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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)計及吊臂的設(shè)計。在吊臂設(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，主要確定了吊臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并按照吊臂端部加載、跨中加載及根部加載三種工況分析。通過對吊臂作適當(dāng)?shù)暮喕瑧?yīng)用ANSYS10.0軟件建立吊臂有限元模型，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)力大小及各工況下吊臂的變形撓度大小，并能演示吊臂加載過程的動畫，清晰的展現(xiàn)了各工況下吊臂的受力性能。
通過修改模型參數(shù)，對不同模型進行分析比較。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，進而獲得吊臂的最終參數(shù)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：QTZ40型塔式起重機 吊臂 有限元分析 ANSYS10.0
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機——臂架優(yōu)化設(shè)計
系： 機械工程學(xué)院
專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班級： 機092
姓名： 范艷東
學(xué)號： 2009307201
起迄日期： 2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計（論文）地點: 綜405
指導(dǎo)教師： 李常勝
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 5 日
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）目的：
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)新精神之最佳手段。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、吊臂的設(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)。
2、畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（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） 吊臂的設(shè)計和計算
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點）
② 吊臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
（4） 設(shè)計要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成一項給定的設(shè)計任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計工作中，應(yīng)綜合運用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實踐，深化理論認(rèn)識、擴展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計計算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計成果要求：
凡給定的設(shè)計內(nèi)容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
1） 對設(shè)計的全部內(nèi)容，包括設(shè)計計算、機械構(gòu)造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等也有一定了解。
2） 說明書、計算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計計算步驟正確，數(shù)學(xué)計算準(zhǔn)確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
3） 對國內(nèi)外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。
其他各項應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。
3、畢業(yè)設(shè)計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）：
① 計算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計任務(wù)要求的選型、設(shè)計計算內(nèi)容、畢業(yè)實習(xí)報告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號）、批準(zhǔn)，字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計算機進行設(shè)計、計算與繪圖。
② 圖紙一套
不少于四張零號圖紙量。
4、主要參考文獻(xiàn)：
[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．
[16] 吳慶鳴，何小新．工程機械設(shè)計．武昌：武漢大學(xué)出版社.2006．
[17]劉佩衡．塔式起重機使用手冊．北京：機械工業(yè)出版社.2002．
[18] 張質(zhì)文，虞和謙等．起重機設(shè)計手冊．北京：中國鐵道出版社．1997．
[19] 顧迪民．工程起重機．北京：中國建筑工業(yè)出版社．1988．
[20] 王金諾，于蘭峰．起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)．北京：中國鐵道出版社.2002．
[21] 張鳳山，董紅光．塔式起重機構(gòu)造與維修.北京：人民郵電出版社．2007．
[22] 張青．工程起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計．化學(xué)工業(yè)出版社．2008．
5、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2013.3.25-2013.3.28
2013.3.29-2013.4.13
2013.4.14-2013.4.20
2013.4.21-2013.5.15
2013.5.16-2013.6.5
2013.6.6-2013.6.19
2013.6.20-2013.6.21
熟悉整理資料
方案選擇及總體設(shè)計
繪制總圖
臂架設(shè)計
繪制臂架裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
繪制零件圖紙
準(zhǔn)備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
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——臂架優(yōu)化設(shè)計
學(xué) 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機092班
姓 名 范艷東
指 導(dǎo) 教 師 李常勝
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——臂架優(yōu)化設(shè)計
系 別： 機械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機092
學(xué)生姓名： 范艷東
學(xué) 號： 2009307201
指導(dǎo)教師： 李常勝
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計
（一）塔式起重機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
塔式起重機是現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的重要施工機械之一。在高層建筑施工中，它的幅度利用度比其他類型起重機高。塔機由于能靠近建筑物，其幅度利用率可達(dá)整體幅度的80％。塔式起重機的變幅及回轉(zhuǎn)機構(gòu)是可以同時實現(xiàn)重物在垂直方向和水平方向移動的機構(gòu)，所以可以擴大起重機的工作范圍，提高生產(chǎn)率。應(yīng)用塔機對于加快施工速度、縮短工期、降低工程造價能夠起到重要作用。塔式起重機已經(jīng)成為建筑工程業(yè)必要的技術(shù)裝備，成為衡量建筑工程業(yè)生產(chǎn)力水平高下的重要標(biāo)志之一，成為加快工程建設(shè)、確保工程整體質(zhì)量、降低工程造價、提高社會效益與經(jīng)濟效益的重要手段。
塔機是在第二次世界大戰(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。自塔式起重機在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機械一個重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復(fù)蘇態(tài)勢，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢頭最好的國家為德國。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C48500臺，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴大，塔機產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機近40000臺，其中半數(shù)機齡不足5年。
我國的塔機行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步,相對于中西歐國家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機業(yè)的不景氣, 我國的塔機業(yè)正處于一個迅速的發(fā)展時期。到20世紀(jì)90年代以后，塔式起重機行業(yè)隨著行業(yè)建筑任務(wù)的增加而進入了新興時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且也有部分產(chǎn)品出口到了國外。全國塔式起重機的擁有總量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺到2000年的60000臺左右。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍、塔式起重機總量等各個角度來衡量，我國都可以稱為塔式起重機大國。
從塔機的技術(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)容易和運行可靠方面均有提高，但是塔機的技術(shù)并無根本性的改變。塔機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，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，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機有助于加快塔機產(chǎn)品開發(fā)進度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費用，并能更好的為客戶服務(wù)。
當(dāng)前塔機的發(fā)展具有如下一些特點和趨勢：
1、吊臂長度加長
在六十年代初，吊臂長度超過40m的較少，七十年代吊臂長度已能做到70m，快速拆裝下回轉(zhuǎn)塔式起重機的吊臂長度可達(dá)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—45m，可以接長到50—60m。重型塔式起重機吊臂則更長。吊臂加長可帶來更好的技術(shù)經(jīng)濟效果。隨著塔式起重機設(shè)計水平的提高，能解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題(如安裝和運輸問題)。低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用亦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，滑輪組倍率可變，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。起升機構(gòu)普遍做到至少具有3種工作速度，重物起升速度超過100m／min者也很多。構(gòu)件安裝就位速度可在0---10m／min范圍內(nèi)進行選擇?；剞D(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(dá)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，操縱人員的能見度愈來愈差。因此需要
在吊臂端部(動臂變幅)或小車上(小車變幅)安裝電視攝象機，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)，不但可由地面的操作人員控制吊裝；還可根據(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)品的更新?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)組合成變截面塔身和臂架，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。
（二）ANSYS介紹
有限單元法是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域--飛機結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。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。
ANSYS作為一個大型通用軟件，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場、熱、耦合場、電磁場上面，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(xiàn)。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。若在實際應(yīng)用過程中想對其中的某一個步驟進行改動和變化，則依然需要重新完成其中的每一個步驟，無形中浪費了太多的工作時間。針對現(xiàn)實情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計語言來處理類似問題，通過APDL語言及UIDL語言或類似VB、VC編程語言開發(fā)應(yīng)用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發(fā)。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）
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)新精神之最佳手段。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、吊臂的設(shè)計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
塔機臂架作為塔機的工作裝置,在塔機產(chǎn)品的設(shè)計內(nèi)容中處于核心地位, 采用有限元分析的方法進行塔機臂架的設(shè)計計算將會極大地提高設(shè)計效率、保證其設(shè)計質(zhì)量。我們只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
1、主要內(nèi)容
（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） 吊臂的設(shè)計和計算
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點）
② 吊臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
（4） 設(shè)計要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成一項給定的設(shè)計任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計工作中，應(yīng)綜合運用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實踐，深化理論認(rèn)識、擴展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計計算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計成果要求：
凡給定的設(shè)計內(nèi)容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
1） 對設(shè)計的全部內(nèi)容，包括設(shè)計計算、機械構(gòu)造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等也有一定了解。
2） 說明書、計算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計計算步驟正確，數(shù)學(xué)計算準(zhǔn)確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
3） 對國內(nèi)外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。
2、 研究方法
（1）資料的準(zhǔn)備
通過上網(wǎng)和畢業(yè)實習(xí)，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國內(nèi)外塔式起重機總體設(shè)計和起升系統(tǒng)的設(shè)計的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計思路為自己的設(shè)計做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計做好準(zhǔn)備。
（2）參數(shù)確定
根據(jù)所查資料，了解到起重機的相關(guān)參數(shù)，和對標(biāo)準(zhǔn)部件的了解，選擇能免租條件的相關(guān)零件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行具體的設(shè)計，在設(shè)計中確定個關(guān)節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出各主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體設(shè)計尺寸和形狀。
3、 研究思路
伴隨著計算機技術(shù)的進步,目前國內(nèi)外先進的機械產(chǎn)品設(shè)計制造都離不開有限元分析(Finite ElementAnalysis, FEA)計算,在工程設(shè)計和分析中受到越來越廣泛的重視,其計算結(jié)果不僅詳盡,更具可靠性。采用有限元分析的方法進行機械產(chǎn)品的設(shè)計計算將會極大提高設(shè)計效率、保證其設(shè)計質(zhì)量。設(shè)計者只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。本文應(yīng)用有限元軟件對塔機總體及臂架結(jié)構(gòu)進行快速校核分析。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 臂架設(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
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
[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
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[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．
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[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．
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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
目 錄
第1章 前言··········································································1
1.1 概述················································································1
1.2 發(fā)展趨勢·········································································1
第2章 總體設(shè)計····································································2
2.1 概述···········································································2
2.2 確定總體設(shè)計方案····························································2
2.3 總體設(shè)計原則·································································29
2.4 平衡臂與平衡重的計算······················································30
2.5 起重特性曲線·································································32
2.6 塔機風(fēng)力計算·······························································33
2.7 整機的抗傾覆穩(wěn)定性計算·················································43
2.8 固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算·······················································49
第3章 吊臂的設(shè)計計算························································50
3.1 分析單吊點與雙吊點的優(yōu)缺點·············································50
3.2 吊臂吊點位置選擇··························································51
3.3 吊臂結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)··························································52
3.4 有限元模型建立過程的幾點簡化··········································53
3.5 吊臂結(jié)構(gòu)的有限元分析計算················································54
3.6 計算結(jié)果分析································································69
3.7吊臂強度校核································································76
3.8 吊臂穩(wěn)定性校核·····························································76
畢業(yè)設(shè)計小結(jié)······································································87
致謝··················································································88
參考文獻(xiàn)············································································89
附：英文原文
英文翻譯
畢業(yè)實習(xí)報告
Abstract
Refers to the similar tower crane, this design is composed by the system design and the lazy arm design to the QTZ40 tower crane. In the lazy arm design progress, it has carried Finite Element method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameter, various organizations type and the steel structure pattern has been determined. The design parameter of operating modes which are composed of nose increase, the cross center increase and the root increase. Through the suitable simplification to the lazy arm, the lazy arm finite element model is establishment applied ANSYS10.0 software, and then exerted various operating modes load, carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various pitch points stress situation, various units receive the axial stress size, and the lazy arm distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the process of the lazy arm increase. It has clearly displayed the lazy arm stress performance under various operating modes.
Through the revision for model parameter, the analysis comparison is carried on the different model. Because the stress condition and rigidity condition of different model is compared under the same operating mode, and the generalized analysis intensity and the rigidity condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained, though the intensity and the rigidity examination regarding this model, then the final parameter result of the lazy arm can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Lazy arm Finite element analysis ANSYS10.0
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——臂架優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計人：范艷東
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
前言
概述
發(fā)展趨勢
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
主要技術(shù)性能參數(shù)
平衡臂與平衡重的計算
起重機各部件對塔身的中心力矩
起重特性曲線
各幅度時起重量
起重特性曲線
塔機的風(fēng)力計算
工作工況Ⅰ
平衡臂風(fēng)力計算
風(fēng)力系數(shù)選取
由平衡臂的設(shè)計尺寸計算迎風(fēng)面積
風(fēng)力計算
起升機構(gòu)的風(fēng)力計算
平衡重風(fēng)力計算
起重臂風(fēng)力計算
變幅機構(gòu)風(fēng)力計算
塔頂風(fēng)力計算
上下支座風(fēng)力計算
塔身風(fēng)力計算
司機室風(fēng)力計算
工作工況Ⅱ
平衡臂風(fēng)力計算
起升機構(gòu)風(fēng)力計算
平衡重風(fēng)力計算
起重臂風(fēng)力計算
變幅機構(gòu)風(fēng)力計算
塔頂風(fēng)力計算
上下支座風(fēng)力計算
塔身風(fēng)力計算
司機室風(fēng)力計算
非工作工況Ⅲ
平衡臂風(fēng)力計算
起升機構(gòu)風(fēng)力計算
平衡重風(fēng)力計算
起重臂風(fēng)力計算
變幅機構(gòu)風(fēng)力計算
塔頂風(fēng)力計算
上下支座風(fēng)力計算
塔身風(fēng)力計算
司機室風(fēng)力計算
起重機抗傾覆穩(wěn)定性計算
工作工況Ⅰ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
工作工況Ⅱ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
慣性載荷
坡度載荷
風(fēng)載荷
非工作工況Ⅲ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
風(fēng)載荷
工作工況Ⅳ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
風(fēng)載荷
固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算
吊臂的設(shè)計計算
分析單吊點與雙吊點的優(yōu)缺點
吊臂吊點位置選擇
吊臂結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇
有限元模型建立過程的幾點簡化
自重及風(fēng)載簡化
吊點處約束的確定
單元類型選擇
模型生成分析過程
吊臂結(jié)構(gòu)的有限元分析計算
吊臂結(jié)構(gòu)有限元分析程序命令流
前處理模塊
定義臂架一至七節(jié)節(jié)點
塔尖節(jié)點
定義工況節(jié)點
定義求解類型、單元類型
定義材料屬性
定義梁單元實常數(shù)
定義桿單元實常數(shù)
定義臂架上弦桿一至二節(jié)
定義臂架上弦桿三至五節(jié)
定義臂架上弦桿六至七節(jié)
定義臂架前側(cè)下弦桿一至五節(jié)
定義臂架后側(cè)下弦桿一至五節(jié)
定義臂架前側(cè)下弦桿六至七節(jié)
定義臂架后側(cè)下弦桿六至七節(jié)
定義臂架一節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架一節(jié)水平面腹桿
定義臂架二至五節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架二至五節(jié)水平面腹桿
定義臂架六節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架六節(jié)水平面腹桿
定義臂架七節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架七節(jié)水平面腹桿
定義吊臂拉桿
施加2m工況集中載荷
退出前處理并進入求解模塊
施加20m工況集中載荷并求解
施加40m工況集中載荷并求解
退出求解模塊
模型示意圖
進入后處理模塊
讀入2m工況并顯示結(jié)果
讀入20m工況并顯示結(jié)果
讀入50m工況并顯示結(jié)果
退出后處理模塊
計算結(jié)果分析
確定優(yōu)化結(jié)論
各工況數(shù)據(jù)
工況1-1變形圖
工況1-2變形圖
工況1-3變形圖
工況2-1變形圖
工況2-2變形圖
工況2-3變形圖
工況3-1變形圖
工況3-2變形圖
工況3-3變形圖
提取軸向力
上弦桿軸向力最值
下弦桿軸向力最值
側(cè)腹桿軸向力最值
水平腹桿軸向力最值
分析確定危險工況
危險工況
吊臂強度校核
吊臂穩(wěn)定性校核
工況1-2
上弦桿三-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-1
上弦桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3下弦桿一-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
下弦桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
側(cè)腹桿一節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-2
側(cè)腹桿二-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
側(cè)腹桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
水平腹桿一節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-2
水平腹桿二-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-1
水平腹桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
第1章 前言
1.1 概述
塔式起重機是我們建筑機械的關(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)國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達(dá)到發(fā)達(dá)國家九十年代末期水平并躋身于當(dāng)代國際市場。
QTZ40型塔式起重機簡稱QTZ40型塔機，是一種結(jié)構(gòu)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(yù)制構(gòu)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(dá)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(yīng)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(gòu)中采用了比較先進的技術(shù)，如可控硅調(diào)速、渦流制動器等。進入七十年代后，它的服務(wù)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(shù)和材料的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(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(xì)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(dá)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(xì)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3.84m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1-7節(jié)：B=1020mm 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Q345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(xì)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83×6、89×7、108×8，下弦選用的角鋼型號為：63×5、70×6，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11.67m。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Q345，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)金國內(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：套柱采用企口定位，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(dá)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(dá)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40mm，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40mm.。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)、輪頂升機構(gòu)、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?；A(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）。混凝土外輪廓尺寸約為：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?；A(chǔ)的制作應(yīng)嚴(yán)格按圖施工。基礎(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-ZQ40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ZQ40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(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：
表2-1起升特性參數(shù)表
倍率
a=2
a=4
起重量（t）
1
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，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?；剞D(zhuǎn)運動