塔式起重機設計

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CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985  大學 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 塔式起重機 專 業(yè)： 機電一體化工程 學 生： 準考證號： 指導老師： 畢業(yè)設計（論文）時間： 年 月 日～ 年 月 日 摘要 塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備，本機性能先進，結構合理，操作使用安全可靠．其主要特點是起重高度大，工作幅度寬．對本機的設計主要有總體方案的設計、整機的抗傾翻穩(wěn)定性、設計原則及有關計算。有關計算主要有塔機風力計算、平衡重的計算、吊臂的設計計算、臂架結構設計計算。塔機的金屬結構由起重臂、塔身、轉臺、承座、平衡臂、底架、塔尖等組成，其它的零部件還有滑輪，回轉支承，吊鉤和制動器等，塔機的工作機構有五種：起升機構、變幅機構、小車牽引機構、回轉機構和大車走行機構(行走式的塔機)。通過對塔機的設計計算我對塔式起重機有了更深入的研究，隨著國家基礎設施建設的迅速發(fā)展，塔式起重機的重要性更進一步的體現(xiàn)出來，所以我們必須更加深入的研究塔式起重機。 關鍵字：塔式起重機 機構 平衡 回轉 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 總體設計…………………………………………………………3 第一節(jié) 概述………………………………………………….…….….... 3 第二節(jié) 總體設計方案的確定……………………………………….......…3 第三節(jié) 設計原則……………………………………………...………....12 第四節(jié) 塔機的風力計算………………………………………………14 第五節(jié) 平衡重的計算…………………………………………………19 第六節(jié) 固定基礎穩(wěn)定性計算…………………………………………..20 第七節(jié) 整機的抗傾翻穩(wěn)定性………………………………………….21 第三章 吊臂的設計計算………………………………………..............25 第一節(jié) 吊臂的結構方案 ………………………………………………...25 第四章 臂架結構設計計算…………………..………...............…….... 29 畢業(yè)設計小節(jié)…………………………………………………………....53 參考文獻………………………………………………………………....54  塔式起重機設計 第一章　前言 塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。據(jù)記載，第一項有關建筑用塔機專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機，1923年制成了近代塔機的原型樣機，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機。1930年當時德國已開始批量生產(chǎn)塔機，并用于建筑施工。1941年，有關塔機的德國工業(yè)標準DIN8770公布。該標準規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機的起重能力。 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)達國家九十年代水平并躋身于當代國際市場。 　 五十年代初，我國塔機的仿制開始起步生產(chǎn)的是一些小型塔機，六十年代自行設計制造了25TM、40TM、60TM、160TM四種機型，多以擺臂為主；七十年代，隨著高層建筑發(fā)展，對施工機械提出了新的要求。于是，160TM附著式、45TM內(nèi)爬式、120TM自升式等都由我國自己設計并制造；八十年代，國家建設突飛猛進，建筑用最大的的250TM塔機也應運而生。特別是1984年，首先在北京建工集團建機廠引進世界先進的法國POTAIN（波坦）公司技術并于次年成功試制了FO/23B塔機，這可以說是我國塔機發(fā)展史的里程碑，它大大縮缺了我國與國外的差距，使我國塔機發(fā)展步入快行道。 本機性能先進，結構合理，操作使用安全可靠．其主要特點是起重高度大，工作幅度寬．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．這種塔機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．這種塔機有多種形式．設計正在不斷的完善中．此次設計的形式為固定上回轉液壓頂升自動加節(jié)． 產(chǎn)品技術性能含金量不高塔式起重機是建筑機械唯一可移動垂直運輸工具，其技術性能高低不僅關乎工程進度，更關系著安全生產(chǎn)。目前，我國塔機性能基本處于八、九十年代的機械化水平，與現(xiàn)代國外智能化、數(shù)字化控制技術還有很大差距，跟不上市場的需要。由于可靠性較差，造成機械、電器事故率較高。代表當代塔機技術性能的全無極調(diào)速、PLC控制在發(fā)達國家中已十分普及，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進步。由于建筑市場繁榮，發(fā)展迅速，大量中小建筑企業(yè)應運而生，很多新生建筑企業(yè)由于缺乏長運規(guī)則，資金不雄厚，只得購入技術含量低，一次性投入少的一般塔機或淘汰下來的"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，造成購入技術先進，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進步的因素，先進的技術，良好的監(jiān)控系統(tǒng)無疑對保障工程速度、質量和安全生產(chǎn)都會產(chǎn)生積極的效果，同時必不可少地要進行學習或培訓已掌握現(xiàn)代技術，這又會引起固有傳統(tǒng)觀念用戶的反感，他們誤認為原來的好使、 方便。 從塔機的技術發(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，就是以塔身結構為核心，按結構和功能特點，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，選用適當模塊分別組成具有不同技術性能特征的塔機，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)呂開發(fā)進度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費用，并能更好的為客戶服務。 塔機分為上回轉塔機和下回轉塔機兩大類。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式上頂升加節(jié)接高的塔機。按能否移動又分為：走行式和固定式。固定式塔機塔身固定不轉，安裝在整塊混凝土基礎上，或裝設在條形式X形混凝土基礎上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。 塔式起重機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行變幅，變幅運動平衡，其動臂較長，但動臂自重較大。動臂為壓桿式時，變幅機構曳引動臂仰俯變幅，變幅運動不如水平式平穩(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、塔頂信號燈、測風儀、防風夾軌器、爬梯護身圈、走道護欄等。司機室要求舒適、操作方便、視野好和有完善的通訊設備。 第二章　總體設計 第一節(jié)　概述 總體設計一般由技術負責人主持進行，在接受設計任務以后，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，力求結構合理，技術先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。制定設計總則以后，便可以編寫設計任務書，在調(diào)研的基上運用所學的知識，從優(yōu)選擇確定總體方案，保證設計的成功。 第二節(jié) 總體方案的設計 上回轉塔機是回轉支撐在塔身頂部的起重機．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)，電氣控制系統(tǒng)及安全保護裝置等幾大部分組成。 一． 金屬結構 塔式起重機金屬結構部分由：塔身，塔頭或塔帽，起重臂架，平衡臂架，回轉支撐架等主要部件組成．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，它承受著起重機自重以及作業(yè)時的各種外載荷，是塔式起重機的主要組成部分．其重量通常占整機重量的一半以上． 本次設計采用X形整體鋼筋混凝土基礎．這種形式適用于有底架固定式自升塔式起重機．它的形狀與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。這種基礎不僅起著承上啟下的作用將塔機的荷載傳給地基，同時發(fā)揮部分壓重作用，保證塔機的穩(wěn)定性。 混凝土外輪廓尺寸約為500050001500mm（長寬高），密度為2.4t／m3，總重為90t．基礎表面平整． 1.底架結構 塔機底架結構水塔身的結構特點及爬升方式而異。 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之上。 優(yōu)點：無需特殊的預埋地腳螺栓，通過調(diào)整活動短梁的張開角度可分別構成3.43.4，44，以及55的底架，混凝土基礎塊可根據(jù)施工底盤特點采用方行混凝土墩變成長方形混凝土墩。 基礎節(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.塔身結構 塔式起重機的塔身是塔機結構的主體，支撐著塔機上部的重量和載荷的重量．從結構形式可分為空間桁架結構和薄壁圓筒結構．按受力特點分為以承受軸向力為主的旋轉塔身和受壓，彎，扭轉作用的不旋轉塔身． 上回轉塔機的塔身固定不旋轉，但可以頂升接高.通常由多個標準節(jié)組成．標準節(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．標準節(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構． 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．上回轉塔機的塔身以受彎為主，受壓為輔，這是其突出的結構特點．因此塔身必須結實，有足夠的強度，剛度和局部失穩(wěn)的儲備． 3.1塔身結構斷面形式 塔身結構斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。 現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面塔身結構，本設計的塔機亦是方形斷面。這類方形斷面分為：角鋼焊接格桁結構塔身，主弦桿為角鋼鋪以加強筋的矩形的斷面格桁結構；角鋼拼接方鋼管格桁結構塔身及無縫鋼管焊接格桁結構塔身。本次設計采用角鋼拼接方鋼管格桁結構塔身。其中1.6m1.6m為本次設計的塔身截面尺寸。 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。常用的尺寸是2.5m和3m。 3.2塔身結構腹桿 塔身結構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)側或外側.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剛度和彈性穩(wěn)定性．本次設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，致使結構性變差．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，結構性較好．滑梯置于起重機結構內(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塔身標準節(jié)的聯(lián)接 塔身標準節(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構。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)。 4.2 頂升機構 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）.頂升機構的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構、輪頂升機構、條頂升機構、絲杠頂升機構和液壓頂升機構等五種。 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頂升兩種。 5. 回轉支撐裝置 5.1 柱式回轉支撐又有定柱式和轉動式兩類 5.2 滾動軸承式回轉支撐回轉部分固定，在大軸承的回轉座圈上，而大軸承的固定座圈則于塔身（底架或門座）的頂面相固結。 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)。 自升塔機塔身向上延伸的頂端是塔頂。 自升塔機的塔頂有直立截錐柱式，前傾或后傾截錐柱式，人字架式及斜撐架式等形式。 6.司機室 懸掛式司機室，設于轉臺之上臂根一側。在塔機轉場運輸中，司機室可單獨裝車運輸，不受剛結構搬運作業(yè)的影響，方便，經(jīng)濟，并且不易損壞，在性能指標上能較好的滿足使用要求。 司機室的使用要求：塔式司機室應能為司機提供一個較舒適的工作空間，不受風雨及沙塵的襲擊及捆擾，有良好通風及隔聲構造，保證滿足勞動衛(wèi)生要求。 7.起重臂 　　塔式起重機臂架的結構形式有三種：桁架壓桿式，桁架水平式和桁架混合式．上回轉塔機大多數(shù)是小車變幅式，故本次設計采用桁架水平式臂架利用沿臂架弦桿運行的起重小車的移動實現(xiàn)變幅． 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．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的影響最大．截面寬度主要與臂架全長有關．臂架越長，截面寬度應越寬．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．在條件相同情況下，從提高吊臂的承載能力出發(fā)吊點宜設在下弦；從減小臂端垂度出發(fā)吊點宜設在上弦． 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設計．附著裝置如圖 圖2-5 附著裝置 二．工作機構 塔式起重機都設有起升，回轉，變幅等工作機構。為提高塔機的生產(chǎn)效率，加快吊裝施工進度，各工作機構均應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行，避免產(chǎn)生急劇沖擊，對金屬結構產(chǎn)生破壞性影響。 1. 起升機構 起升機構是起重機機械的主要機構，用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構通常由遠動機、減速器、卷筒、制動器、離合器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。起升機構示意圖如圖2-6所示。 1.1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。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，故在電力傳動的起升機構上被廣泛采用。 機械傳動.其動力由發(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,為保證各機構的獨立運動,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。 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。 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。但容積效率低，易影響機構轉速，體積與重量較大。 綜上，考慮經(jīng)濟性、工作情況、工作效益等，本次設計的塔機起升機構采用電力傳動。 1.2起升機構的減速器 起升機構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，具有結構緊湊，傳動比大，重量輕等特點，但價格教貴。 1.3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 起升機構示意圖 1.4滑輪組倍率 塔式起重機一般都為單聯(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。 回轉機構設成雙回轉式，通常由回轉電動機、液力偶合器、回轉制動器、回轉減速器和小齒輪組成。 2.1回轉電動機 回轉電動機是整機的傳動分流裝置的一個傳動元件，其選擇由起重機的總動力源所決定。 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差，這樣電動機起動力矩不至于一下輸入到減速器，產(chǎn)生過大沖擊；二是當有兩臺回轉電動機同時并聯(lián)工作時，可以協(xié)調(diào)其負載比較平衡，不至于轉的快的負載很大，而轉的慢的負載教輕。 2.3制動器 回轉制動器選用常開式?；剞D制動在回轉過程中不允許使用，但回轉工作完成后，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 減速器是回轉機構的關鍵組成部分，既要減速，又要承受小齒輪軸傳來的集中反力?；剞D機構的安裝要求很緊湊，多用行星齒輪減速器，而且多級減速。 綜上，回轉機構由一臺單速電動機驅動，動力經(jīng)液力偶合器至行星齒輪減速器到小齒輪，在驅動回轉支承大齒輪，為使回轉就位準確，本機構中裝有一套單片電磁制動器以實現(xiàn)回轉止動，該裝置僅適用于在回轉電動機停止工作后，起重臂旋轉動作停止時使用。圖2—4所示為回轉機構簡圖。 1.回轉電動機 5.小齒輪 2.液力偶合器 6.回轉支承 3.制動器 7.聯(lián)軸器 4.回轉減速機 圖2－7　回轉機構示意圖 回轉機構有單回轉和雙回轉之分，單回轉機構由一臺回轉電動機帶動，承受單向力。雙回轉機構承受雙向力，回轉機構可能不同步。 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，功率和外形尺寸教小。 變幅機構按其構造和不同的變幅方式氛圍運行小車式和吊臂俯仰式。 本設計采用小車變幅。繩索牽引式小車變幅可使工作可靠，減輕起重臂載荷，而且因其驅動裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。 3.1驅動卷筒的型式 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 變幅機構因有兩個速度則應選用雙速電機。 3.3減速器 減速器是回轉機構的關鍵組成部分，既要減速，又要承受小齒輪軸傳來的集中反力。卷筒的傳動機構可采用普通標準卷揚機，為使機構尺寸更緊湊，本機構采用行星擺線針輪減速器。 3.4制動器小車牽引機構采用電磁鐵制動器，使起、制動平穩(wěn)可靠。回轉制動在回轉過程中不允許使用，但回轉工作完成后，一定要打開制動器。 圖2—8 為小車變幅機構簡圖。關于變幅機構的結構設計將在第三章機構設計中重點細述。 三.安全保護裝置及控制器 1）安全保護裝置 ①起升高度限制器 為了防止起升卷筒過卷而拉斷鋼絲繩，工程起重機均裝設起升高度限制器，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)點是結構簡單，使用方便．缺點是用鋼絲繩懸掛，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．這種限制器裝兩個限位開關還可以作雙向控制． ②起重量限制器 只控制或只顯示起重機的極限載荷．在正常的起重機作業(yè)中，起升鋼絲繩的合力R轉軸的矩M1＝Ra與彈簧力N對轉軸O的力矩M2=N*b相平蘅，而彈簧的變形量較?。敵d時，彈簧產(chǎn)生較大的變形，撐桿打開限位開關，使起升機構停止工作，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算系統(tǒng)以顯示部分和執(zhí)行機構所組成．力矩限制器通過檢測裝置當時的吊臂的長度和吊臂對水平面的傾角，并輸入到運算系統(tǒng)內(nèi)，計算出當時的工作幅度，然后根據(jù)相應的“幅度-起重量特性曲線”計算出當時允許起升的最大載荷，并以此作為額定值。裝設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算系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過計算后得出起升載荷的實際值．當實際值大于額定值時，起重機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 塔式起重機各個工作機構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：萬能轉換開關，主令控制器和聯(lián)動控制器；1）萬能轉換開關主要用于交流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換，以及5.5kw以下異步電動機直接啟動，轉向和多速電機的控制。其操作頻率不大于20次/n，機械壽命達106次，常用于輕型塔機中傳動系統(tǒng)起升機構和變幅機構控制。2）主令控制器用于頻繁地按順序轉換主電路或控制電路接線的開關電器。塔機上主要用凸輪控制器來控制繞線電機的轉子串電阻調(diào)速。它是介于電阻器和電動機之間一個關鍵性開關，用于接入或切出電阻器的電阻，使電機獲得所需要的機械特性；也用于控制電機的正反轉，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控制裝置，便攜式聯(lián)動控制用快裝塔機駕駛室聯(lián)動臺用于大中型塔機。 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成。接觸器可遠距離操縱電動機的啟?；蚍崔D；由于它能分斷過載數(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其他電器設備 1）電纜卷筒用于卷繞后盤狀儲存2）中央集電環(huán) 當為了避免電纜由于回轉失控造成扭斷事故，應利用回轉支承以及回轉臺結構空間設置中央集電環(huán)，通過集電環(huán)向上送電。 第三節(jié) 設計原則 一． 起重機的工作級別 塔式起重機劃分工作級別可作為設計人員進行設計計算的依據(jù),此外還作為技術參數(shù)依據(jù)提供用戶參考. 塔式起重機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. 根據(jù)使用狀況由GB/T13752—92《塔式起重機設計規(guī)范》確定塔式起重機利用等級為級(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． 機構的工作級別 根據(jù)GB/T13752—92《塔式起重機設計規(guī)范》，機構工作級別按機構的利用等級和等級狀態(tài)分為六級：。 塔式起重機的利用等級按機構總工作時間分為六級：。機構工作總時間規(guī)定為機構在設計壽命期內(nèi)處于運轉的總小時數(shù)，它僅作為機構零件的設計基礎，而不能視為保用期 。 機構的載荷狀態(tài)表明機構受載的輕重程度，按載荷譜系數(shù)分為三級：。 由參考書目1-表按塔式起重機類別為2類，非自行架設和自升式建筑用確定： 機構 項目 起升機構 回轉機構 牽引機構 利用等級 載荷狀態(tài) 工作級別 0.25 0.15 0.15 三. 主要技術性能參數(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 小車運行速度 20m/min 40m/min 7 空載回轉速度 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) 塔機風力計算 在露天工作的塔式起重機應考慮風載荷，并認為風載荷是一種沿任意方向的水平載荷。 起重機風載荷分工作狀態(tài)風載荷與非工作狀態(tài)風載荷兩類。 工作狀態(tài)風載荷是塔式起重機在正常工作情況下所能承受的最大計算風力。 非工作狀態(tài)風載荷是塔式起重機在非工作情況下所能承受的最大計算風力。 序號 適應情況 風壓 1 用于計算結構的疲勞強度 150N/m2 2 用于總體計算及結構強度計算 250N/m2 3 非工作狀態(tài)的總體結構計算 0-20m 800N/m2 20-40m 1100N/m2 一.工作狀況 １平衡臂的風力計算 1.1平衡臂可視為兩片平行平面桁架組成的空間結構，其整體結構的風力系數(shù)可取為單片結構的風力系數(shù)，護攔為管結構C取為1.2 表8 P8 1.2由平衡臂的設計尺寸計算迎風面積 對于兩片并列等高的型式相同的結構，考慮前片對后片的擋風作用，總迎風面積為 A=A1+ηA2 式中 A1—前片結構的迎風面積為A1=ω1A11，m2； A2—后片結構的迎風面積A2=ω2A12 ，m2； η—兩片相鄰桁架前片對后片的擋風折減系數(shù)，與ω1及兩片桁架間隔比Ls/h有關 則，結構的迎風面積A=A1+ηA2=ω1A11+ηω2A12 已知A1=A2=ωA0， A0=Lh=12.0791.1=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= 0.313.2+0.570.31.32=6.22m2； 1.3風力計算 公式為 FW=CWPWA 式中 FW——作用在塔式起重機上和物品上的風載荷，N； CW——風力系數(shù) 由參考書 ⅠP8表8查得為1.4 A——結構的迎風面積 PW——計算風壓Pa，第一種情況下為150Pa。 計算結果為 FW=1.21506.22=1119.6N Xc=--6.405m 2 起升機構的風力計算 2.1 塔式起重機的起升機構迎風面積按實體計算，其中CW取1.2， 2.2 A取其近似值1.130.784=0.8859 m2， 結構充實率為1.0 表9（P9） 2.3風力計算 結果為FW=1.21500.8859=159.462N。Xc= -9.07m。 3 平衡重的風力計算 3.1 風力系數(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的迎風面積A=ωA0=1.02.232.43=5.42m2，ω取1，3.3風力計算 結果為FW=1.215035.42=975.4N，Xc= -11.036m 以上合計ΣFW=1241.2+143.5+975.4=2360.1N， ΣMKW=ΣFWXc =1241.26.405+143.59.07+975.411.036 =20015.95N.m ， Xc=-20015.95/2360.1=-8.48m。 4 起重臂的風力計算 4.1 此次設計的塔式起重機的起重臂的結構形式為上弦桿為圓鋼管,腹桿為圓管的三角形截面空間結構,在側向風作用下，風力系數(shù)取為CW=1.3 4.2 已知起重臂為桁架結構， A0 =1.1055.5=61.05m2，取ω=0.6，A=0.661.05=36.63 m2 根據(jù)參考書 ⅠP8，三角形截面空間結構的風載荷按其垂直于風向的投影面積所受風力的1.25倍計算。 4.3 風力計算結果為 FW=1.25CWPWA= 1.25 1.315036.63=8958.6N。 5 牽引機構的風載荷計算 5.1 風力系數(shù)CW=1.2 參考書ⅠP8 表8 5.2 迎風面積A，機構按實體計算輪廓外形，由P9表9取其結構充實率為ω=1.0，A=1.0050.625=0.628 m2 5.3 風力計算得FW=1.21500.628=113.06N，Xc=7.425m 起重臂部分合計： ΣFW =8958.6+113.06=9071.66N ， ΣMKW=ΣFWXc =8786.7*28.5+113.06*7.425=251260.42N.m Xc=251260.42/8899.76=28.23m 6 塔頂?shù)娘L載荷計算 6.1 風力系數(shù)取為1.3 P8 表8 6.2 迎風面積A 結構充實率ω=0.3 P9 表9 A=1/21501.26.80.3=1.224 m2 6.3 風力計算由 FW=1.31501.224*1.25=298.35N，Xc=0 7 司機室的風載荷計算 7.1 風力系數(shù)取為1.2 P8 表8 7.2 迎風面積A 司機室按實體計算A=2.12.3=4.83 m2 7.3 風力計算由 FW=1.21504.83=869.4N，Xc=0 8 上下支座風載荷計算 由結構的迎風面積計算得FW=653N，Xc=0 9 塔身的風載荷計算 9.1 塔身為型鋼制成的桁架結構，風力系數(shù)取為CW=1.6 9.2 迎風面積計算 取結構的充實率為ω=0.6，則迎風面積為 A=0.61.640=38.4 m2。 9.3 風力計算結果為FW=CWPWA=1.615038.4=9216N。 二．工作工況 以下計算同上 1 平衡臂的風力計算 FW=CWPWA=1.22500.31.2261.2=132N 2 起升機構的風力計算 FW=CWPWA=143.5N 3 平衡重的風力計算 FW=CWPWA=1.22501.22.42=871.2N 以上合計ΣFW=132+143.5+871.2=1146.7N 4 起重臂的風力計算 FW =CWPWA=127N 5 牽引機構的風力計算 FW=CWPWA=113.06N 以上合計：ΣFW =240.06N 6 塔頂風力計算 FW=CWPWA=1.62500.60.51.26.8=1020N 7 司機室的風力計算 FW=CWPWA=1.22501.352.3=931.5N 8 上下支座風力計算 由前面的計算知FW=CWPWA=653N 9 塔身的風力計算 這種工況下，風對著矩形截面空間結構對角線方向吹，矩形截面邊長比為1：1〈2 風載荷取為風向著矩形邊長的作用時1.2倍。FW =92161.2=11059.2N 三 非工作工況 非工作狀態(tài)下的風載荷 0-20米 800 N/m2 20-40米 1100N/m2 在這種狀態(tài)下，風對塔機的作用方向與情況Ⅱ相同 1 平衡臂 FW=CWPWA=1.20.441100=580.5N 2 起升機構 FW=CWPWA=1.20.7971100=1069.57N 3 平衡重 FW=CWPWA=1.22.9041100=3833.28N 4 起重臂 FW=CWPWA=559N 5 牽引機構 FW=CWPWA=497.46N 6 塔頂 FW=CWPWA=1.63.061100=5385.6N 7 司機室 FW=CWPWA=1.23.1051100=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 上回轉式塔式起重機應按塔身受載最小的原則確定平衡重的質量。 平衡重的設計應使：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、變幅機構引起彎矩、及最大起重力矩之和減去平衡臂引起力矩、起升機構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 塔式起重機參照同類型塔機，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 起升機構 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 回轉軸承 0.48 0 0 41.2 8 回轉機構 0.4 0 0 41.80 9 司機室 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 變幅機構 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) 固定基礎穩(wěn)定性計算 固式塔機使用的混凝土基礎的設計應滿足抗傾翻穩(wěn)定性和強度條件： 混凝土基礎的抗傾翻穩(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中心的距離,m; M——作用在基礎上的彎距，N.m; F——作用在基礎上的垂直載荷，N； F——作用在基礎上的水平載荷，N； F——混凝土基礎的重力，N； h——混凝土基礎的高度，m; 。M= -28.218 tm F=F+F+F+F+F+F = 1191+229+990+653+13574+778 = 17415 N F.h = 174151.35 = 2.351 tm 水平載荷產(chǎn)生的力矩： M= 119141+22941.55+99045+65341.2+1357420+77842.6 = 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〈 說明基礎穩(wěn)定．　 第七節(jié) 整機的抗傾翻穩(wěn)定性 起重機抗傾翻穩(wěn)定性是指起重機在自重和外載荷作用下抵抗翻倒的能力，保證起重機具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性，是起重機設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 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=1.5552.42.5=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 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，作用在結構上的碰撞載荷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 牽引機構制動時間 t=3s Fc= (P+G)v/t=1/31.25(0.187+0.145)0.82/3=74N M5=Fc40=7440=0.296t.m 6 坡度載荷 考慮支承面傾斜，沉陷產(chǎn)生的載荷 7 風載荷 M7=102045+11059.220=26708.4N.m =26.7084t.m 三 工況3 暴風侵襲 非工作狀態(tài) 風向由平衡臂吹向起重臂 此狀態(tài)下，塔機有向后傾翻的傾向 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 風載荷 M=5386.545+17964.7210+24330.2430 =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）　?。?0+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 吊臂的設計計算 第一節(jié) 吊臂的結構方案 1.分析單吊點與雙吊點的優(yōu)缺點 單吊點小車變幅臂架是靜定結構，而雙吊點小車變幅機構是超靜定結構，對于大幅度塔式起重機，采用單吊點同采用雙吊點相比，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)濟性變差。 對于同一幅度的塔式起重機，與單吊點相比，采用雙吊點，將會改善臂端吊重時吊點的受力狀況，有利于改善起升性能，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點小車臂架相比，自重約可減輕5%到10% 2.吊臂吊點位置的選擇 參照同類型塔式起重機，初選第一吊點位置距吊臂根部為12.685m，第二吊點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） 進行分析，對比分析結果，選擇最優(yōu)組合。 3.吊臂結構參數(shù)的選擇 參照同類型塔式起重機，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 側面腹桿 403.5 403.5 403.5 403.5 其中第一吊點處的四根腹桿尺寸為544 第二吊點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