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山東大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目： 塔式起重機(jī)
專 業(yè)： 機(jī)電一體化工程
學(xué) 生：
準(zhǔn)考證號：
指導(dǎo)老師：
畢業(yè)設(shè)計（論文）時間： 年 月 日～ 年 月 日
山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
塔式起重機(jī)是我們建筑機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備，本機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，操作使用安全可靠．其主要特點(diǎn)是起重高度大，工作幅度寬．對本機(jī)的設(shè)計主要有總體方案的設(shè)計、整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性、設(shè)計原則及有關(guān)計算。有關(guān)計算主要有塔機(jī)風(fēng)力計算、平衡重的計算、吊臂的設(shè)計計算、臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。塔機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)由起重臂、塔身、轉(zhuǎn)臺、承座、平衡臂、底架、塔尖等組成，其它的零部件還有滑輪，回轉(zhuǎn)支承，吊鉤和制動器等，塔機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有五種：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車走行機(jī)構(gòu)(行走式的塔機(jī))。通過對塔機(jī)的設(shè)計計算我對塔式起重機(jī)有了更深入的研究，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，塔式起重機(jī)的重要性更進(jìn)一步的體現(xiàn)出來，所以我們必須更加深入的研究塔式起重機(jī)。
關(guān)鍵字：塔式起重機(jī) 機(jī)構(gòu) 平衡 回轉(zhuǎn)
Abstract
The abstract tower crane is we constructs the machinery the essential equipment, the this aircraft performance is advanced, the structure is reasonable, operation use safe reliable. Its main characteristic is lifts heavy objects highly in a big way, the work scope is wide. Mainly has the overall concept design, the complete machine to the this aircraft design anti-pours out the stability, the principle of design and the related computation.The related computation mainly has the tower machine wind power computation, the counterbalance computation, the lazy arm design calculation, the prm support structural design computation.The tower machine metal structure by the erector beam, the tower body, the turnplate, the altar, the balance arm, the chassis, the spire and so on is composed, other spare parts also have the pulley, the rotation supporting, the lift hook and the brake and so on, the tower machine operating mechanism have five kinds: Lifts the organization, the amplitude organization, the car hauling organization, the rotation organization and the large cart walks the good organization (walks -like tower machine).Through I had more thorough research to the tower machine design calculation to the tower crane, along with the country infrastructure construction rapid development, the tower crane important further manifests, therefore we must the more thorough research tower crane.
Keywords：tower crane mechanism balance slew
目錄
第一章 前言....................................................................1
第二章 總體設(shè)計…………………………………………………………3
第一節(jié) 概述………………………………………………….…….….... 3
第二節(jié) 總體設(shè)計方案的確定……………………………………….......…3
第三節(jié) 設(shè)計原則……………………………………………...………....12
第四節(jié) 塔機(jī)的風(fēng)力計算………………………………………………14
第五節(jié) 平衡重的計算…………………………………………………19
第六節(jié) 固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算…………………………………………..20
第七節(jié) 整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性………………………………………….21
第三章 吊臂的設(shè)計計算………………………………………..............25
第一節(jié) 吊臂的結(jié)構(gòu)方案 ………………………………………………...25
第四章 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算…………………..………...............…….... 29
畢業(yè)設(shè)計小節(jié)…………………………………………………………....53
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………....54
山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）
第一章 前言
塔式起重機(jī)簡稱塔機(jī)，亦稱塔吊，起源于西歐。據(jù)記載，第一項有關(guān)建筑用塔機(jī)專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機(jī)，1923年制成了近代塔機(jī)的原型樣機(jī)，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機(jī)。1930年當(dāng)時德國已開始批量生產(chǎn)塔機(jī)，并用于建筑施工。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN8770公布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機(jī)的起重能力。
塔式起重機(jī)是我們建筑機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)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(dá)國家上百年塔機(jī)發(fā)展的路程，如今已達(dá)到發(fā)達(dá)國家九十年代水平并躋身于當(dāng)代國際市場。?
五十年代初，我國塔機(jī)的仿制開始起步生產(chǎn)的是一些小型塔機(jī)，六十年代自行設(shè)計制造了25TM、40TM、60TM、160TM四種機(jī)型，多以擺臂為主；七十年代，隨著高層建筑發(fā)展，對施工機(jī)械提出了新的要求。于是，160TM附著式、45TM內(nèi)爬式、120TM自升式等都由我國自己設(shè)計并制造；八十年代，國家建設(shè)突飛猛進(jìn)，建筑用最大的的250TM塔機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。特別是1984年，首先在北京建工集團(tuán)建機(jī)廠引進(jìn)世界先進(jìn)的法國POTAIN（波坦）公司技術(shù)并于次年成功試制了FO/23B塔機(jī)，這可以說是我國塔機(jī)發(fā)展史的里程碑，它大大縮缺了我國與國外的差距，使我國塔機(jī)發(fā)展步入快行道。
本機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，操作使用安全可靠．其主要特點(diǎn)是起重高度大，工作幅度寬．塔機(jī)上部能借助于液壓頂升機(jī)構(gòu)，根據(jù)施工的建筑物的增高而相應(yīng)地升高，使司機(jī)操作方便，視野寬并始終保持高清晰．這種塔機(jī)廣泛地適用于多層和高層民用建筑，多層大跨度工業(yè)廠房，以及采用滑模施工的高大煙囪和筒倉等塔型建筑物的施工，也可用于港口，貨場的裝卸．這種塔機(jī)有多種形式．設(shè)計正在不斷的完善中．此次設(shè)計的形式為固定上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)．
產(chǎn)品技術(shù)性能含金量不高塔式起重機(jī)是建筑機(jī)械唯一可移動垂直運(yùn)輸工具，其技術(shù)性能高低不僅關(guān)乎工程進(jìn)度，更關(guān)系著安全生產(chǎn)。目前，我國塔機(jī)性能基本處于八、九十年代的機(jī)械化水平，與現(xiàn)代國外智能化、數(shù)字化控制技術(shù)還有很大差距，跟不上市場的需要。由于可靠性較差，造成機(jī)械、電器事故率較高。代表當(dāng)代塔機(jī)技術(shù)性能的全無極調(diào)速、PLC控制在發(fā)達(dá)國家中已十分普及，而在我國充其量在2%；而我國目前剛剛啟動，可以說還是空白。分析原因是用戶群的不確定性制約了技術(shù)進(jìn)步。由于建筑市場繁榮，發(fā)展迅速，大量中小建筑企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，很多新生建筑企業(yè)由于缺乏長運(yùn)規(guī)則，資金不雄厚，只得購入技術(shù)含量低，一次性投入少的一般塔機(jī)或淘汰下來的"二手貨"。這方面，我國法規(guī)上還沒有明確的限制，或有限制但執(zhí)行力度也不夠，造成購入技術(shù)先進(jìn)，投資大的企業(yè)競爭力反而下降；再有陳舊的觀念也是制約技術(shù)進(jìn)步的因素，先進(jìn)的技術(shù)，良好的監(jiān)控系統(tǒng)無疑對保障工程速度、質(zhì)量和安全生產(chǎn)都會產(chǎn)生積極的效果，同時必不可少地要進(jìn)行學(xué)習(xí)或培訓(xùn)已掌握現(xiàn)代技術(shù)，這又會引起固有傳統(tǒng)觀念用戶的反感，他們誤認(rèn)為原來的好使、 方便。
從塔機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面來看，雖然新的產(chǎn)品層出不窮，新產(chǎn)品在生產(chǎn)效能、操作簡便、保養(yǎng)容易和運(yùn)行可靠方面均有提高，但是塔機(jī)的技術(shù)并無根本性的改變。塔機(jī)的研究正向著組合式發(fā)展。所謂的組合式，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔身分解成若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理再將各部分劃分成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特征的塔機(jī)，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機(jī)有助于加快塔機(jī)產(chǎn)呂開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，并能更好的為客戶服務(wù)。
塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)兩大類。其中前者的承載力要高于后者，在許多的施工現(xiàn)場我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機(jī)。按能否移動又分為：走行式和固定式。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上，或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
塔式起重機(jī)的動臂形式分水平式和壓桿式兩種。動臂為水平式時，載重小車沿水平動臂運(yùn)行變幅，變幅運(yùn)動平衡，其動臂較長，但動臂自重較大。動臂為壓桿式時，變幅機(jī)構(gòu)曳引動臂仰俯變幅，變幅運(yùn)動不如水平式平穩(wěn)，但其自重較小。
為了確保安全，塔式起重機(jī)具有良好的安全裝置，如起重量、幅度、高度和載荷力矩等限制裝置，以及行程限位開關(guān)、塔頂信號燈、測風(fēng)儀、防風(fēng)夾軌器、爬梯護(hù)身圈、走道護(hù)欄等。司機(jī)室要求舒適、操作方便、視野好和有完善的通訊設(shè)備。
第二章 總體設(shè)計
第一節(jié) 概述
總體設(shè)計一般由技術(shù)負(fù)責(zé)人主持進(jìn)行，在接受設(shè)計任務(wù)以后，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)計和科研的情況，并進(jìn)行分析比較，制定總的設(shè)計原則，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性好，工藝簡單，工作可靠。制定設(shè)計總則以后，便可以編寫設(shè)計任務(wù)書，在調(diào)研的基上運(yùn)用所學(xué)的知識，從優(yōu)選擇確定總體方案，保證設(shè)計的成功。
第二節(jié) 總體方案的設(shè)計
上回轉(zhuǎn)塔機(jī)是回轉(zhuǎn)支撐在塔身頂部的起重機(jī)．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(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)，工作機(jī)構(gòu)，液壓頂升系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)及安全保護(hù)裝置等幾大部分組成。
一． 金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分由：塔身，塔頭或塔帽，起重臂架，平衡臂架，回轉(zhuǎn)支撐架等主要部件組成．對于特殊的塔式起重機(jī)，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(jī)的骨架，它承受著起重機(jī)自重以及作業(yè)時的各種外載荷，是塔式起重機(jī)的主要組成部分．其重量通常占整機(jī)重量的一半以上．
本次設(shè)計采用X形整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)．這種形式適用于有底架固定式自升塔式起重機(jī)．它的形狀與平面尺寸大致與塔式起重機(jī)X形底架相似塔式起重機(jī)的X形底架通過預(yù)埋地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上。這種基礎(chǔ)不僅起著承上啟下的作用將塔機(jī)的荷載傳給地基，同時發(fā)揮部分壓重作用，保證塔機(jī)的穩(wěn)定性。
混凝土外輪廓尺寸約為5000×5000×1500mm（長×寬×高），密度為2.4t／m3，總重為90t．基礎(chǔ)表面平整．
1.底架結(jié)構(gòu)
塔機(jī)底架結(jié)構(gòu)水塔身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及爬升方式而異。
小車變幅水平臂架自升塔機(jī)采用的底架結(jié)構(gòu)可分為：十字行底架，帶撐桿的十字行底架，帶撐桿的井字行底架，帶撐桿的水平框架式桿件拼裝底架，和塔身偏置式底架。
本設(shè)計采用十字型底架，由一根通長的縱梁和鉸裝在縱梁中部的兩根活動短梁組成，這種底架可直接固定在混凝土基礎(chǔ)之上。
優(yōu)點(diǎn)：無需特殊的預(yù)埋地腳螺栓，通過調(diào)整活動短梁的張開角度可分別構(gòu)成3.4×3.4，4×4，以及5×5的底架，混凝土基礎(chǔ)塊可根據(jù)施工底盤特點(diǎn)采用方行混凝土墩變成長方形混凝土墩。
基礎(chǔ)節(jié)位于十字底梁中心位置，有四根撐桿為兩端焊有連接耳板的無縫鋼管，上下連接耳板用銷軸分別與底節(jié)和十字底梁四角的耳板連接，撐桿可使危險截面上移。
2.塔身結(jié)構(gòu)
塔式起重機(jī)的塔身是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機(jī)上部的重量和載荷的重量．從結(jié)構(gòu)形式可分為空間桁架結(jié)構(gòu)和薄壁圓筒結(jié)構(gòu)．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．
上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的塔身固定不旋轉(zhuǎn)，但可以頂升接高.通常由多個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成．標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，就是一段上，寬，高都統(tǒng)一的塔身．這樣便于用工裝制作，具有互換性．標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度有2.5m、3m等多種規(guī)格．它主要由四根主弦桿，三個水平框架，其間有斜腹桿，上下有連接套等組成一空間結(jié)構(gòu)．
主弦桿要承受壓力和拉力，其合成力矩來平衡起重力矩和附加力矩；水平腹桿和斜腹桿用于傳遞扭矩和水平剪力；連接螺栓傳遞各節(jié)之間的拉力．上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的塔身以受彎為主，受壓為輔，這是其突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)．因此塔身必須結(jié)實，有足夠的強(qiáng)度，剛度和局部失穩(wěn)的儲備．
3.1塔身結(jié)構(gòu)斷面形式
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。
現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機(jī)均采用方形斷面塔身結(jié)構(gòu)，本設(shè)計的塔機(jī)亦是方形斷面。這類方形斷面分為：角鋼焊接格桁結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼鋪以加強(qiáng)筋的矩形的斷面格桁結(jié)構(gòu)；角鋼拼接方鋼管格桁結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁結(jié)構(gòu)塔身。本次設(shè)計采用角鋼拼接方鋼管格桁結(jié)構(gòu)塔身。其中1.6m×1.6m為本次設(shè)計的塔身截面尺寸。
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。主弦桿截面加大的標(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。常用的尺寸是2.5m和3m。
3.2塔身結(jié)構(gòu)腹桿
塔身結(jié)構(gòu)腹桿采用角鋼或無縫鋼管制成,腹桿可焊裝于角鋼主弦桿內(nèi)側(cè)或外側(cè).斜腹桿和水平腹桿可采用同一規(guī)格,腹桿有多種布置方式,有三角形，Ｋ字型等多種布置形式．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．本次設(shè)計主弦桿采用方鋼管，其原因如下：對角線撐桿，水平腹桿，斜腹桿以及連接套都要與主弦桿相連，方鋼管的接觸面積大，安全性較大，連接套的焊縫等不易開縫．腹桿采用Ｋ字型布置．優(yōu)點(diǎn)是：避免將斜腹桿與對角線撐桿，水平腹桿，連接套同時連接在主弦桿上，致使結(jié)構(gòu)性變差．采用Ｋ字型布置后斜腹桿與中間的水平腹桿連接主弦桿的Ａ位置處，結(jié)構(gòu)性較好．滑梯置于起重機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，與水平面呈90°角，故為直梯．直立梯兩撐桿間寬度不小于300mm；梯級間隔為250—300mm；踏桿直徑不小于16mm．
3.3塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接
塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接方式有：蓋板螺栓聯(lián)接、套柱螺栓連接、承插銷軸聯(lián)接、插板銷軸聯(lián)接和瓦套法蘭盤聯(lián)接。
4.1套架
套架本身就是一個空間桁架結(jié)構(gòu)。套架有框架，平臺，欄桿。支承踏塊組成等組成。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(qiáng)，以防止側(cè)向局部失穩(wěn)。
4.2 頂升機(jī)構(gòu)
1）.頂升接高方式的不同，可分為上頂升加節(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。
2）.頂升機(jī)構(gòu)的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機(jī)構(gòu)、輪頂升機(jī)構(gòu)、條頂升機(jī)構(gòu)、絲杠頂升機(jī)構(gòu)和液壓頂升機(jī)構(gòu)等五種。
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。
5. 回轉(zhuǎn)支撐裝置
5.1 柱式回轉(zhuǎn)支撐又有定柱式和轉(zhuǎn)動式兩類
5.2 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)座圈上，而大軸承的固定座圈則于塔身（底架或門座）的頂面相固結(jié)。
平衡臂選用角鋼組焊而成的平面桁架，臂長12.076米。分為前后兩節(jié)。
自升塔機(jī)塔身向上延伸的頂端是塔頂。
自升塔機(jī)的塔頂有直立截錐柱式，前傾或后傾截錐柱式，人字架式及斜撐架式等形式。
6.司機(jī)室
懸掛式司機(jī)室，設(shè)于轉(zhuǎn)臺之上臂根一側(cè)。在塔機(jī)轉(zhuǎn)場運(yùn)輸中，司機(jī)室可單獨(dú)裝車運(yùn)輸，不受剛結(jié)構(gòu)搬運(yùn)作業(yè)的影響，方便，經(jīng)濟(jì)，并且不易損壞，在性能指標(biāo)上能較好的滿足使用要求。
司機(jī)室的使用要求：塔式司機(jī)室應(yīng)能為司機(jī)提供一個較舒適的工作空間，不受風(fēng)雨及沙塵的襲擊及捆擾，有良好通風(fēng)及隔聲構(gòu)造，保證滿足勞動衛(wèi)生要求。
7.起重臂
塔式起重機(jī)臂架的結(jié)構(gòu)形式有三種：桁架壓桿式，桁架水平式和桁架混合式．上回轉(zhuǎn)塔機(jī)大多數(shù)是小車變幅式，故本次設(shè)計采用桁架水平式臂架利用沿臂架弦桿運(yùn)行的起重小車的移動實現(xiàn)變幅．
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．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(diǎn)外懸臂長度的影響最大．截面寬度主要與臂架全長有關(guān)．臂架越長，截面寬度應(yīng)越寬．上弦桿，斜腹桿和水平腹桿采用無縫鋼管和角鋼．兩根下弦桿為槽鋼或方管．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(diǎn)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(diǎn)采用單吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)時，吊點(diǎn)可以設(shè)在上弦或下弦．在條件相同情況下，從提高吊臂的承載能力出發(fā)吊點(diǎn)宜設(shè)在下弦；從減小臂端垂度出發(fā)吊點(diǎn)宜設(shè)在上弦．
8.附著裝置
附著裝置是由一套附著框架，四套頂桿和三根撐桿組成，通過它們將起重機(jī)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．通常這個距離以3.5～5m設(shè)計．附著裝置如圖
圖2-5 附著裝置
二．工作機(jī)構(gòu)
塔式起重機(jī)都設(shè)有起升，回轉(zhuǎn)，變幅等工作機(jī)構(gòu)。為提高塔機(jī)的生產(chǎn)效率，加快吊裝施工進(jìn)度，各工作機(jī)構(gòu)均應(yīng)具備較高的工作速度，并要求啟動和制動工程中都能平緩進(jìn)行，避免產(chǎn)生急劇沖擊，對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。
1. 起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實現(xiàn)重物的升降運(yùn)動。起升機(jī)構(gòu)通常由遠(yuǎn)動機(jī)、減速器、卷筒、制動器、離合器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。起升機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-6所示。
1.1起升機(jī)構(gòu)的傳動方式
按照起重機(jī)的傳動方式不同，起升機(jī)構(gòu)有機(jī)械傳動，電力-機(jī)械傳動（簡稱電力傳動），和液壓-機(jī)械傳動（簡稱液壓傳動）等形式。交流電機(jī)傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)組重量輕，故在電力傳動的起升機(jī)構(gòu)上被廣泛采用。
機(jī)械傳動.其動力由發(fā)動機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置傳至起升機(jī)構(gòu)起升卷筒,同時也傳至其它工作機(jī)構(gòu).由于集中驅(qū)動,為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動,整機(jī)的傳動比較復(fù)雜.起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速困難、操作麻煩，但工作可靠。
電力傳動。由直流或交流電動機(jī)通過減速器帶動起升卷筒。直流電動機(jī)傳動的機(jī)械特性適合起升機(jī)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(jī)傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)組重量輕。
液壓傳動。有高速液壓馬達(dá)傳動和低速大扭矩液壓馬達(dá)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)計的塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用電力傳動。
1.2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(diǎn)，但價格教貴。
1.3起升機(jī)構(gòu)的制動器
起升機(jī)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，但制動時沖擊教大，通常采用塊式制動器。布置在低速軸上的制動器，所需制動力矩教大，通常采用帶式制動器或點(diǎn)盤式制動器。
將制動器布置在高速軸上，采用塊式制動器
圖2-6 起升機(jī)構(gòu)示意圖
1.4滑輪組倍率
塔式起重機(jī)一般都為單聯(lián)滑輪組，故倍率α等于承載分支數(shù)Z．起升速度有6種，見下表
表2－1 起升速度表
倍率
α=4
α=2
起升量 (t)
3
1.9
0.97
6
速度 （m/min）
32.7
51.8
100
16.3
四倍率與二倍率轉(zhuǎn)化方便，快捷．如圖2-7所示。
圖2－7 起升鋼絲繩纏繞示意圖
將滑輪3用銷軸與滑輪1，2的桿交點(diǎn)聯(lián)接起來，此時
即為四倍率狀態(tài)；拔出銷子，滑輪3上升到虛線位置
固定后，就變?yōu)槎堵薁顟B(tài)．
2.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
塔機(jī)是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的?；剞D(zhuǎn)運(yùn)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(jī)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(yùn)動。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)成雙回轉(zhuǎn)式，通常由回轉(zhuǎn)電動機(jī)、液力偶合器、回轉(zhuǎn)制動器、回轉(zhuǎn)減速器和小齒輪組成。
2.1回轉(zhuǎn)電動機(jī)
回轉(zhuǎn)電動機(jī)是整機(jī)的傳動分流裝置的一個傳動元件，其選擇由起重機(jī)的總動力源所決定。
2.2液力偶合器
作用：一是軟化傳動特性，使輸入和輸出之間有微小轉(zhuǎn)差，這樣電動機(jī)起動力矩不至于一下輸入到減速器，產(chǎn)生過大沖擊；二是當(dāng)有兩臺回轉(zhuǎn)電動機(jī)同時并聯(lián)工作時，可以協(xié)調(diào)其負(fù)載比較平衡，不至于轉(zhuǎn)的快的負(fù)載很大，而轉(zhuǎn)的慢的負(fù)載教輕。
2.3制動器
回轉(zhuǎn)制動器選用常開式?；剞D(zhuǎn)制動在回轉(zhuǎn)過程中不允許使用，但回轉(zhuǎn)工作完成后，一定要打開制動器。
制動器選擇單片電磁制動器。
2.4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?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝要求很緊湊，多用行星齒輪減速器，而且多級減速。
綜上，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一臺單速電動機(jī)驅(qū)動，動力經(jīng)液力偶合器至行星齒輪減速器到小齒輪，在驅(qū)動回轉(zhuǎn)支承大齒輪，為使回轉(zhuǎn)就位準(zhǔn)確，本機(jī)構(gòu)中裝有一套單片電磁制動器以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)止動，該裝置僅適用于在回轉(zhuǎn)電動機(jī)停止工作后，起重臂旋轉(zhuǎn)動作停止時使用。圖2—4所示為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖。
1.回轉(zhuǎn)電動機(jī) 5.小齒輪
2.液力偶合器 6.回轉(zhuǎn)支承
3.制動器 7.聯(lián)軸器
4.回轉(zhuǎn)減速機(jī)
圖2－7 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有單回轉(zhuǎn)和雙回轉(zhuǎn)之分，單回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一臺回轉(zhuǎn)電動機(jī)帶動，承受單向力。雙回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)承受雙向力，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可能不同步。
3 變幅機(jī)構(gòu)
變幅機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)改變幅度的工作機(jī)構(gòu)，用來擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高起重機(jī)的生產(chǎn)率。變幅機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、減速器，卷筒和制動器組成，功率和外形尺寸教小。
變幅機(jī)構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式氛圍運(yùn)行小車式和吊臂俯仰式。
本設(shè)計采用小車變幅。繩索牽引式小車變幅可使工作可靠，減輕起重臂載荷，而且因其驅(qū)動裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。
3.1驅(qū)動卷筒的型式
有普通牽引卷筒和摩擦卷筒。
采用普通牽引卷筒，工作可靠，但牽引卷筒教長，而且要有兩根鋼絲繩，采用鑄造卷筒。
3.2電動機(jī)
變幅機(jī)構(gòu)因有兩個速度則應(yīng)選用雙速電機(jī)。
3.3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。卷筒的傳動機(jī)構(gòu)可采用普通標(biāo)準(zhǔn)卷揚(yáng)機(jī)，為使機(jī)構(gòu)尺寸更緊湊，本機(jī)構(gòu)采用行星擺線針輪減速器。
3.4制動器小車牽引機(jī)構(gòu)采用電磁鐵制動器，使起、制動平穩(wěn)可靠?；剞D(zhuǎn)制動在回轉(zhuǎn)過程中不允許使用，但回轉(zhuǎn)工作完成后，一定要打開制動器。
圖2—8 為小車變幅機(jī)構(gòu)簡圖。關(guān)于變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計將在第三章機(jī)構(gòu)設(shè)計中重點(diǎn)細(xì)述。
三.安全保護(hù)裝置及控制器
1）安全保護(hù)裝置
①起升高度限制器 為了防止起升卷筒過卷而拉斷鋼絲繩，工程起重機(jī)均裝設(shè)起升高度限制器，起升高度限制器，起升高度限制器主要有重錘式和螺桿式；重錘式高度限制器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便．缺點(diǎn)是用鋼絲繩懸掛，重錘經(jīng)常與起升鋼絲繩摩擦；螺桿式高度限制器常用于小車變幅式塔式起重機(jī)．這種限制器裝兩個限位開關(guān)還可以作雙向控制．
②起重量限制器 只控制或只顯示起重機(jī)的極限載荷．在正常的起重機(jī)作業(yè)中，起升鋼絲繩的合力R轉(zhuǎn)軸的矩M1＝R×a與彈簧力N對轉(zhuǎn)軸O的力矩M2=N*b相平蘅，而彈簧的變形量較?。?dāng)超載時，彈簧產(chǎn)生較大的變形，撐桿打開限位開關(guān)，使起升機(jī)構(gòu)停止工作，起限制超載的作用．
③力矩限制器
力矩限制器主要由傳感器裝置，吊臂長度檢測裝置，吊臂仰角檢測裝置運(yùn)算系統(tǒng)以顯示部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成．力矩限制器通過檢測裝置當(dāng)時的吊臂的長度和吊臂對水平面的傾角，并輸入到運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，計算出當(dāng)時的工作幅度，然后根據(jù)相應(yīng)的“幅度-起重量特性曲線”計算出當(dāng)時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得反映總力矩的信號送入運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過計算后得出起升載荷的實際值．當(dāng)實際值大于額定值時，起重機(jī)已處于危險工作狀態(tài)，這時，力矩限制器會發(fā)出聲響和燈光報警．
2）控制電器
①手動控制電器
塔式起重機(jī)各個工作機(jī)構(gòu)的控制都要通過駕駛員人力操縱控制器完成的。通用的手動控制器主要有：萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，主令控制器和聯(lián)動控制器；1）萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于交流380v，50Hz以及以下和直流220v以及以下電路，用作電器控制線路，電器測量儀表電路的轉(zhuǎn)換，以及5.5kw以下異步電動機(jī)直接啟動，轉(zhuǎn)向和多速電機(jī)的控制。其操作頻率不大于20次/n，機(jī)械壽命達(dá)106次，常用于輕型塔機(jī)中傳動系統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)控制。2）主令控制器用于頻繁地按順序轉(zhuǎn)換主電路或控制電路接線的開關(guān)電器。塔機(jī)上主要用凸輪控制器來控制繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。它是介于電阻器和電動機(jī)之間一個關(guān)鍵性開關(guān)，用于接入或切出電阻器的電阻，使電機(jī)獲得所需要的機(jī)械特性；也用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)如起升和下放等特定工作要求。3）聯(lián)動控制器是新一代起重機(jī)控制裝置，便攜式聯(lián)動控制用快裝塔機(jī)駕駛室聯(lián)動臺用于大中型塔機(jī)。
②電磁操縱器件 主要包括交流接觸器和電磁起動器，后者主要是由前者構(gòu)成。接觸器可遠(yuǎn)距離操縱電動機(jī)的啟?；蚍崔D(zhuǎn)；由于它能分?jǐn)噙^載數(shù)倍的額定電流，頻繁通斷時具有足夠的熱穩(wěn)定性，起重機(jī)上常用來切換定子電路以完成換向和切換外加電阻。
③保護(hù)控制器件主要有斷路器，熔斷器，熱繼電器和熱過載繼電器。
④其他電器設(shè)備 1）電纜卷筒用于卷繞后盤狀儲存2）中央集電環(huán) 當(dāng)為了避免電纜由于回轉(zhuǎn)失控造成扭斷事故，應(yīng)利用回轉(zhuǎn)支承以及回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)空間設(shè)置中央集電環(huán)，通過集電環(huán)向上送電。
第三節(jié) 設(shè)計原則
一． 起重機(jī)的工作級別
塔式起重機(jī)劃分工作級別可作為設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計計算的依據(jù),此外還作為技術(shù)參數(shù)依據(jù)提供用戶參考.
塔式起重機(jī)的工作級別與它的利用等級(工作頻繁程度)和載荷狀態(tài)(受載的輕重和頻繁程度)有關(guān).
根據(jù)使用狀況由GB/T13752—92《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》確定塔式起重機(jī)利用等級為級(經(jīng)常輕閑使用),載荷狀態(tài)為(有時受額定載荷,一般承受中等載荷).
由利用等級和載荷狀態(tài)確定工作級別為,載荷譜系數(shù)為.
二． 機(jī)構(gòu)的工作級別
根據(jù)GB/T13752—92《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》，機(jī)構(gòu)工作級別按機(jī)構(gòu)的利用等級和等級狀態(tài)分為六級：。
塔式起重機(jī)的利用等級按機(jī)構(gòu)總工作時間分為六級：。機(jī)構(gòu)工作總時間規(guī)定為機(jī)構(gòu)在設(shè)計壽命期內(nèi)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時數(shù)，它僅作為機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計基礎(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：。
由參考書目1-表按塔式起重機(jī)類別為2類，非自行架設(shè)和自升式建筑用確定：
機(jī)構(gòu)
項目
起升機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
牽引機(jī)構(gòu)
利用等級
載荷狀態(tài)
工作級別
0.25
0.15
0.15
三. 主要技術(shù)性能參數(shù)
1額定起重力矩 65t.m
2 最大起重力矩 75 t.m
3 最大起重量 6 t
4 起升高度
固定式 40m
附著式 140m
5工作幅度
最大幅度 55m
最小幅度 2m
6 小車運(yùn)行速度 20m/min
40m/min
7 空載回轉(zhuǎn)速度 0.61rpm
8 起升速度
倍率
α=4
α=2
起升量 (t)
3
1.9
0.97
6
3.8
1.9
速度 （m/min）
32.7
51.8
100
16.3
26
50
9 頂升速度 0.6m/min
10 起重特性曲線
α＝4狀態(tài)
起重量與工作幅度之間的關(guān)系為：
Q＝（M/R-0.75 ）-0.387
式中 Q—起重量(單位：t)
M—最大起重力矩(單位：tm)
R—幅度（單位：m）
第四節(jié) 塔機(jī)風(fēng)力計算
在露天工作的塔式起重機(jī)應(yīng)考慮風(fēng)載荷，并認(rèn)為風(fēng)載荷是一種沿任意方向的水平載荷。
起重機(jī)風(fēng)載荷分工作狀態(tài)風(fēng)載荷與非工作狀態(tài)風(fēng)載荷兩類。
工作狀態(tài)風(fēng)載荷是塔式起重機(jī)在正常工作情況下所能承受的最大計算風(fēng)力。
非工作狀態(tài)風(fēng)載荷是塔式起重機(jī)在非工作情況下所能承受的最大計算風(fēng)力。
序號
適應(yīng)情況
風(fēng)壓
1
用于計算結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度
150N/m2
2
用于總體計算及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算
250N/m2
3
非工作狀態(tài)的總體結(jié)構(gòu)計算
0-20m 800N/m2
20-40m 1100N/m2
一.工作狀況
１平衡臂的風(fēng)力計算
1.1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)攔為管結(jié)構(gòu)C取為1.2 表8 P8
1.2由平衡臂的設(shè)計尺寸計算迎風(fēng)面積
對于兩片并列等高的型式相同的結(jié)構(gòu)，考慮前片對后片的擋風(fēng)作用，總迎風(fēng)面積為
A=A1+ηA2
式中 A1—前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積為A1=ω1A11，m2；
A2—后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積A2=ω2A12 ，m2；
η—兩片相鄰桁架前片對后片的擋風(fēng)折減系數(shù)，與ω1及兩片桁架間隔比Ls/h有關(guān)
則，結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積A=A1+ηA2=ω1A11+ηω2A12
已知A1=A2=ωA0，
A0=L×h=12.079×1.1=13.2m2
已知Ls=1.2米， Ls/h=1.2/1.2=1.0，求得 η=0.57，ω取0.3，
所以A= A1+ A2= 0.3×13.2+0.57×0.3×1.32=6.22m2；
1.3風(fēng)力計算
公式為 FW=CWPWA
式中 FW——作用在塔式起重機(jī)上和物品上的風(fēng)載荷，N；
CW——風(fēng)力系數(shù) 由參考書 ⅠP8表8查得為1.4
A——結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積
PW——計算風(fēng)壓Pa，第一種情況下為150Pa。
計算結(jié)果為 FW=1.2×150×6.22=1119.6N Xc=--6.405m
2 起升機(jī)構(gòu)的風(fēng)力計算
2.1 塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實體計算，其中CW取1.2，
2.2 A取其近似值1.13×0.784=0.8859 m2，
結(jié)構(gòu)充實率為1.0 表9（P9）
2.3風(fēng)力計算
結(jié)果為FW=1.2×150×0.8859=159.462N。Xc= -9.07m。
3 平衡重的風(fēng)力計算
3.1 風(fēng)力系數(shù)由表8（P8） CW取1.2
3.2 由平衡重的尺寸可以計算出相應(yīng)的迎風(fēng)面積A=ωA0=1.0×2.23×2.43=5.42m2，ω取1，3.3風(fēng)力計算
結(jié)果為FW=1.2×150×35.42=975.4N，Xc= -11.036m
以上合計ΣFW=1241.2+143.5+975.4=2360.1N，
ΣMKW=ΣFW×Xc
=1241.2×6.405+143.5×9.07+975.4×11.036
=20015.95N.m ，
Xc=-20015.95/2360.1=-8.48m。
4 起重臂的風(fēng)力計算
4.1 此次設(shè)計的塔式起重機(jī)的起重臂的結(jié)構(gòu)形式為上弦桿為圓鋼管,腹桿為圓管的三角形截面空間結(jié)構(gòu),在側(cè)向風(fēng)作用下，風(fēng)力系數(shù)取為CW=1.3
4.2 已知起重臂為桁架結(jié)構(gòu)， A0 =1.10×55.5=61.05m2，取ω=0.6，A=0.6×61.05=36.63 m2 根據(jù)參考書 ⅠP8，三角形截面空間結(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倍計算。
4.3 風(fēng)力計算結(jié)果為
FW=1.25CWPWA= 1.25 ×1.3×150×36.63=8958.6N。
5 牽引機(jī)構(gòu)的風(fēng)載荷計算
5.1 風(fēng)力系數(shù)CW=1.2 參考書ⅠP8 表8
5.2 迎風(fēng)面積A，機(jī)構(gòu)按實體計算輪廓外形，由P9表9取其結(jié)構(gòu)充實率為ω=1.0，A=1.005×0.625=0.628 m2
5.3 風(fēng)力計算得FW=1.2×150×0.628=113.06N，Xc=7.425m
起重臂部分合計：
ΣFW =8958.6+113.06=9071.66N ，
ΣMKW=ΣFW×Xc
=8786.7*28.5+113.06*7.425=251260.42N.m
Xc=251260.42/8899.76=28.23m
6 塔頂?shù)娘L(fēng)載荷計算
6.1 風(fēng)力系數(shù)取為1.3 P8 表8
6.2 迎風(fēng)面積A 結(jié)構(gòu)充實率ω=0.3 P9 表9
A=1/2×150×1.2×6.8×0.3=1.224 m2
6.3 風(fēng)力計算由 FW=1.3×150×1.224*1.25=298.35N，Xc=0
7 司機(jī)室的風(fēng)載荷計算
7.1 風(fēng)力系數(shù)取為1.2 P8 表8
7.2 迎風(fēng)面積A
司機(jī)室按實體計算A=2.1×2.3=4.83 m2
7.3 風(fēng)力計算由 FW=1.2×150×4.83=869.4N，Xc=0
8 上下支座風(fēng)載荷計算
由結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積計算得FW=653N，Xc=0
9 塔身的風(fēng)載荷計算
9.1 塔身為型鋼制成的桁架結(jié)構(gòu)，風(fēng)力系數(shù)取為CW=1.6
9.2 迎風(fēng)面積計算
取結(jié)構(gòu)的充實率為ω=0.6，則迎風(fēng)面積為
A=0.6×1.6×40=38.4 m2。
9.3 風(fēng)力計算結(jié)果為FW=CWPWA=1.6×150×38.4=9216N。
二．工作工況
以下計算同上
1 平衡臂的風(fēng)力計算
FW=CWPWA=1.2×250×0.3×1.226×1.2=132N
2 起升機(jī)構(gòu)的風(fēng)力計算
FW=CWPWA=143.5N
3 平衡重的風(fēng)力計算
FW=CWPWA=1.2×250×1.2×2.42=871.2N
以上合計ΣFW=132+143.5+871.2=1146.7N
4 起重臂的風(fēng)力計算
FW =CWPWA=127N
5 牽引機(jī)構(gòu)的風(fēng)力計算
FW=CWPWA=113.06N
以上合計：ΣFW =240.06N
6 塔頂風(fēng)力計算
FW=CWPWA=1.6×250×0.6×0.5×1.2×6.8=1020N
7 司機(jī)室的風(fēng)力計算
FW=CWPWA=1.2×250×1.35×2.3=931.5N
8 上下支座風(fēng)力計算
由前面的計算知FW=CWPWA=653N
9 塔身的風(fēng)力計算
這種工況下，風(fēng)對著矩形截面空間結(jié)構(gòu)對角線方向吹，矩形截面邊長比為1：1〈2 風(fēng)載荷取為風(fēng)向著矩形邊長的作用時1.2倍。FW =9216×1.2=11059.2N
三 非工作工況
非工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷
0-20米 800 N/m2 20-40米 1100N/m2
在這種狀態(tài)下，風(fēng)對塔機(jī)的作用方向與情況Ⅱ相同
1 平衡臂
FW=CWPWA=1.2×0.44×1100=580.5N
2 起升機(jī)構(gòu)
FW=CWPWA=1.2×0.797×1100=1069.57N
3 平衡重
FW=CWPWA=1.2×2.904×1100=3833.28N
4 起重臂
FW=CWPWA=559N
5 牽引機(jī)構(gòu)
FW=CWPWA=497.46N
6 塔頂
FW=CWPWA=1.6×3.06×1100=5385.6N
7 司機(jī)室
FW=CWPWA=1.2×3.105×1100=4098.6N
8 上下支座
FW=CWPWA=2873.2N
9 塔身
0——20米 FW=CWPWA=17694.72N
20——40米FW=CWPWA=24330.24N
第五節(jié) 平衡重的計算
上回轉(zhuǎn)式塔式起重機(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)計應(yīng)使：滿載工作時塔身承受的前傾彎矩接近于空載非工作狀態(tài)時塔身的后傾彎矩。
工作狀態(tài)的前傾彎矩由吊臂自重引起彎矩、吊臂拉桿引起彎矩、變幅機(jī)構(gòu)引起彎矩、及最大起重力矩之和減去平衡臂引起力矩、起升機(jī)構(gòu)引起力矩平衡重引起力矩即：
非工作狀態(tài)時的后傾彎矩為：
由得：
即
塔式起重機(jī)參照同類型塔機(jī)，參考取個部件參數(shù)如下：
項目
序號
名稱
1
平衡重
1.35
-6.405
-8.647
41.494
2
起升機(jī)構(gòu)
2.27
-9.07
-20.59
41.8
3
平衡臂拉桿
0.275
-5.44
-1.495
45
4
塔頂
1.27
0
0
45
5
上支座
0.84
0
0
41.494
6
下支座
1.208
0
0
40.58
7
回轉(zhuǎn)軸承
0.48
0
0
41.2
8
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
0.4
0
0
41.80
9
司機(jī)室
0.4
0.75
0.3
42.6
10
吊臂
4.378
26.05
114.28
41.55
11
吊臂拉桿
1.245
16.07
20
45
12
變幅機(jī)構(gòu)
0.324
7.425
2.406
41.5
13
載重小車
0.187
28
5.236
39
14
吊鉤
0.145
28
4.06
39
15
套架
3.11
0
0
37
16
塔身
12.306
0
0
20
根據(jù)上表參數(shù)由上公式得：
=37.5+114.28+20+2.406-8.647.20.59=144.949N.m
取平衡重為12噸得，平衡臂長為
第六節(jié) 固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算
固式塔機(jī)使用的混凝土基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)滿足抗傾翻穩(wěn)定性和強(qiáng)度條件：
混凝土基礎(chǔ)的抗傾翻穩(wěn)定性用 P13 式13
e=(M+F*h)/(F+F)b/3驗算式中：
式中：e——偏心距，即地面反力的合力至基礎(chǔ)中心的距離,m;
M——作用在基礎(chǔ)上的彎距，N.m;
F——作用在基礎(chǔ)上的垂直載荷，N；
F——作用在基礎(chǔ)上的水平載荷，N；
F——混凝土基礎(chǔ)的重力，N；
h——混凝土基礎(chǔ)的高度，m;
。M= -28.218 tm
F=F+F+F+F+F+F
= 1191+229+990+653+13574+778
= 17415 N
F.h = 17415×1.35 = 2.351 tm
水平載荷產(chǎn)生的力矩：
M= 1191×41+229×41.55+990×45+653×41.2+13574×20+778×42.6
= 43.442 tm
M = M+ M= 43.442-28.218 = 15.224 tm
把數(shù)據(jù)代入公式中得
e==0.1415 m〈
說明基礎(chǔ)穩(wěn)定．
第七節(jié) 整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性
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)計中的基本要求之一。
一． 工況1
驗算基本穩(wěn)定性，工作狀態(tài)，靜態(tài)無風(fēng)
1 平衡臂部分
M1=1.35×（6.405+2.5）+2.27×（9.07+2.5）+0.275×（5.44+2.5）+13×（11.036+2.5）=12.022+26.264+2.184+175.968
=216.438t.m
2 起重臂部分
M2=4.387×(26.05-2.5)+1.245×(16.07-2.5)+0.324×(7.425-2.5)+0.187×(20-2.5)+1.5×(0.145+3.52)×(20-2.5)
=103.314+16.895+1.596+3.723+96.206
=221.734t.m
3 塔身部分
M3=（1.27+0.84+1.208+0.48+0.4+0.4+3.11+12.306）×2.5
=50.035t.m
4 地基部分
M4=1.5×5×5×2.4×2.5=225t.m
ΣM=M1-M2+M3+M4=269.739t.m 穩(wěn)定性可靠
二． 工作工況2
動態(tài)穩(wěn)定性 工作狀態(tài) 動態(tài)有風(fēng)
1 平衡臂部分
M1=216.438t.m
2 起重臂部分
M2=4.387×(26.05-2.5)+1.245×(16.07-2.5)+0.324×(7.425-2.5)+0.187×(20-2.5)+1.3×(0.145+3.52)×(20-2.5)
=103.314+16.895+1.596+3.723+83.379
=208.907t.m
3 塔身部分 M3=50.035t.m
4 地基部分 M4=225t.m
5 慣性載荷
小車與緩沖器碰撞時，作用在結(jié)構(gòu)上的碰撞載荷Fc按緩沖器吸收的動能計算。碰撞瞬間之前小車的運(yùn)行速度取為0.7——1.0倍的最大正常工作速度。Fc可按剛體運(yùn)動的模型計算，并乘以彈性振動載荷系數(shù) 考慮系統(tǒng)彈性振動的影響 =1.25
牽引機(jī)構(gòu)制動時間 t=3s
Fc= (P+G)v/t=1/3×1.25×(0.187+0.145)×0.8×2/3=74N
M5=Fc×40=74×40=0.296t.m
6 坡度載荷
考慮支承面傾斜，沉陷產(chǎn)生的載荷
7 風(fēng)載荷
M7=1020×45+11059.2×20=26708.4N.m
=26.7084t.m
三 工況3
暴風(fēng)侵襲 非工作狀態(tài) 風(fēng)向由平衡臂吹向起重臂
此狀態(tài)下，塔機(jī)有向后傾翻的傾向
1 平衡臂部分
M=1.35×（6.405+2.5）+2.27×（9.07+2.5）+0.275×（5.44+2.5）+13×（11.036+2.5）
=216.438t.m
2 起重臂部分
M=4.387×（26.05-2.5）+1.245×（16.07-2.5）+0.324×（7.425-2.5）+（0.187+0.145）×（20-2.5）
=103.314+16.895+1.596+5.81
=127.615t.m
3 塔身部分
M=50.035t.m
4 地基部分
M=225t.m
5 風(fēng)載荷
M=5386.5×45+17964.72×10+24330.24×30
=1149246.9N.m=114.925t.m
ΣM=M-M+M+M-M
=216.438-127.615+50.035+225-114.925
=248.932t.m 穩(wěn)定性可靠
四 工況4
突然卸載 工作狀態(tài) 料斗卸載
向后傾翻
1 平衡臂部分M=131.693t.m
2 起重臂部分
M=4.387×（26.05+2.5）+1.245×（16.07+2.5）+0.324×（7.425+2.5）+0.187×（20+2.5）-0.2×（0.145+3.52） ×（20+2.5）
=125.249+23.120+3.216-16.493
=135.092t.m
3 塔身部分
M=50.035t.m
4 地基部分
M=225t.m
5 風(fēng)載荷
M=26.7084t.m
ΣM=-M+M+M+M-M
=-131.963+135.092+50.035+225-26.7084
=251.456t.m
第三章 吊臂的設(shè)計計算
第一節(jié) 吊臂的結(jié)構(gòu)方案
1.分析單吊點(diǎn)與雙吊點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)
單吊點(diǎn)小車變幅臂架是靜定結(jié)構(gòu)，而雙吊點(diǎn)小車變幅機(jī)構(gòu)是超靜定結(jié)構(gòu)，對于大幅度塔式起重機(jī)，采用單吊點(diǎn)同采用雙吊點(diǎn)相比，在相同工況下，同一吊臂變形撓度下，臂架自重將會有明顯的加大，至使用鋼量加大，成本加大，經(jīng)濟(jì)性變差。
對于同一幅度的塔式起重機(jī)，與單吊點(diǎn)相比，采用雙吊點(diǎn)，將會改善臂端吊重時吊點(diǎn)的受力狀況，有利于改善起升性能，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點(diǎn)小車臂架相比，自重約可減輕5%到10%
2.吊臂吊點(diǎn)位置的選擇
參照同類型塔式起重機(jī)，初選第一吊點(diǎn)位置距吊臂根部為12.685m，第二吊點(diǎn)取三個位置分別距吊臂根部距離為35.795m,37.445m,39.095m.
通過后續(xù)過程的有限元分析計算，分別對該三種組合（12.685，35.795與12.685，37.445與12.685，39.095）
進(jìn)行分析，對比分析結(jié)果，選擇最優(yōu)組合。
3.吊臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
參照同類型塔式起重機(jī)，初選吊臂各參數(shù)如下：
節(jié)數(shù)
一
二
三
四
長度m
7.5
7.5
7.5
7.5
上弦桿
958
958
898
898
下弦桿
水平面斜腹桿
403
403
403
403
側(cè)面腹桿
484
484
453.5
453.5
節(jié)數(shù)
五.六
七
八
九
長度m
5
7.5
5
3
上弦桿
858
858
858
858
下弦桿
水平面斜腹桿
403
403
403
403
側(cè)面腹桿
403.5
403.5
403.5
403.5
其中第一吊點(diǎn)處的四根腹桿尺寸為544
第二吊點(diǎn)處的四根腹桿尺寸為483.5
各桿件截面的幾何特性如下表
項目
面積()
慣性距()
上弦桿一二節(jié)
0.002185
0.208e-05
上弦桿三四節(jié)
0.002034
0.168e-05
上弦桿五至
九節(jié)
0.001934
0.145e-05
水平腹桿
0.37e-03
0.63e-07
一二節(jié)側(cè)面
腹桿
0.552e-03
0.135e-06
三四節(jié)側(cè)面
腹桿
0.456e-03
0.987e-07
五至九節(jié)側(cè)
面腹桿
0.401e-03
0.673e-07
吊點(diǎn)一處腹桿
0.628e-03
0.197e-06
吊點(diǎn)二處腹桿
0.489e-03
0.122e-06
下弦桿一二節(jié)
0.00288
0.392e-05
下弦桿三四節(jié)
0.00256
0.276e-05
下弦桿五至
九節(jié)
0.0018
0.170e-05
根據(jù)上述參數(shù)建立有限元模型對其進(jìn)行分析計算，并校核其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。
4．有限元模型建立過程的幾點(diǎn)簡化
1)對于吊臂自重，簡化為集中力均加于上弦桿的節(jié)點(diǎn)上。
2)吊點(diǎn)處約束的確定。
而實際上吊點(diǎn)處的約束完全由拉桿的拉力產(chǎn)生，拉力的水平分力對吊臂產(chǎn)生水平方向的軸向壓力，拉桿的垂直分力約束吊臂的垂直方向的位移，若按傳統(tǒng)算法在吊點(diǎn)處加以垂直方向約束，限制垂直方向的自由度，再算出水平力，以集中力的方式將水平載荷加入，發(fā)現(xiàn)水平載荷的加入會對垂直約束產(chǎn)生的反力有影響，也就是說由于吊臂高度的 水平載荷的介入將產(chǎn)生一力偶，使吊點(diǎn)處垂直反力發(fā)生變化，為與現(xiàn)實更為符合，此次建模將與實際情況一樣將用拉桿限制吊點(diǎn)約束，再將拉桿的另一端即塔頂處，加除一轉(zhuǎn)動自由度以外的五個自由度給以約束，這樣便能與實際負(fù)荷，使分析結(jié)果更加接近實際。
3）通過對吊臂的簡化，忽略標(biāo)準(zhǔn)界之間，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與前后節(jié)之間的連接，把吊臂看成均勻的空間鋼架。上下弦桿設(shè)置為壓彎梁，腹桿設(shè)置為空間鏈桿。
4)先生成節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)生成單元，再施加載荷，在施加載荷時，在每組吊點(diǎn)組合中，分別按三種工況加載，分別在吊臂最大有效幅度處，跨中處，吊臂最小有效幅度處。在分析中修改模型三次(三個吊點(diǎn)位置),每個模型分別按三個工況加載。
第四章 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
4.1 臂架計算
表4-1-1
臂節(jié)
H(m)
B(m)
e(m)
一.二
110
122.6
30.25
三.四.
109.5
123.6
32.713
五.六.七.八
108.9
124.8
41.13
4.2 原始參數(shù)
θ1=arctg7010/12685=24.98。 θ2=8.5。
Gb=3940kg Gg=145kg Gc=187kg GQ=458kg
Gs=55kg qb=Gb/L=3910/50.5=78.02kg/m
4.3 臂架截面力學(xué)特性計算
4.3.1. 單肢上弦 φ95×8（一至八節(jié)）
慣性矩
I=πD4(1-α4)/64=3.14×(9.5)4×[1-(79/95) 4]/64=208.624cm4
抗扭截面系數(shù)
w=πD3(1-α4)/32=3.14×(9.5)3×[1-(79/95) 4]/32=43.92 cm3
鋼管截面積
A=πD2(1-α2)/4=3.14×(9.5)2×[1-(79/95) 2]/4=21.85 cm2
i===3.09cm
4.3.2. 單肢下弦
a.1-2節(jié) 2-L902×8--- 982×8
Ix=Iy=（9.8）4/12-（9.8-0.8×2）4/12=392 cm4
Wx=Wy=2Ix/B=2×392/9.8=80 cm3
A=（9.8）2-（9.8-0.8×2）2=28.8 cm2
Ix=iy===3.69cm
b.3-5.節(jié) 2—L802×8—882×8
Ix=Iy=（8.8）4/12-（8.8-0.8×2）4/12=275.8 cm4
Wx=Wy=2Ix/B=2×275.8/8.8=62.7 cm3
A=（8.8）2-（8.8-0.8×2）2=25.6 cm2
Ix=iy===3.28cm
c.6-9.節(jié) 2—L752×6—812×6
Ix=Iy=（8.1）4/12-（8.1-0.6×2）4/12=169.83 cm4
Wx=Wy=2Ix/B=2×169.83/8.1=41.9 cm3
A=（8.1）2-（8.1-0.6×2）2=18cm2
Ix=Iy===3.07cm
4.4組合截面的幾何特性
組合截面的形心位置.
a.1-2節(jié)
b.3 -4節(jié)
C. 5-8節(jié)
4.5 臂架內(nèi)力及拉桿內(nèi)力計算
圖中：
柔度系數(shù)
設(shè)臂架為彈性體，拉桿為剛性體，支座1處的變形
在M0的作用下：
在M1的作用下：
在M2的作用下：
在R1的作用下：
在p的作用下：
在Q的作用下：
在q的作用下：（q=1.1）
設(shè)臂架為剛性體，拉桿為彈性體，支座1處位移
=
①
由有632.67T1+686.1T2=22768873 ②
① ②聯(lián)立解的T1=6313kg T2=31869kg
跨內(nèi)起吊時，由∑M0=0有
632.67T1+686.1T2=13616898+Qibi
在OB段內(nèi)
0≤x≤L2
L1≤x≤L2
代入各截面的Qi值。求出不同的fQi值
整理有
4.6 回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的載荷計算
1） 吊臂側(cè)面受的風(fēng)載
Mxw=2368480kg.cm Myw=3483520kg.cm
Xc=22.25m yc =41.55m
2)吊車及吊具風(fēng)載
2.1 吊車迎風(fēng)面積
Q=起吊載荷（t）
2.2小車及吊鉤的迎風(fēng)面積
2.3風(fēng)力計算 n=0.6r/min 制動時間t=4s
Cw=1.2