěn)定性，安裝、拆除時(shí)的抗傾

52、翻穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T13752-92》，塔式起重機(jī)抗傾翻穩(wěn)定性應(yīng)按下表所列工況進(jìn)行校核。 表2-5中各工況的穩(wěn)定條件規(guī)定為，塔式起重機(jī)及其部件的位置，載荷的數(shù)值和方向取最不利組合條件下，包括自重載荷荷在內(nèi)的各項(xiàng)載荷對(duì)傾翻邊的力矩代數(shù)和大于零 表 2-5驗(yàn)算工況 工 況 說 明 1.基本穩(wěn)定性 工作狀態(tài)，靜態(tài)，無風(fēng) 2.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)，有風(fēng) 3.暴風(fēng)侵襲 非工作狀態(tài) 4.突然卸載 工作狀態(tài)，料斗卸載 （即∑M大于零），則認(rèn)為該塔式起重機(jī)是穩(wěn)定的。起穩(wěn)定力矩的為正值，起傾翻作用的力矩為負(fù)值并乘以

53、1.1-1.2的增大系數(shù)。校核時(shí)，各項(xiàng)載荷應(yīng)根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》-p12-4.3.2-表13之規(guī)定，乘以相應(yīng)的載荷系數(shù)。 2.3.1平衡重 求取平衡重的方法有多種，經(jīng)過計(jì)算，本次設(shè)計(jì)求平衡重采用以下方法： 上回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)應(yīng)按塔身受載最小的原則確定平衡重的質(zhì)量。 平衡重的設(shè)計(jì)要求：滿載工作時(shí)，塔身承受的前傾彎矩接近于空載非工作狀態(tài)時(shí)塔身的后傾彎矩。 非工作狀態(tài)時(shí)的后傾彎矩為： 工作狀態(tài)的前傾彎矩為： 令 ， 則 2.3.2 重心高 求重心高h(yuǎn)，即塔機(jī)各部分重量對(duì)水平地面進(jìn)行取矩=塔機(jī)總重重心高 。 令，則 2.3.3 突然卸

54、載時(shí)塔機(jī)中心離后傾覆邊距離 此時(shí)的計(jì)算方法是，塔機(jī)各部分對(duì)后傾覆邊取矩之和=塔機(jī)總重 即 令 ，則 2.3.4 暴風(fēng)侵襲時(shí)塔機(jī)重心離前傾覆邊距離 此時(shí)的計(jì)算方法是，塔機(jī)各部分對(duì)后傾覆邊取矩之和=塔機(jī)總重 即 令 ，則 2.4抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算 2.4.1工況Ⅰ 基本穩(wěn)定性 如圖2-4 工作狀態(tài)，靜態(tài)，無風(fēng) 圖2-4 基本穩(wěn)定性計(jì)算簡圖 此時(shí)為靜載荷實(shí)驗(yàn)，對(duì)塔機(jī)基本穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，其按下式計(jì)算： (2-10)[1] 式中 —塔式起重機(jī)自重（包括自重、壓重

55、，不包括吊具重），KN； —起升載荷，KN； —最大工作幅度，m； —軌距之半，m ； —塔式起重機(jī)重心離回轉(zhuǎn)中心距離，m。 則 代入數(shù)據(jù)得： ,不等式成立，此時(shí)塔機(jī)穩(wěn)定。 2.4.2 工況Ⅱ 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 如圖2-5 圖2-5動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算簡圖 此時(shí)工況為在正常工況下，載荷處于最大幅度，有風(fēng)情況下的風(fēng)載荷計(jì)算，其計(jì)算公式按下式計(jì)算： (2-11)[1] 式中 —作用在塔式起重機(jī)上的風(fēng)力，KN； —作用在起升載荷上的風(fēng)力，KN； —作用在載荷上的離心力，KN；

56、 —塔式起重機(jī)重心至軌面的垂直距離，m； —作用線至軌道面的垂直距離，m； —起重臂架端部至軌道面的垂直距離，m； —軌道高度差，（） 一般取1—3，這里計(jì)算取最大3。 則代入數(shù)據(jù)得： ,不等式成立，此時(shí)塔機(jī)穩(wěn)定。 2.4.3 工況Ⅲ 暴風(fēng)侵襲 如圖2-6 圖2-6 暴風(fēng)侵襲穩(wěn)定性計(jì)算簡圖 非工作情況，此時(shí)其危險(xiǎn)工況為風(fēng)載荷方向由平衡重處平行于臂架方向。其按下式計(jì)算： (2-12)[1] 式中—塔式起重機(jī)自重

57、（包括自重、壓重，不包括吊具重），KN； —塔式起重機(jī)重心離后傾覆邊的距離，m； —風(fēng)力作用點(diǎn)的高度，m； —作用在塔式起重機(jī)上的風(fēng)力，KN。 ，不等式成立,此時(shí)塔機(jī)穩(wěn)定。 2.4.4 工況Ⅳ 突然卸載 如圖2-7 圖2-7 突然卸載穩(wěn)定性計(jì)算簡圖 突然卸載時(shí)，載荷會(huì)有一個(gè)向上的反彈力，其穩(wěn)定性驗(yàn)算按下式計(jì)算： 工作狀態(tài)，料斗卸載 (2-13)[1] 式中 —塔式起重機(jī)自重（包括自重、壓重，不包括吊具重），KN； —作用在塔式起重機(jī)上的風(fēng)力，KN；

58、 —起升載荷，KN； —最大工作幅度，m； —塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心離后傾覆邊的距離，m； —塔式起重機(jī)重心離后傾覆邊的距離，m； —風(fēng)力作用點(diǎn)的高度，m。 則代入數(shù)據(jù)得： ,不等式成立，所以此時(shí)塔機(jī)穩(wěn)定。 通過以上四種工況的驗(yàn)證核算，該塔機(jī)的設(shè)計(jì)是合理的，能夠有效地保持正常工作。下面就對(duì)塔式起重機(jī)的臂架進(jìn)行強(qiáng)度校核。 第3章 臂架的強(qiáng)度校核 3.1 力學(xué)模型 3.1.1 吊點(diǎn)處受力分析 如圖3-1 圖3-1 吊點(diǎn)處橫截面應(yīng)力分析圖 對(duì)點(diǎn)進(jìn)行取矩求和等于0，求出吊索拉桿力。 即 代入數(shù)據(jù)得： 求得 ：

59、則 代入數(shù)據(jù)得： 求得 ： 3.1.2 對(duì)臂架危險(xiǎn)截面Ⅰ和Ⅱ處受力分析 截面Ⅰ，如上圖3-1 截面Ⅱ，如圖3-2 圖3-2 截面Ⅱ處應(yīng)力分析圖 由Ⅰ、Ⅱ取 3.1.3 臂架強(qiáng)度校核 首先求出起重臂架的形心軸高度 如圖3-3所示 圖3-3 起重臂型芯軸高度計(jì)算簡圖 (3-1)[9] 對(duì)形心軸求慣性矩，忽略其自身慣性矩 (3-2)[9] 截面系數(shù)

60、 (3-3)[9] 則 則應(yīng)力為： (3-4)[9] 3.2 起重臂形心軸處強(qiáng)度計(jì)算 吊點(diǎn)位置處受力分析 如上圖3-1所示 對(duì)點(diǎn)進(jìn)行取矩求和等于0，求出吊索拉桿力. 即 代入數(shù)據(jù)得： 求得： 則 代入數(shù)據(jù)得： 求得： 對(duì)臂架截面Ⅰ和截面Ⅱ處的受力分析 如上圖3-2 截面Ⅰ： 截面Ⅱ： 由Ⅰ、Ⅱ取 則應(yīng)力為： (3-5)

61、 第4章 起重臂工裝夾具設(shè)計(jì) 4.1 工裝夾具的結(jié)構(gòu)介紹 4.1.1工裝夾具的主要技術(shù)要求 起重臂屬于金屬結(jié)構(gòu)，是臂架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，并且其加工胎具的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 起重臂的加工制造質(zhì)量是不容忽視的，其將直接影響整機(jī)的工作狀況，所以起重臂正確合理的加工方法和工藝裝備是提高其制造質(zhì)量的重要保證，其中焊接工藝和工裝工藝在起重臂的加工中占有至關(guān)重要的地位。 對(duì)起重臂整體變形的控制與互換性要求需要采用拼焊工裝來保證。采用必要的拼焊工裝，制定合理的焊接工藝以及焊接順序與焊接走向，或采用反變形的工藝方法（即焊前強(qiáng)迫構(gòu)件產(chǎn)生反向預(yù)變形，以便抵消焊接變形），以達(dá)到產(chǎn)品零件的技術(shù)要求。

62、 結(jié)構(gòu)件拼焊工裝的設(shè)計(jì)是十分重要的。工裝上定位基準(zhǔn)與零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)基本一致。設(shè)計(jì)工裝時(shí)，應(yīng)充分考慮工裝的通用性，夾緊機(jī)構(gòu)及一些部件應(yīng)力求標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化，以提高工裝的利用率，減少投入費(fèi)用以及縮短工裝的制作時(shí)間。工裝制成后，先預(yù)制作一個(gè)工件，通過驗(yàn)證找出存在的問題，將工裝修改完善后再正式投入使用。 本次工裝夾具的設(shè)計(jì)主要考慮的是上下弦桿的定位精度，其包括直線度、平行度、垂直度、同軸度等，同時(shí)還要考慮其變形。其主要內(nèi)容如下： 1. 應(yīng)保證底架上平面的平面度公差不超過0.03 2. 保證上弦桿中心軸與底架上平面的平行度公差不超過0.03 這就對(duì)胎具中5個(gè)支撐桿的高度要求較高，依靠支撐桿

63、的精度來保證上弦桿中心軸與底架上平面的平行度要求以及上弦桿與下弦桿之間的高度方向的尺寸要求。 3. 保證兩下弦桿兩端接頭孔縱向軸心線的同軸度公差不超過0.02 其同軸度公差需要依靠下圖中件13定位塊來保證。件13不但保證了兩下弦桿之間的距離，還保證了下弦桿兩端接頭處孔的同軸度，防止了臂架連接后的彎曲變形。同時(shí)保證了上弦桿與下弦桿之間的高度尺寸要求。件13設(shè)計(jì)為可換軸套式定位塊，其可根據(jù)下弦桿接頭處孔徑的大小更換，操作簡單，方便，工作效率高。 4.保證兩下弦桿軸心線的平行度要求 依靠胎具中的定位元件來保證兩下弦桿之間的平行度。安裝下弦桿時(shí)，使下弦桿的外側(cè)面貼緊定位元件的內(nèi)側(cè)

64、面，然后通過夾緊機(jī)構(gòu)夾緊下弦桿，使其位置保持不變，利用定位元件的位置精度來保證兩下弦桿的平行度。 4.1.2 工裝夾具的構(gòu)造 如圖4-1 圖4-1 工裝夾具圖 1. 工字鋼底架 選用材料為Q235，其屈服強(qiáng)度為235，抗拉強(qiáng)度為375-460，伸長率。由于其含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。大量應(yīng)用于建筑及工程結(jié)構(gòu)。用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對(duì)性能要求不太高的機(jī)械零件。 底架由工字鋼組成，上面平鋪一塊鋼板焊接拼裝而成，上平面需加工一平面，保證其上表面的平行度。 2. 支

65、撐住 材料為Q235。用以支撐和定位上弦桿。 3. 上弦桿 材料為20。上弦桿采用材料為20的無縫鋼管，其尺寸為。 4. 限位擋鐵 焊件。限位擋鐵的作用是對(duì)上弦桿側(cè)面進(jìn)行定位，保證上弦桿水平位置的平行度。 5. 螺母 材料為45。 6. 螺栓 材料45.用于夾緊上弦桿。 7. 上定位塊 材料Q235。用于上弦桿的高度定位。 8. 斜腹桿 材料Q235。用以連接上下弦桿，并起加強(qiáng)起重臂剛度作用。 9. 下弦桿 焊件，也可采用方管。 10. 水平腹桿 材料Q235。用于連接下底架并增強(qiáng)底架的剛度。 11. 螺栓

66、材料45。用于固定擋鐵15。 12. 夾緊機(jī)構(gòu) 用于夾緊下弦桿。 13. 下定位塊 用于下弦桿的高度方向和寬度方向定位。 4.2 工裝夾具的定位機(jī)構(gòu) 定位機(jī)構(gòu)，如圖4-2。 圖4-2 定位機(jī)構(gòu) 該定位機(jī)構(gòu)主要保證下弦桿寬度方向及高度方向的定位。其工作原理為讓下弦桿外側(cè)面貼緊定位機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)面上，并用銷軸通過定位機(jī)構(gòu)的孔將定位機(jī)構(gòu)與下弦桿兩端接頭處連接在一起，這樣就可靠地保證了下弦桿在寬度方向與高度方向的定位。 4.3 工裝夾具的夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu)，如圖4-3 圖4-3 夾緊機(jī)構(gòu) 該夾緊機(jī)構(gòu)主要是保證下弦桿的位置固定不變，其工作原理是通過上述螺栓11固定件15，然后通過件16對(duì)下弦桿施加夾緊力，這樣就有效的保證了下弦桿的位置固定不變了。成本低，效率高，操作簡單，工作穩(wěn)定可靠。 本次的工裝設(shè)計(jì)本著操作簡單，方便可靠，成本低廉的旨意而設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠