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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設計
系： 機械工程學院
專業(yè)： 機械設計制造及其制動化
班級： 機092
姓名： 申亞軍
學號： 2009307224
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設計（論文）地點:
指導教師： 李常勝
輔導教師：
發(fā)任務書日期： 2013年3月 5 日
1、畢業(yè)設計（論文）目的：
本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、吊臂的設計、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。
2、畢業(yè)設計（論文）任務內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：
（1） 設計任務：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結構形式
（2） 總體設計
① 主要技術參數(shù)性能
② 設計原則
③ 平衡重的計算
④ 塔機的風力計算
⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 平衡臂的設計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設計
（4） 設計要求
① 主要任務：學生應在指導教師指導下獨立完成一項給定的設計任務，編寫符合要求的設計說明書，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，并繪制有關圖表。
② 知識要求：學生在畢業(yè)設計工作中，應綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學習、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學生應學會依據(jù)技術課題任務，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)學生掌握有關工程設計的程序、方法與技術規(guī)范，提高工程設計計算、圖紙繪制、編寫技術文件的能力；培養(yǎng)學生掌握實驗、測試等科學研究的基本方法；鍛煉學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)設計，學生應掌握正確的設計思想；培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風；在工程設計中，應能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。
⑤ 設計成果要求：
1） 凡給定的設計內(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，不應出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
2） 對設計的全部內(nèi)容，包括設計計算、機械構造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結構與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。
3） 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，設計計算步驟正確，數(shù)學計算準確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。
4） 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。
其他各項應符合本資料有關部分提出的要求。
3、畢業(yè)設計（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：設計任務要求的選型、設計計算內(nèi)容、畢業(yè)實習報告等。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），字數(shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學生應用計算機進行設計、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：
[1] 哈爾濱建筑工程學院主編.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.機械設計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 曹雙寅主編《工程結構設計原理》 南京：東南大學出版社 2002
[8]劉鴻文主編《材料力學 Ⅰ》（第4版） 高等教育出版社
[9]《QTZ400塔式起重機使用說明書》
[10]張青 張瑞軍 編著《工程起重機結構與設計》北京：化學工業(yè)出版社，2008.7
[11]中華人民共和國國家標準GB/T 13752-92 《塔式起重機設計規(guī)范》 北京：中國標準出版社 1993
[12]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
[13]許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機械零件》 人民教育出版社
[14]成大先主編《機械設計手冊》（第4版）北京：化學工業(yè)出版社 2002
[15]顧迪民主編《工程起重機》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社 1988
[16]劉品主編《互換性與測量技術基礎》哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2001
[17]徐灝主編《機械設計手冊》（第2版） 北京：機械工業(yè)出版社 2000
5、本畢業(yè)設計（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
方案選擇及總體設計
繪制總圖
平衡臂設計
繪制平衡臂圖
繪制零件圖紙
準備論文及答辯
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
畢業(yè)實習報告
在進行3年多理論知識積累之后，作為一名即將畢業(yè)的大學生，我們迎來了大學生活中的最后一個重要環(huán)節(jié)----畢業(yè)實習。這學期我們沒有課程，主要的任務就是做好畢業(yè)實習和畢業(yè)設計。畢業(yè)實習能使我們把理論與實踐找到一個最好的切入點，進一步加強專業(yè)知識的鞏固，以使我們將所學的知讓識具體應用到以后的設計中去。為之后的畢業(yè)設計奠定了一定的基礎。
4月19日我們踏上了去長春的實習之旅。路很長，在北京我們還得轉車，到長春的時候已經(jīng)是下午了。帶隊老師領著我們在火車站附近找了個旅館，安排了我們的住宿。為了安全老師囑咐我們盡量不要外出，然后給我們說了明天的實習安排就讓我們回房休息了。
4月20日，這天我們就要正式開始我們的實習之旅了。早上我們在旅館門口集合，然后乘輕軌在某處下車，穿過一條馬路就到了我們的目的地。。。。。
那天有很多公司到那兒參展。我們首先看到的是在展廳門口展出的大型設備。這些設備里除有我們熟悉的推土機、挖掘機、鏟車外還有許多我們所不認識的。好多公司都制作了精美的圖冊，我拿了一本中國重汽的圖冊。這本圖冊介紹的是一輛全液壓履帶式挖掘機。它的名字很有意思，叫海牛。海牛好像和陸地上的挖掘機沒多大關系。圖冊在介紹挖掘機的發(fā)動機和馬達時特別注明了是原裝進口，液壓系統(tǒng)也寫著是國際一流水平?？吹竭@里心里有些微微的不舒服，在學校就聽說中國的機械行業(yè)還有待發(fā)展，中國戰(zhàn)斗機的發(fā)動機也是從俄羅斯進口。來到了這里才有了切身的體會。希望自己將來要從事的這個行業(yè)以后可以發(fā)展的更好，少點國外進口。然后我們在門口登記，之后進入了展廳。
進入展廳之后，同學就四散開來，三兩人一組的開始了參觀。我先看到的幾個展位展示的都是防護設備，和我們專業(yè)沒多大關系但也看了一下。這些東西主要是手套、頭盔、防護服、還有看起來其像是防爆服的東西。然后我看到了一個展示小型吊裝機械的展位。這些設備都叫葫蘆。有的是電動葫蘆，還有手動葫蘆。它們與吊鉤相連用的是鏈條而不是鋼絲繩。這可能是它為什么叫“葫蘆“這個奇怪名字的原因吧。這個展位展示的設備有四個規(guī)格，最大載重量不同，但體積都不大。體積雖然不大，能吊起的東西卻是不少。其中一個能吊起2.5噸的重物。在展廳展示的載重還算是小的，在它們的宣傳圖冊上甚至都有能吊起20噸的，還有特制的大型起吊設備。但看它那么小的體積，還有它的細鏈條和小吊鉤?？傆X得他會承不住那么大的重量。它們的軌道是鋁制輕軌，安裝起來會省事一些。在那兒還可以隨意操作那些設備，它們是用一個類似手柄的東西來操縱的，非常方便。
后來在網(wǎng)上查了一下，電動葫蘆是一種輕小型起重設備，安裝于天車、龍門吊之上，具有體積小，自重輕，操作簡單，使用方便等特點，用于工礦企業(yè)，倉儲碼頭等場所。起重量一般為 0.1～80噸，起升高度為3～30米。由電動機、傳動機構和卷筒或鏈輪組成，分為鋼絲繩電動葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆兩種。環(huán)鏈電動葫蘆分為進口和國產(chǎn)兩種；鋼絲繩電動葫蘆分CD1型(單速提升)、MD1型(雙速提升)；微型電動葫蘆、卷揚機、多功能提升機。我們在展廳看到的都是鏈條葫蘆，其實是有鋼絲繩葫蘆的。環(huán)鏈電動葫蘆，保留了手拉葫蘆輕巧方便的特點，又改進了手拉葫蘆人工操作、提升速度慢等不足，集聚了手拉葫蘆和電動葫蘆的優(yōu)點于一身，采用盤式制動電機作為動力擺線針減速器減速，環(huán)鏈電動葫蘆結構緊湊、體積小、重量輕、效率高使用方便、制動可靠、維護簡單的特點。鋼絲繩電動葫蘆重量輕、體積小、結構緊湊、品種規(guī)格多、運行平穩(wěn)，操作簡單，使用方便。它們可以在同一平面上做直的、彎曲的、循環(huán)的架空軌道上使用，也可以在以工字鋼為軌道的電動單梁、手動單梁、橋式、懸掛、懸臂、龍門等起重機上使用。CD1型電動葫蘆廣泛應用在工廠、貨棧、碼頭、電站、伐木場等場合，是起升搬運物品，最理想的起重設備。
讓我沒想到的是在這里還可以看到索尼公司，索尼公司參展的是一些電子產(chǎn)品中用到的一些小零件，甚至有塑料產(chǎn)品剛開始還不明白在機械產(chǎn)品的展會上怎么會看到索尼公司，后來想了一下就明白了?，F(xiàn)在機械產(chǎn)品和電子產(chǎn)品的結合越來越多，說不定再過多少年機械和電子就不分彼此了。之后看到一些展示刀具、模具的的展位。在一個展位前一個切割機吸引了我的注意力，這個切割機也是一個小型設備。它之所以吸引我是它的設計很有意思，刀具的進給完全靠設備的自重。也就是設備壓著刀具將鋼材切斷。在展會上我們還看到許多我們以前沒聽說過的設備，有的即使看了設備說明也不清楚它的用途。在圖冊上還看到了防爆電葫蘆，剛開始還不明白“防爆”是什么意思。后來才知道防爆電動葫蘆是根據(jù)我國最新防爆標準GB3836.1-2010《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備》及GB3836.2-2010《爆炸性環(huán)境用電氣設備隔型電氣設備“d”》設計制造的防爆起重設備，其防爆形式為“隔爆型”，該葫蘆的外露防爆零部件采用特殊的無火花材料制成，防爆性能安全可靠。HB型防爆電動葫蘆主要適用于I類煤礦用防爆電動葫蘆和II類工廠用防爆電動葫蘆，溫度組別為T 1 --T 4 組的各種爆炸危險場所。
在那兒還看到了其他幾家專門做塑料制品的公司，就以其中一個做聚甲醛的作為代表介紹一下。翻開他們公司的圖冊，首先是他們的先進設備介紹區(qū)。它們的甲醛生產(chǎn)裝置來自瑞典，聚甲醛設備來自德國。他們有細川米克朗公司粉碎機、德國希赫公司真空泵、科倍隆ZSK型雙螺桿擠出機、德國泰勒公司搪瓷反應釜、ABB博實機器人包裝線。都是國外的，看到這些心里又失落了一下。以前對塑料在機械行業(yè)中的應用一直不太了解。在這本圖冊上我了解到很多東西。聚甲醛是五大工程塑料之一，有“塑料中的金屬”的美稱，具有極高的強度和剛度，良好的耐腐蝕、耐磨、自潤滑和抗蠕變性能。它可以用來做閥門、噴頭、齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、軸承、驅動軸、鏈條、襯套和機械結構件等。它的用途非常廣泛，可以用于工業(yè)機械、汽車、電子電器、精密儀器和建材等領域。在汽車行業(yè)用于油箱蓋、化油器、排氣控制閥、冷暖氣機零件、剎車零件控件、門鎖、把手等。在電子電機行業(yè)有風扇、洗衣機、掃除機。一般機械中用農(nóng)機具、編織機、自動售貨機、光學機器、自行車及各種工具零件。還有的就和機械行業(yè)沒多大關系了，如醫(yī)療器具零件、玩具零件、噴霧器、打火機、熱水器零件等。
作為機械行業(yè)的重頭戲機床當然也參加了展出。我們就看到一個叫帝馬數(shù)控的公司就占了一片不小的地方展示它們的數(shù)控機床，數(shù)控加工中心。但場地有限，而且數(shù)控設備機體大運輸不便，所以我們也只看到兩套設備。在學校就聽老師說機床的發(fā)展是和數(shù)控結合，到了這里更有了切身的體會。來這里參展的機床沒有一個是純機械的，它們的前面都加著“數(shù)控”。不過中國的數(shù)控機床和國外相比還有很大差距，中國的工業(yè)起步畢竟太晚。雖然建國后特別是改革開放后奮起直追，但底子畢竟太薄。比如帝馬這家公司，看他們展出的設備和圖冊的介紹。覺得這個公司還是有一定實力的，但也有和德國工程師“交流”的畫面。在以前的幾次實習中都沒有接觸過數(shù)控機床，有兩三次也只是在旁邊看了幾眼。不知道數(shù)控機床造好后還要接受多項檢測，像噪音檢測、鑄件硬度檢測、導軌裝配精度檢測、BALL BAR循圓檢測這些新鮮詞匯進入了我的腦海。我看了一下這套數(shù)控加工中心的冷卻系統(tǒng)。它的絲杠是中空的，有效控制了絲杠高速運轉時產(chǎn)生的溫升。它的介紹里還提到很多冷卻系統(tǒng)，不過有的地方還是不明白。像主軸圓周冷卻，看了解釋后還是不明白它的工作方式。頓時覺得自己的專業(yè)知識還是不夠。
通過這次實習，才覺得原來機械行業(yè)是一個非常具有挑戰(zhàn)性的職業(yè)，如果將來能在這個行業(yè)工作，對自己來說將是很大的挑戰(zhàn)。為了以后能夠勝任這項工作，現(xiàn)在就必須踏踏實實的學好技術。
河北建筑工程學院
畢業(yè)實習報告
系 別 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機092
姓 名 申亞軍
學 號 2009307224
指導教師 李常勝
實習成績
河 北 建 筑 工 程 學 院
本科畢業(yè)設計（論文）
題
目
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設計
學 科 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機092
姓 名 申亞軍
指 導 教 師 李常勝
輔 導 教 師
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設計
系： 機械工程學院
專業(yè)： 機械設計制造及其制動化
班級： 機092
姓名： 申亞軍
學號： 2009307224
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設計（論文）地點: 綜405
指導教師： 李常勝
輔導教師：
發(fā)任務書日期： 2013年3月 5 日
課題來源
導師課題
課題類別
畢業(yè)論文
1、 論文資料的準備
（一）塔式起重機的概況及發(fā)展趨勢
塔式起重機（下文簡稱塔機），是工程機械設備的一種，主要用于物料的垂直和水平輸送，廣泛應用于房地產(chǎn)、市政工程、工業(yè)建設等諸多領域。
20世紀50年代初，我國塔機由仿制開始起步。經(jīng)過改革開放和1998年房改，我國塔機行業(yè)得到快速發(fā)展。我國已成為世界塔機的生產(chǎn)大國，也是世界塔機主要需求市場之一。
?近年來，隨著塔式起重機技術的發(fā)展，塔式起重機型號規(guī)格不斷完善，性能、質(zhì)量不斷提高，塔式起重機除滿足其安全、可靠、高效的基本性能外，越來越趨向于智能和綠色。下面著重介紹最新的幾點技術發(fā)展趨勢。
（1）設計方法精確化。
??計算機技術的深化發(fā)展，改變了塔式起重機的設計理念。有限元技術、疲勞分析、動力學仿真分析的廣泛應用，使塔式起重機的設計計算、受力分析更精確，塔式起重機零部件結構設計更加合理；一些實力強大塔式起重機制造商，都有自己超強的設計能力，他們利用優(yōu)勢，開發(fā)塔式起重機參數(shù)化設計專用軟件，使塔式起重機設計進一步的向最優(yōu)化方向推進，有效地提高塔式起重機產(chǎn)品的安全性、可靠性、節(jié)能效果，同時大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提升競爭能力。
（2）零部件模塊化。
??模塊化的設計可能增加少量的制造成本，但其不僅可以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以降低管理成本，也相應地降低了用戶的購置成本。如A機型和B機型有許多的結構件（如標準節(jié)和起重臂節(jié)、平衡臂節(jié)）是通用的，那么用戶就可以少購買通用的結構件，交錯使用這些可能閑置的通用件，從而減少購置成本。因此，模塊化設計是塔式起重機發(fā)展的必然趨勢，國際上許多的塔式起重機制造商如Liebherr、Potain、Terex、Wolffkran等都是模塊化設計的典范。
（3）控制智能化。
??隨著數(shù)字化、集成化、智能化技術的高速發(fā)展，高可靠、低能耗、微型化、集成化、數(shù)字化的各種液壓、機電及電氣元件在塔式起重機上得到普遍應用，使傳動和控制系統(tǒng)體積小、重量輕、結構緊湊。在控制手段上，無級調(diào)速、安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、故障自動診斷系統(tǒng)等廣泛應用，實現(xiàn)了塔式起重機操作過程的自動控制、自動顯示與記錄、遠距離遙控等，保證了塔式起重機的安全使用和實時監(jiān)控，減少了控制的故障點，提高了塔式起重機的可靠性，大幅提升了塔式起重機行業(yè)的管理水平。
（4）制造綠色化。
??國外塔式起重機在設計時就充分考慮零部件的通用性、模塊化，因此零部件集約化程度高，適合批量化生產(chǎn)。批量化零部件從原材料前處理、下料、焊接、機加、裝配、到涂裝都采用生產(chǎn)流水線，這樣既提高了材料的利用率、零部件通用性、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀，又便于管理、減少污染、節(jié)約成本。Liebherr、 Zoomlion、 Potain等公司都有成熟的生產(chǎn)流水線。如，Zoomlion現(xiàn)已擁有了標準節(jié)生產(chǎn)線、涂裝流水線，其他流水線在陸續(xù)建設中。
（5）在產(chǎn)品開發(fā)中落實實驗驗證。
??實驗是新產(chǎn)品驗證最直接的方法，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性最主要的檢驗手段。產(chǎn)品的可靠性和安全性主要是由零部件決定的，是零部件安全性和可靠性的綜合體現(xiàn)。零部件的可靠性和安全性高，產(chǎn)品的可靠性和安全性自然就高。因此，大型塔式起重機制造廠商，投入大量的財力物力，建設自己的實驗場，如Potain的結構和機構實驗場在上世紀80年代就已經(jīng)基本建成，共占地17萬m2，擁有各種實驗臺架百余種，產(chǎn)品需經(jīng)過真實而嚴酷的工況驗證合格才能出廠。Zoomlion目前正在建設自己的塔式起重機專用實驗基地。
一個國家要成為工業(yè)化、現(xiàn)代化國家，必須要實現(xiàn)一定的城市化水平,而城市化進程是產(chǎn)業(yè)、人口、市場的集聚過程，城市化、工業(yè)化進程在集聚產(chǎn)業(yè)過程中，成為農(nóng)村富余勞動力轉移的載體，提供了改善區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟、文化發(fā)展空間。城市化與工業(yè)化互動并進，是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的特征。中國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)耕大國，改革開放30年來，中國的工業(yè)化發(fā)展取得了很大的成就，而中國要成為一個現(xiàn)代化強國，就必走城市化、工業(yè)化并進發(fā)展的道路。因此，城市化進程是未來國家重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時也是2020年全面建成小康社會最直接、最重要的載體。而城市化進程會伴隨大規(guī)模的基本建設。
今后工程項目的體量和規(guī)模越來越大。勞動力短缺越來越嚴重，勞動力成本越來越高。建筑施工屬勞動密集型行業(yè)，而隨著城市化、工業(yè)化進程發(fā)展，以及社會轉型，加速了人口紅利的消耗及“劉易斯拐點”的到來。按有關專家的分析預測，中國的人口紅利窗口將會在2015年關閉。因此，今后建筑施工的勞動力成本會不斷推高。因此，今后工程施工對塔機等技術裝備的依賴性會越來越大。
（二）??平衡臂相關介紹?
（1）平衡臂的作用：?
上回轉塔式起重機均需配設平衡重，用以支撐平衡重，構成作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩。?在平衡臂上放置配重，使其產(chǎn)生后傾力矩以便在工作狀態(tài)減少由吊重引起的前傾力矩，在非工作狀態(tài)以減少強風引起的前傾力矩，并保證其抗傾翻穩(wěn)定性。平衡臂上可放置起升或變幅機構，還可以安裝風帆標志，調(diào)節(jié)逆風面積，保證非工作狀態(tài)下尾吹風以減少傾翻力矩。在采用可擺動塔頂撐桿時，平衡臂還要對塔頂支撐桿起支持作用，在采用固定塔頂時，平衡臂則是靠塔頂來支持的。
（2）平衡臂的分類：?
平衡臂有以下幾種常見的結構形式：平面框架式、三角形截面桁架式和矩形截面桁架式。平面框架式平衡臂由由兩根槽鋼或兩根槽鋼拼焊的箱型截面梁組成。桁架式平衡臂適用要求有較長平衡臂的重型、超重型自升塔機。本公司平衡臂的結構形式為;平面框架式平衡臂。
?（3）平衡臂及平衡重?：
平衡臂長度與起重臂長度之間有一定的比例關系一般可取其比值為0.2~0.35。?平衡重的用量與平衡臂的長度成反比例關系，一般用鑄鐵或鋼筋混凝土制造。鑄鐵平衡重結構較復雜，制造難度大，但是體形尺寸小，迎風面積小。鋼筋混凝土體積較大，迎風面極大，對塔身結構和整體穩(wěn)定性有一定不利影響。?
（4）平衡臂的結構：?
平衡臂的結構一般包括金屬結構、電氣控制系統(tǒng)和起升機構?
（5）平衡臂的行走平臺?：
平衡臂的行走平臺主要供塔式起重機操作人員行走及維修人員進行維修用，行走平臺是單獨成型焊接的焊好后按要求靠銷軸連接到平衡臂的坯料上的。將平衡臂的后坯兩側各焊上四根支撐方鋼作為行走平臺的支撐，將焊好的行走平臺放到支撐上焊接到平衡臂的坯料上。
（6）平衡臂的護欄?：
平衡臂的護欄焊接到平衡臂的兩側，護欄全為圓管焊接而成，與平衡臂的連接靠的是管套，鉆孔后的管套焊接到平衡臂上，再把鉆孔后的欄桿插入管套用銷簽固定。
（7）平衡臂的吊耳?：
平衡臂的吊耳共三對，前坯和后坯各一對，通過拉桿將平衡臂與塔帽連接。后半坯子上另有一對吊耳，用于拆卸和安裝。
（8）平衡臂的加強板：?
平衡臂的很多位置都需要加強板來增加某些位置的強度，平衡臂前后坯子的連接處需要焊接加強板來增加連接強度。安裝吊耳處需要加強板來增加強度，安裝拆卸用的吊耳下部需加強板增加強度。
2、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題）：
本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、吊臂的設計、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。
擬解決的關鍵問題：
① 塔式起重機總體設計
② 平衡臂設計
3、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
（1） 設計任務：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結構形式
（2） 總體設計
① 主要技術參數(shù)性能
② 設計原則
③ 平衡重的計算
④ 塔機的風力計算
⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 平衡臂的設計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設計
研究方法、研究思路：
在畢業(yè)設計時,當我們收到設計任務書時首先對研究對象進行細致的調(diào)查, 收集國內(nèi)外有關資料并通過對資料的調(diào)研、加工與整理了解國內(nèi)外的使用、生產(chǎn)、設計和科研情況，并進行分析比較，制定設計原則。設計原則應當保證所設計的機型符合有關的方針政策。
畢業(yè)設計工作中，通過掌握正確的設計思想，綜合運用多學科的理論、知識與技能在認真的科學態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L下分析并解決設計中遇到的問題。
4、總體安排和工作進度計劃：
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 平衡臂設計
2013.5.16-2013.6.5 繪制平衡臂圖
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準備論文及答辯
5、主要參考文獻：
[1] 哈爾濱建筑工程學院主編.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.機械設計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7]機械設計師手冊.吳宗澤主編， 機械工業(yè)出版社，2002
[8]機械設計手冊編委會主編. 機械設計手冊(2冊). 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[9]陸玉、荷在洲、佟延偉編. 機械設計課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2003
[10]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
指導教師意見：
指導教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領導簽名： 日期：
系蓋章
摘要
塔式起重機作為建筑施工的主要設備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉，臂架長度較大，結構輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。
塔式起重機是為了滿足高層建筑施工、設備安裝而設計的新型起重運輸機械。本次設計QTZ40塔式起重機為自升式上回轉塔式起重機，能夠隨建筑高度的升高而加升、占地面積小和拆裝方便等優(yōu)點，塔機上部能借助于液壓頂升機構，根據(jù)施工的建筑物的增高而相應地升高，使司機操作方便，視野寬并始終保持高清晰，主要適用于高層住房、高層建筑的施工。
本設計的題目是固定式QTZ40塔式起重機平衡臂的設計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設計的形式為上回轉液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為30米，在附著狀態(tài)下可達到100米。
本設計書主要包括四部分：第一部分主要是對現(xiàn)今國內(nèi)外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及QTZ40塔式起重機特點、應用場合，做了一個簡要的概述；第二部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設計計算過程；第三部分是平衡臂設計和計算。
關鍵詞： QTZ40塔式起重機 平衡臂 設計
ABSTRACT
As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction
Tower cranes are to meet high-rise construction building, equipment installation and design as a new type machinery of lifting transport. The form of this design is tower crane ，the rotating structure of the QTZ40 tower crane is on the top. To the building of the height of the rise and add up, this crane covers an small area and open a convenient advantages of the tower on top of the department have the promotion, according to the construction of buildings improves and correspondingly increase, the driver is easy to operate with wide and remained high, which is applied to the construction of the high buildings.
The design topic is the stationary QTZ40tower crane system and the design of jack arm. There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary type is 30meter high; it could reach the height of 100meters.
This design book mainly includes four parts. The first part summarizes the present situation and the development tendency of the Tower crane in both our country and abroad, as well as the characteristic and application occasion. The second part is the QTZ40 tower crane overall concept choice and the system design computation process; the last part is the organization design and the computation of jack arm.
KEY WORDS: QTZ500 tower crane jack arm design
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計計算書
指導教師：李常勝
設計題目：QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設計 設計人：申亞軍
設計項目
計算與說明
結果
前言
概述
發(fā)展趨勢
總體設計
概述
確定總體設計方案
塔機金屬結構
塔頂
吊臂
構造型式
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
吊點的選擇與構造
平衡臂和平衡重
平衡臂的結構型式
平衡重
拉桿
上、下支座
塔身
塔身結構斷面型式
塔身結構腹桿系統(tǒng)
標準節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身結構設計
塔身的接高問題
轉臺裝置
回轉支承
底架
附著裝置
套架與液壓頂升機構
爬升架
頂升機構
套架
液壓頂升
基礎
工作機構
起升機構
起升機構的傳動方式
起升機構的驅動方式
起升機構的減速器
起升機構的制動器
滑輪組
倍率
回轉機構
變幅機構
安全裝置
限位開關
起升高度限制器
起重量限制器
力矩限制器
風速儀
鋼絲繩防脫裝置
電氣系統(tǒng)
總體設計原則
整機工作級別
機構工作級別
主要技術性能參數(shù)
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
塔機的風力計算
工作工況Ⅰ
平衡臂風力計算
風力系數(shù)選取
由平衡臂的設計尺寸計算迎風面積
風力計算
起升機構的風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
工作工況Ⅱ
平衡臂風力計算
起升機構風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
非工作工況Ⅲ
平衡臂風力計算
起升機構風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
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
基礎部分
工作工況Ⅱ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎部分
慣性載荷
坡度載荷
風載荷
非工作工況Ⅲ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎部分
風載荷
工作工況Ⅳ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎部分
風載荷
固定基礎穩(wěn)定性計算
固定基礎穩(wěn)定
平衡臂結構設計及計算
平衡臂總體結構設計
平衡臂計算
計算簡圖及工況
計算工況
工況一
工況二
平衡臂穩(wěn)定性計算
計算所需部分數(shù)據(jù)
截面特性計算
載荷計算
平衡臂自重
平衡重均布載荷
風力計算
回轉平面內(nèi)的力矩計算
由風力產(chǎn)生的o點的力矩為
由起升機構產(chǎn)生的回轉慣性力矩
由平衡臂自重產(chǎn)生的回轉慣性力矩
由配電箱產(chǎn)生的回轉慣性力矩
在起升平面內(nèi)由橫向載荷引起的最大彎矩
由起升機構產(chǎn)生的最大彎矩
有自重載荷在起升機構處的最大彎矩
計算、
計算歐拉臨界公式
計算橫向載荷彎矩系數(shù)
計算吊點處彎矩
計算端彎矩的不等折減系數(shù)
計算穩(wěn)定性
平衡臂單肢穩(wěn)定性計算
拉桿受力計算
抗拉強度為
抗剪強度
抗拉強度
平衡重設計及計算
平衡重設計
計算
校核
畢業(yè)設計小結
致謝
第1章 前言
1.1 概述
塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備，在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十年時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家九十年代末期水平并躋身于當代國際市場。
QTZ40型塔式起重機簡稱QTZ40型塔機，是一種結構合理，性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較國內(nèi)同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預制構件的吊運和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高，其幅度利用率可達全幅度的80%。
QTZ40型塔式起重機是400kN·m上回轉自升式塔機。上回轉自升塔式起重機是我國目前建筑工程中使用最廣泛的塔機，幾乎是萬能塔機。它的最大特點是可以架得很高，所以所有的高層和超高層建筑、橋梁工程、電力工程，都可以用它去完成。這種塔式起重機適應性很強，所以市場需求很大。
1.2 發(fā)展趨勢
塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在六十年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機。并在工作機構中采用了比較先進的技術，如可控硅調(diào)速、渦流制動器等。進入七十年代后，它的服務對象更為廣泛。因此，幅度、起重量和起升高度均有了顯著的提高。
就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：①整機性能：由于先進技術和材料的應用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右；②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應性好,性能得到充分發(fā)揮；③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應用；④操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善；⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。
第2章 總體設計
2.1 概述
總體設計是畢業(yè)設計中至關重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設計的基礎和框架。只有在做好總體設計的前提下，才能更好的完成設計。它是對滿足塔機技術參數(shù)及形式的總的構想，總體設計的成敗關系到塔機的經(jīng)濟技術指標，直接決定了塔機設計的成敗。
總體設計指導各個部件和各個機構的設計進行，一般由總工程師負責設計。在接受設計任務以后，應進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同類機械的有關資料，了解當前的國內(nèi)外塔機的使用、生產(chǎn)、設計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設計原則。設計原則應當保證所設計的機型達到國家有關標準的同時，力求結構合理，技術先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。
2.2 確定總體設計方案
QTZ40塔式起重機是上回轉液壓自升式起重機。盡管其設計型號有各種各樣，但其基本結構大體相同。整臺的上回轉塔機主要由金屬結構，工作機構，液壓頂升系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)及安全保護裝置等五大部分組成。
2.2.1 金屬結構
塔式起重機金屬結構部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉臺等主要部件組成。對于特殊的塔式起重機，由于構造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結構是塔式起重機的骨架，承受塔機的自重載荷及工作時的各種外載荷，是塔式起重機的重要組成部分，其重量通常約占整機重量的一半以上，因此金屬結構設計合理與否對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材以及提高起重機的可靠性等都有重要意義。
1. 塔頂
自升塔式起重機塔身向上延伸的頂端是塔頂，又稱塔帽或塔尖。其功能是承受臂架拉繩及平衡臂拉繩傳來的上部載荷，并通過回轉塔架、轉臺、承座等的結構部件或直接通過轉臺傳遞給塔身結構。
自升式塔機的塔頂有直立截錐柱式、前傾或后傾截錐柱式、人字架式及斜撐式等形式。截錐柱式塔尖實質(zhì)上是一個轉柱，由于構造上的一些原因，低部斷面尺寸要比塔身斷面尺寸為小，其主弦桿可視需要選用實心圓鋼，厚壁無縫鋼管或不等邊角鋼拼焊的矩形鋼管。人字架式塔尖部件由一個平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。而斜撐式塔尖則由一個平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。這兩種型式塔尖的共同特點是構造簡單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運輸便利。
塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應力下降效果便不顯著，過分加高塔尖高度不僅導致塔尖自重加大，而且會增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機。因此，設計時，應權衡各方面的條件選擇適當?shù)乃敻叨取?
本設計采用前傾截錐柱式塔頂，斷面尺寸為1.36m×1.36m。腹桿采用圓鋼管。塔頂高6.115米。塔冒用無縫鋼管焊接而成，頂部設有連接平衡臂拉桿和吊臂拉桿的鉸銷吊耳，以及穿繞起升鋼絲繩的定滑輪，頂部應裝有安全燈和避雷針。其結構如圖2-1所示：
圖2-1 塔頂結構圖
2. 起重臂
1） 構造型式
塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構造型式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。
小車變幅水平臂架，簡稱小車臂架，是一種承受壓彎作用的水平臂架，是各式塔機廣泛采用的一種吊臂。其優(yōu)點是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進行水平位移，并能平穩(wěn)準確地進行安裝就位。因此此次設計采用小車變幅水平臂架。
小車臂架可概分為三種不同型式：單吊點小車臂架，雙吊點小車臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車臂架。單吊點小車變幅臂架是靜定結構，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結構。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構造；雙吊點小車變幅臂架結構一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結構自重輕，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點小車變幅臂架相比，自重均可減輕5%-10%。小車變幅臂架拉索吊點可以設在下弦處，也可設在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，正三角形截面臂架。這種臂架的下弦桿上平面均用作小車運行軌道。
2） 分節(jié)問題
臂架型式的選定及構造細部處理取決于塔機作業(yè)特點，使用范圍以及承載能力等因素，設計時，應通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。
小車臂架常用的標準節(jié)間長度有6、7、8、10、12m五種。為便于組合成若干不同長度的臂架，除標準節(jié)間外，一般都配設1~2個3~5m長的延接節(jié)，一個根部節(jié)，一個首部節(jié)和端頭節(jié)。端頭節(jié)構造應當簡單輕巧，配有小車牽引繩換向滑輪、起升繩端頭固定裝置。此端頭節(jié)長度不計入臂架總長，但可與任一標準節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。本次設計選用標準節(jié)長度為6m，另加上2m長的延接節(jié)。其示意圖見圖2-2：
圖2-2臂架分節(jié)
3） 截面形式及截面尺度
塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面，本次設計的QTZ40采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。其尺寸截面形式如圖2-3所示：
圖2-3 臂架截面及其腹桿布置
1-水平腹桿2-側腹桿3-上弦桿4-下弦桿
臂架一-五節(jié)：B=1020mm H=800mm
臂架六-七節(jié)：B=1017mm H=800mm
臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構造、塔頂高度及拉桿結構等因素有關。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點外懸臂長度影響最大。截面寬度主要與臂架全長有關。設計臂架長度為40m，共分七節(jié)。
4） 腹桿布置和桿件材料選用
矩形截面臂架的腹桿體系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹桿體系既可采用人字式布置方式，也可 采用順斜置式。此兩種布置方式各有特點。
當采用順斜置式式，焊縫長度較短、質(zhì)量不易保證。焊接變形不均勻，節(jié)點剛度較差，且不便于布置小車變幅機構。因此本設計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應用區(qū)段不受限制，焊縫長度較長，強度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點剛度較好，便于布置小車變幅機構。
臂架桿件材料有多種選擇可能性。一般情況下，上吊點小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實心鋼為宜，但造價要高。因此本設計選用20號無縫圓鋼管。其特點是：慣性矩、長細比要小，抗失穩(wěn)能力高。下弦采用等邊角鋼對焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟實用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用89×8、89×7，下弦選用的角鋼型號為：75×8、75×5，臂間由銷軸連接。
5） 吊點的選擇與構造
吊點可分為單吊點和雙吊點。其設計原則是：臂架長度小于50m，對最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點結構。若臂架總長在50m以上，或對跨中附近最大起吊量有特大要求應采用雙吊點。采用單吊點結構時，吊點可以設在上弦或下弦。吊點以左可看作簡支梁，以右可看作懸臂梁。在設計中采用雙吊點。
3. 平衡臂與平衡重
QTZ40塔式起重機是上回轉塔機。上回轉塔機均需配設平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構成設計上所需要的作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩，在小車變幅水平臂架自升式塔機中，平衡臂也是延伸了的轉臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設起升機構。起升機構之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可發(fā)揮部分配重作用，二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導輪間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。
1） 平衡臂的結構型式
平衡臂的構造設計必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。短平衡臂的優(yōu)點是：便于保證塔機在狹窄的空間里進行安裝架設和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結構自重較輕。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當減少平衡重的用量，相應減少塔身上部的垂直載荷。平衡重與平衡臂的長度成反比關系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關系，因此，平衡臂的合理設計可節(jié)約材料，降低整機造價。
常用平衡臂有以下三種結構型式：
（1） 平面框架式平衡臂，由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁河系桿構成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設有防護欄桿。其特點是結構簡單，加工容易。
（2） 三角形斷面桁架式平臂，又分為正三角形斷面和倒三角形斷面兩種形式。此類平衡臂的構造與平面框架式平衡臂結構構造相似，但較為輕巧，適用于長度較大的平衡臂。從實用上來看，正三角形斷面桁架式平衡臂似不如倒三角形斷面桁架式平衡臂。
（3） 矩形斷面格桁結構平衡臂，其特點是根部與座在轉臺上的回轉塔架聯(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。
平衡臂結構選用型式的原則是：自重比較輕；加工制造簡單，造型美觀與起重臂匹配得體。故此次設計選用平面框架式平衡臂。它由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿構成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結構簡單，加工容易。平衡臂的長度是10.17m。如圖2-4所示：
圖2-4 平衡臂
2） 平衡重
平衡重屬于平衡臂系統(tǒng)的組成部分，它的用量甚是可觀，輕型塔機一般至少要用3～4t，重型自升式塔機要裝有近30t平衡重。因此在設計平衡重過程中，應對平衡重的選材、構造以及安裝進行認真考慮并作妥善安排。
平衡重一般可分為固定式和活動式兩種?；顒悠胶庵刂饕糜谧陨剿C，其特點是可以移動，易于使塔身上部作用力矩處于平衡狀態(tài)，便于進行頂升接高作業(yè)。但是，構造復雜，機加工量大，造價較高。故國內(nèi)大部分塔機均采用固定式平衡重。
平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鑄鐵平衡重的構造較復雜，制造難度大，加工費用貴，但體形尺寸較小，迎風面積較小，有利于減少風載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風面積大，對塔身結構及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構造簡單，預制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風吹雨淋，便于推廣。
因此，本次設計的塔式起重機采用鋼筋混凝土式平衡重。
4. 拉桿
QTZ40塔式起重機采用雙吊點式拉桿結構，拉桿由焊件組成，其材料為16Mn，拉桿節(jié)之間用過渡節(jié)連接，由受力特性計算出其拉桿點作為位置，其中在平衡臂和吊臂上設有拉板和銷軸用來連接用。
5. 上、下支座
上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強螺栓與回轉支承相連接在支承座兩側安裝有回轉機構，它下面的小齒輪準確地與回轉支承外齒圈嚙合，另一面設有限位開關。
下支座上部用高強螺栓與回轉支承連接、支承上部結構，下部四角平面用4個銷軸和8個M30的高強螺栓分別與爬升架和塔身連接。
6. 塔身
塔身結構也稱塔架，是塔機結構的主體，支撐著塔機上部結構的重量和承受載荷，并將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎。
1） 塔身結構斷面型式
塔身結構斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。圓形斷面和三角形斷面現(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面結構。因此本設計采用的也是方形斷面結構。按塔身結構主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結構塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結構；角鋼拼焊方鋼管格桁架結構塔身及無縫鋼管焊接格桁架結構塔身。由型鋼或鋼管焊成的空間桁架，其成本比較低，且能滿足工作需要。因此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。這種樣式具有選材方便、靈活的優(yōu)點。常用的矩形尺寸有：1.2m×1.2m，1.3m×1.3m，1.4m×1.4m，1.5m×1.5m，1.6m×1.6m，1.7m×1.7m，1.8m×1.8m，2.0m×2.0m。此次設計的尺寸為1.6m×1.6m。根據(jù)承載能力的不同，同一種截面尺寸，其主弦桿又有兩種不同截面之分。主弦桿截面較大的標準節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標準節(jié)則用于上部塔身。塔身標準節(jié)的長度有2.5m，3m，3.33m，4.5m，5m，6m，10m等多種規(guī)格，常用的尺寸是2.5m和3m。選用標準節(jié)長度為2.5m。
2） 塔身結構腹桿系統(tǒng)
塔身結構的腹桿系統(tǒng)采用角鋼或無縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內(nèi)側或焊裝于角鋼主弦桿外側。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剛度和彈性穩(wěn)定。
本次設計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結構采用的腹桿布置方式。
3） 標準節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身標準節(jié)的聯(lián)接方式有：蓋板螺栓聯(lián)接，套柱螺栓聯(lián)接，承插銷軸聯(lián)接和瓦套法蘭聯(lián)接。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應用最廣。
本次設計的QTZ40塔機采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點是：套柱采用齊口定位，螺栓受拉，用低合金結構鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標準節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復雜，但安裝速度比較快。
4） 塔身結構設計
（1） 輕、中型自升塔機和內(nèi)爬式塔機宜采用整體式塔身標準節(jié)。附著式自升式塔機和起升高度大的軌道式以及獨立式自升塔機宜采用拼裝式塔身標準節(jié)。拼裝式塔機塔身標準節(jié)的加工精度要求比較高，制作難度比較大，零件多和拼裝麻煩，但拼裝式塔身標準節(jié)的優(yōu)越性更不容忽視：一是堆放儲存占地??；二是裝卸容易；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，塔身結構采用整體式塔身標準節(jié)，如圖2-5所示：
圖2-5 塔身結構示意圖
（2） 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應發(fā)展組合制式塔機的需要，對于達到40m起升高度的塔機塔身宜采用兩種不同規(guī)格的塔身標準節(jié)，而起升高度達到60m的塔機塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標準節(jié)。除伸縮式塔身結構和中央頂升式自升塔機的內(nèi)塔外，塔身結構上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結構的主弦桿截面則須予以加大。
（3） 塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實心圓鋼，取決于塔身的起重能力、供貨條件、經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。
（4） 塔身節(jié)內(nèi)必須設置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設計塔身標準節(jié)，特別是在設計拼裝式塔身標準節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關系，以保證使用安全及安裝便利。爬梯寬度不宜小于500mm，梯級間距應上下相等，并應不大于30mm。當爬梯高度大于5m時，應從高2m處開始裝設直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為500mm。當爬梯高度超過10m時，爬梯應分段轉接，在轉接處加一休息平臺。
對于高檔的塔機，可根據(jù)用戶要求增設電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學的應用。
5） 塔身的接高問題
在遇到塔身需要接高問題時，應按下述兩種不同情況分別處理：
（1） 在額定最大自由高度范圍內(nèi)，根據(jù)工程對象需要增加塔身標準節(jié)，使低塔機變?yōu)楦咚C。
（2） 根據(jù)施工需要，增加塔身標準節(jié)，使塔身高度略超越固定式塔機的規(guī)定最大自由高度。
在進行具體接高操作之前，還應制定相關的安全操作規(guī)程，以保證拆裝作業(yè)的安全順利進行。
7．轉臺裝置
轉臺是一個直接坐在回轉支承（轉盤）上的承上啟下的支撐結構。
上回轉自升式塔機的轉臺多采用型鋼和鋼板組焊成的工字型斷面環(huán)梁結構，它支撐著塔頂結構和回轉塔架 ，并通過回轉支承及承座將上部載荷下傳給塔身結構。
8．回轉支承裝置
回轉支承簡稱轉盤，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，回轉支承可分為兩大類：一是球式回轉支承，另一類是滾柱式回轉支承。
1） 柱式回轉支承
柱式回轉支承又可分為：轉柱式和定柱式兩類。定柱式回轉支承結構簡單，制造方便，起重回轉部分轉動慣量小，自重和驅動功率小，能使起重機重心降低。轉柱式結構簡單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度以及起重量較大的塔機。
2） 滾動軸承式回轉支承
滾動軸承式回轉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支承、雙排球式回轉支承、單排交叉滾柱式回轉支承、三排滾柱式回轉支承。滾動軸承式回轉支承裝置結構緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應用最廣的回轉支承裝置。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。滾動軸承式回轉支承，回轉部分固定，在大軸承的回轉座圈上，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。
設計選用球式回轉支承，其優(yōu)點是：剛性好，變形比較小，對承座結構要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。
根據(jù)構造不同和滾動體使用數(shù)量的多少，回轉支承又分為單排四點接觸球式回轉支承、雙排球式回轉支承、單排交叉滾柱式回轉支承和三排滾柱式回轉支承。
設計采用單排四點接觸球式回轉支承，它是由一個座圈和齒圈組成，結構緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。
9．底架
塔機底架構造隨著塔身結構特點（轉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構可分為：十字型底架，帶撐桿的十字型底架，帶撐桿的井字型底架，帶撐桿的水平框架式桿件拼裝底架和塔身偏置式底架。
本次設計采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結構，在四角安裝有四條輻射狀可拆卸支腿，該支腿用槽鋼焊接而成，用螺栓與框架結構連接，底架通過20個預埋地腳螺栓與基礎固定，螺栓為M36，底架外輪廓尺寸約為：長×寬×高=4600×4600×250 mm。
撐桿的作用是使塔身基礎節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結構，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設置，塔身危險斷面由塔身根部向上移到撐桿的上支承面，同時塔身根部平面對底架的作用減小，從而改善底架的受力情況。
底架安裝時，將底架拼裝組合，放置于混凝土基礎上，對正四角的放射形支腿地腳螺栓，使底架墊平牢實，要求校平，平面度小于1/1000，擰緊20個M36的地腳螺栓。
10. 附著裝置
附著裝置由一套附著框架，四套頂桿和三根撐桿組成，通過它們將起重機塔身的中間節(jié)段錨固在建筑物上，以增加塔身的剛度和整體穩(wěn)定性．撐桿的長度可以調(diào)整，以滿足塔身中心線到建筑物的距離限制．
塔身附著裝置是用角鋼對焊組合成的附著框架，由螺栓聯(lián)接成框形，包箍于塔身標準的外表面，在附著框架下方的塔身主弦桿上分別固定一個小抱箍，以支持附著框架的重量，再由三根可伸縮調(diào)整的附著撐桿，通過銷軸把該框架與建筑物連接，使塔機在規(guī)定高度與建筑物附著。．附著裝置如圖2-6所示：
2-6 附著裝置
11. 套架與液壓頂升機構
1） 爬升架
爬升架主要由套架，平臺，液壓頂升裝置及標準節(jié)引進裝置等組成。套架是套在塔身標準節(jié)外部。套架用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高4.94米，截面尺寸2.0×2.0米2。外側設有平臺和套架爬升導向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側的下方，還設有支承套架的支塊，當套架上升到規(guī)定位置時，需將此支塊連同套架支托于塔身標準節(jié)的踏塊上。
為便于頂升安裝的安全需要特設有工作平臺，爬升架內(nèi)側沿塔身主弦桿安裝8個滾輪，支撐在塔身主弦桿外側，在爬升架的橫梁上，焊上兩塊耳板與液壓系統(tǒng)油缸鉸接承受油缸的頂升載荷，爬升架下部有兩個杠桿原理操縱的擺動爪，在液壓缸回收活塞以及引進標準節(jié)等過程中作為爬升架承托上部結構重量之用。
2） 頂升機構
頂升機構主要由頂升套架、頂升作業(yè)平臺和液壓頂升裝置組成，用于完成塔身的頂升加節(jié)接高工作。
3） 套架
上回轉自升塔機要有頂升套架。整體標準節(jié)用外套架。外套架就是套架本體套在塔身的外部。套架本身就是一個空間桁架結構。套架由框架，平臺，欄桿，支承踏步塊等組成。安裝套架時，大窗口應與標準節(jié)焊有踏塊的方向相反。套架的上端用螺栓與回轉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，以防止側向局部失穩(wěn)。門框內(nèi)裝有兩根引入導軌，以便與標準節(jié)的引入。
4） 液壓頂升
（1） 按頂升接高方式的不同，液壓頂升分為上頂升加節(jié)接高、中頂升加節(jié)接高和下頂升加節(jié)接高和下頂升接高三種形式。上頂升加節(jié)接高的工藝是由上向下插入標準節(jié)，多用于俯仰變幅的動臂自升式塔是起重機。下頂升加節(jié)接高的優(yōu)點：人員在下部操作，安全方便。缺點是：頂升重量大，頂升時錨固裝置必須松開。中頂升加節(jié)接高的工藝是由塔身一側引入標準節(jié)，可適用于不同形式的臂架，內(nèi)爬，外附均可，而且頂升時無需松開錨固裝置，應用面比較廣。
本次設計的QTZ40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。
（2） 按頂升機構的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構、鏈輪頂升機構、齒條頂升機構、絲杠頂升機構和液壓頂升機構等五種。繩輪頂升機構的特點是構造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構與繩輪頂升機構相類似，采用較少。齒條頂升機構在每節(jié)外塔架內(nèi)側均裝有齒條，內(nèi)塔架外側底部安裝齒輪。齒輪在齒條上滾動，內(nèi)塔架隨之爬升或下降。絲杠爬升機構的絲杠裝在內(nèi)塔架中軸線處，或裝在塔身的側面內(nèi)外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉，完成頂升過程。
本次設計的QTZ40塔式起重機采用液壓頂升機構。液壓頂升機構由電動機驅動齒輪油泵，液壓油經(jīng)手動換向閥、平衡閥進入液壓缸，使液壓缸伸縮，實現(xiàn)塔機上部的爬升和拆卸。其主要優(yōu)點是構造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構另有一套手動操作的爬升吊裝裝置與頂升液壓系統(tǒng)配合工作。液壓頂升系統(tǒng)如圖2-7所示：
2-7 液壓頂升系統(tǒng)
1- 電動機 2-聯(lián)軸器 3-齒輪泵 4-濾油器
5-溢流閥 6-壓力表開關 7-壓力表 8-手動換向閥
9-油缸 10-平衡閥
（3） 頂升液壓缸的布置：頂升接高方式又可分為中央頂升和側頂升兩種。所謂中央頂升，是指揮頂升液壓缸布置在塔身的中央，并設上，下橫梁各一個。液壓缸上端固定在橫梁鉸點處。頂升時，活塞桿外身，通過下橫梁支在下部塔身的托座或相應的腹桿節(jié)點上。液壓缸的大腔在上，小腔在下壓力油不斷注入液壓缸大腔，小腔中液壓油則回入油箱，從而使液壓缸將塔式起重機的上部頂起。所謂側頂升式，是將頂升液壓油缸設在套架的后側。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。側頂式的主要優(yōu)點是：塔身標準節(jié)長度可適當加大，液壓缸行程可以相應縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設計的QTZ40塔式起重機采用側頂式。
12. 基礎
固定式塔式起重機，可靠的地基基礎是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎應根據(jù)不同地質(zhì)情況，嚴格按照規(guī)定制作。除在堅硬巖石地段可采用錨樁地基（分塊基礎）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎。
鋼筋混凝土基礎有多種形式可供選用。對于有底架的固定自升式塔式起重機，可視工程地質(zhì)條件，周圍環(huán)境以及施工現(xiàn)場情況選用X形整體基礎，四個條塊分隔式基礎或者四個獨立塊體式基礎。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎。如這種塔機必須安裝在深基坑近旁，或者塔機安裝位置地質(zhì)條件較差，則應采用鉆孔灌注樁承臺基礎。
1） X形整體基礎的形狀及平面尺寸大致與塔式起重機X形底架相似。塔式起重機的X形底架通過預埋地腳螺栓固定在混凝土基礎上，此種形式多用于輕型自升式塔式起重機，如圖2-8所示：
圖2-8 X形整體基礎
2） 長條形基礎由兩條或四條并列平行的鋼筋混凝土底梁組成，其功能猶如兩條鋼筋混凝土的鋼軌軌道基礎，分別支承底架的四個支座和由底架支座傳來的上部荷載。如果塔機安裝在混凝土砌塊人行道上，或是安裝在原有混凝土地面上，均可采用這種鋼筋混凝土基礎。
3） 分塊式基礎由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結構傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構造尺寸視塔機支反力大小基地耐力而定。由于基礎僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負荷獨立柱基礎處理。其優(yōu)點是：構造比較簡單，混凝土及鋼筋用量都比較少，造價便宜。
4） 無底架固定式自升式塔機的鋼筋混凝土基礎，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎。塔機的塔身結構通過塔身基礎節(jié)、預埋塔身框架或預埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎上。
由于塔身結構與混凝土基礎聯(lián)固成整體，混凝土基礎能發(fā)揮承上啟下的作用：將塔機上不得載荷全部傳給地基。由于整體鋼筋混凝土基礎的體形尺寸是考慮塔式起重機的最大支反力、地基承載力以及壓重的需求而選定的，因而能確保塔機在最不利工況下均可安全工作，不會產(chǎn)生傾翻事故?；A預埋深度根據(jù)施工現(xiàn)場地基情況而定，一般塔式起重機埋設深度為1-1.5米，但應注意須將基礎整體埋住。
本次設計的QTZ40塔式起重機，選用的混凝土基礎為x基礎（如圖2-9所示）?；炷镣廨喞叽缂s為：長×寬×高=7000×7000×1100 mm（長×寬×高），總混凝土方量約11立方米，基礎重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A用鋼筋混凝土搗制，混凝土標號為300號，在基礎內(nèi)預埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等?；A的制作應嚴格按圖施工?；A的土質(zhì)應堅固牢實，要求承載能力大于0.15Mpa，混凝
土基礎的深度﹥1100mm 。
圖2-9 塔機設計基礎
2.2.2 工作機構
工作機構是為實現(xiàn)起重機不同的運動要求而設置的。對于自升式塔式起重機，主要包括起升機構，回轉機構，變幅機構和頂升機構。依靠這些機構完成起吊重物、運送重物到指定地點并安裝就位三項運動在內(nèi)的吊裝作業(yè)。
為了提高塔機生產(chǎn)率，加快吊裝施工進度，無論是起升機構、變幅機構、回轉機構均應具備較高的工作速度，并要求從靜止到全速運行，或從全速運行轉入靜停的全過程，都能平緩進行，避免產(chǎn)生急劇沖動，對金屬結構產(chǎn)生破壞性影響。對于高層建筑施工用的塔機來說，由于起升高度大，起重臂長，起重量大，對工作機構調(diào)速系統(tǒng)有更高的要求。
1. 起升機構
起升機構是塔式起重機使用頻繁而又最重要的工作機構。它主要由電動機、減速機、卷筒和制動器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。為了提高起重機的工作效率和安全可靠性，要求起升機構具有適合的調(diào)速性能。起升機構簡圖如圖2-10所示。
2-10起升機構簡圖
1-三速電機 2-聯(lián)軸器 3-液力推桿制動器
4-ZQ500圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器
根據(jù)使用說明書，起升機構由一合三速電動機驅動，電動機型號YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/
144rpm。通過彈性聯(lián)軸節(jié)與ZQ500型圓柱齒輪變速箱驅動起升卷筒，本機構采用液力推桿制動器。起升速度由電控三速電動機實現(xiàn)其“兩快一慢”的動作，本機構還備有高度限位裝置，避免起升時卷筒發(fā)生過卷現(xiàn)象，通過調(diào)整高度限位裝器行程開關的碰塊的位置，以實現(xiàn)吊鉤在最大高度時，起升機構斷電，保護高度限位的安全。高度限位器只是一種安全裝置，不允許用來作工作裝置使用。
1) 起升機構的傳動方式
按照起重機的傳動方式不同，起升機構有機械傳動，電力-機械傳動（簡稱電力傳動），和液壓-機械傳動（簡稱液壓傳動）等形式。
（1） 機械傳動：其動力是由發(fā)動機經(jīng)機械傳動裝置傳至起升機構起升卷筒，同時也傳至其它工作機構，由于集中驅動，為保證各機構獨立運動，整機的傳動比較復雜。起升機構的調(diào)速困難、操作麻煩、但工作可靠。
（2） 電力傳動：由直流或交流電動機通過減速器帶動起升卷筒。直流電動機傳動的機械特性適合起升機構工作要求，調(diào)速性能好，但直流電的獲得較為困難。交流電機傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結構簡單、機組重量輕。
（3） 液壓傳動：有高速液壓馬達傳動和低速大扭矩液壓馬達傳動。前者重量輕、體積小、容積效率高。后者傳動零件少，起、制動性能好，但容積效率較低，易影響機構轉速，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，結構簡單，機組重量輕，故電力傳動在起升機構上被廣泛采用?？紤]經(jīng)濟性、工作情況、工作效益等，本次設計采用電力傳動。
2） 起升機構的驅動方式
按照起重機的驅動方式不同，可分為以下大類：
多速電機起升機構：這種起升機構構造簡單，它是由一個多速電動機配上減速器、鋼絲繩卷筒組成。其制動器可以是電機本身帶的電磁盤式制動器，也可以是獨立的液壓推桿制動器。
繞線轉子異步電動機串接可變電阻調(diào)速起升機構：這種由繞線轉子異步電動機驅動、串接可變電阻調(diào)速的起升機構主要用于輕型快裝塔機。由于繞線式電動機本身具有良好的啟動特性，通過在轉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極籠型電動機驅動起升機構：這種調(diào)速起升機構具有較前一類更高的調(diào)速性能，由三極籠型電動機、電磁換擋2擋減速器、傳動系統(tǒng)和鋼絲繩卷筒組成。采用這種起升機構，可使調(diào)速檔數(shù)增加一倍，從而使工作速度與吊載更相適應，提高起升機構的生產(chǎn)效率。這種調(diào)速起升機構由于具有較好的價格性能比，其應用正日趨普及。
本設計選用多速電機起升機構。這種起升機構特點是：結構簡單、運行可靠，成本低，維護工作量小，并且可以帶載變速。但在變換極速時，速度沖擊和電流沖擊都比較大，故只適用與小容量的電機。
3） 起升機構的減速器
起升機構采用的減速器通常有以下幾種：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星齒輪減速器等。圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，使用普遍，但體積大。蝸輪減速器的尺寸小，傳動比大，重量輕，但效率低，壽命短。行星齒輪減速器包括擺線針輪行星減速器和少齒差行星減速器，具有結構緊湊、傳動比大、重量輕等特點，但價格較貴。比較上述性能，選用圓柱齒輪減速器。
4） 起升機構的制動器
起升機構的制動器可布置在高速軸上，也可布置在低速軸上。制動器布置在高速軸上時，所需制動力矩小，但制動時沖擊較大，通常采用塊式制動器。布置在低速軸上的制動器，所需制動力矩較大，通常采用帶式制動器或點盤式制動器。本設計將制動器布置在高速軸上，采用塊式制動器。
5） 滑輪組倍率
在起升機構中，滑輪倍率裝置是為了使起升機構的起重能力提高一倍，而起升速度會降低一倍，這樣起升機構能夠更加靈活地滿足施工的需要。塔式起重機一般都為單聯(lián)滑輪組，故倍率a等于承載分支數(shù)Z。起升速度有6種，見表2-1
表2-1起升特性參數(shù)表
倍率
a=2
a=4
起重量（t）
空鉤
2
2
0.188
4
4
速度(m/min)
92
61
14
30
20
4.5
四倍率與二倍率轉化方便、快捷，起升機構鋼絲繩纏繞示意圖及倍率轉換如圖2-11所示：
圖2-11 起升機構鋼絲繩纏繞示意圖
1-起升卷筒2-塔頂滑輪 3-起重量限制器滑輪
4-載重小車5-臂端固定點6-上滑輪7-吊鉤滑輪組
變換倍率的方法如下：將上滑輪6用銷軸與吊鉤滑輪組7的兩滑輪的桿交點連接起來，此時即為四倍率狀態(tài)；拔出銷子，上滑輪6上升到載重小車4處固定后，就變?yōu)槎堵薁顟B(tài)。
2. 回轉機構
塔機是靠起重臂回轉來保障其工作覆蓋面的?；剞D運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉支座分別裝在回轉支承的內(nèi)外圈上并由回轉機構驅動小齒輪。小齒輪與回轉支承的大齒圈嚙合，帶動回轉上支座相對于下支座運動。
回轉機構是重負荷工作機構，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結構部件轉動，而且要克服很大的迎風阻力。這些均是影響回轉機構設計及電動機功率選擇的因素。
目前采用的回轉機構有以下幾種：
1） 電動機——液力耦合器——減速器——小齒輪回轉機構
這種回轉機構呈“1”字型立式安裝，由于中間裝有液力耦合器，可減緩電機啟動時的速度沖擊，因此運動比較平穩(wěn)。但靠電機反接制動，特別在就位時，只能靠操作人員“點動”。特點是：結構簡單，運行可靠，造價相對較低，但調(diào)速性能
不好。
2） 帶渦流制動器的力矩電機——行星減速機——小齒輪回轉機構
這種機構在啟動和減速時，引入了渦流制動器，使之達到起、制動平穩(wěn)。但造價較高。
3） 變頻調(diào)速回轉機構
該機構由變頻調(diào)速電機（鼠籠型）——行星減速機——小齒輪組成。通過變頻器調(diào)整電源頻率，從而改變電機轉速，結構最為簡單，但目前尚無回轉機構專用變頻器。
4） 由多檔速度的繞線轉子異步電動機——液力耦合器——行星減速器——電磁片式制動器的回轉機構
這是一種較好的回轉機構，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對風荷調(diào)控作用在于風載轉矩增大超越限度時，電動機接電后，制動器便首先轉動，從而使塔機免去不必要的倒轉，風停止后，制動器又會立即松開。當工作班結束后，塔機非作業(yè)時，通過隨風轉電控或機械操作裝置使制動閘松開，令塔機猶若一座風向標可隨風轉動，但不至于被巨風強吹扭毀。
考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設計的QTZ40型號塔式起重機回轉機構選用第一種結構型式?；剞D機構由一臺雙速電動機驅動，電動機型號YD132M–8/6。經(jīng)過力偶合器至行星齒輪減速機到主動小齒輪，再驅動回轉支承大齒輪。本機構由于采用了液力偶合器聯(lián)結，使其運轉平穩(wěn)，沖擊慣性小，進而改善了塔機的工作狀況?；剞D機構工作原理見圖2-12。
圖2-12回轉機構簡圖
1-雙速電動機 2-液力偶合器
3-Xx4-100型行星齒輪減速器 4-驅動小齒輪
5-單排四點接觸球式回轉支承 6-回轉大齒輪
3. 變幅機構
變幅機構是實現(xiàn)改變幅度的工作機構，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅機構由電動機、減速器、卷筒和制動器組成。功率和外形尺寸較小。
變幅機構按其構造和不同的變幅方式分為運行小車式和吊臂俯仰式。
此次設計的QTZ40型塔式起重機采用水平臂小車變幅，實現(xiàn)小車的水平移動。按照小車沿吊臂弦桿行走方式，小車式變幅機構分為自行式和繩索牽引式兩類。前者驅動裝置直接裝在小車上，依靠車輪與吊臂軌道間的附著力驅動車輪使小車運行。電動滑車沿吊臂弦桿行走就是這類變幅機構的典型例子，由于牽引力受附著力的限制，而且小車自重也比較大，故這
種自行式小車變幅機構只適用于小型塔式起重機。
繩索牽引式變幅機構的小車依靠變幅鋼絲繩牽引沿吊臂軌道運行，其驅動力不受附著力的限制，故能在略呈傾斜的軌道上行走，又由于驅動裝置裝在小車外部，從而使小車自重大為減少，所以適用于大幅度，起重量較大的起重機。在塔式起重機中大多采用繩索牽引式變幅機構，這樣即可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅動裝置放在吊臂根部，平衡重也