QTZ1000塔機(jī)總體方案和平頭式平衡臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及起升機(jī)構(gòu)校核計(jì)算

1、山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目 錄摘 要IIIABSTRACTIV1前 言1 1.1塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀1 1.1.1國(guó)外塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀1 1.1.2中國(guó)塔機(jī)的發(fā)展歷程1 1.1.3國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況2 1.1.4國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)存在的問題2 1.1.5當(dāng)今塔機(jī)發(fā)展趨勢(shì)3 1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容52設(shè)計(jì)原則和參數(shù)6 2.1塔機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)6 2.2起重機(jī)設(shè)計(jì)原則73總體方案設(shè)計(jì)8 3.1金屬結(jié)構(gòu)8 3.1.1起重臂9 3.1.2平衡臂10 3.1.3上、下支座11 3.1.4塔身12 3.2工作機(jī)構(gòu)13 3.2.1起升機(jī)構(gòu)13 3.2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)14 3.2.3變幅機(jī)構(gòu)16 3.2.4頂升機(jī)構(gòu)1

2、6 3.3驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)174平衡臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算18 4.1平衡臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18 4.2平衡臂特性計(jì)算19 4.2.1平衡臂截面特性參數(shù)19 4.2.2計(jì)算簡(jiǎn)圖及工況21 4.2.3平衡臂穩(wěn)定性計(jì)算23 4.2.4載荷計(jì)算24 4.2.5 拉桿受力計(jì)算285起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算29 5.1起升機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)29 5.2鋼絲繩選擇30 5.3卷筒設(shè)計(jì)31 5.4電動(dòng)機(jī)功率確定32 5.5減速器選擇34 5.6制動(dòng)器選擇34小 結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38摘 要本課題是針對(duì)QTZ1000塔機(jī)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過查閱書籍、論文等資料對(duì)平頭塔機(jī)有了比較深刻地認(rèn)識(shí)，平頭塔式起重機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適合于群塔交叉作

3、業(yè)，適合予對(duì)高度有特殊要求的場(chǎng)合施工，適合于對(duì)幅度變化有要求的施工場(chǎng)合。 論文首先對(duì)塔式起重機(jī)和平頭塔式起重機(jī)的發(fā)展及現(xiàn)狀做出了闡述，然后闡述了平基塔機(jī)的總體方案，并重點(diǎn)對(duì)平衡臂和起升的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了平衡臂長(zhǎng)度、截面特性、穩(wěn)定性以及起升機(jī)構(gòu)的類型、電動(dòng)機(jī)的選型等，最后，對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)并列舉了在此次設(shè)計(jì)中所查閱的文獻(xiàn)資料。 關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；平衡臂；起升機(jī)構(gòu)；校核計(jì)算QTZ1000 overall scheme peace head type tower crane balance arm structure design and checking calculation o

4、f hoistABSTRACTThis topic is for QTZ1000 tower crane in design and calculation, through access to books, paper and other materials has a more profound understanding to the tower head, flat head tower crane is suitable for the advantages of the group of crossover operation, is suitable for the occasi

5、on to have special request for highly construction, suitable for the construction situation of the request the change.Paper first head to tower crane peace tower crane and the present situation of development in this paper, and then expounds the overall scheme of the flat base tower crane, and the k

6、ey to balance arm and the lifting of the overall scheme design, determine the balance arm length and sectional characteristic, stability, and the types of lifting mechanism, the selection of the motor, etc., and finally, for the design are summarized and lists the in the design review of the literat

7、ure.Key words: tower crane, Balance arm; Lifting mechanism; A checkIV1前 言1.1塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀塔式起重機(jī)是一種塔身豎立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機(jī)械，在工業(yè)與民用建筑施工中是完成預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。工作機(jī)構(gòu)主要包括：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)等；起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，是以間歇，重復(fù)工作方式，將重物通過其中吊鉤或其他吊具懸掛在承載構(gòu)件（如鋼絲繩、鏈條）上進(jìn)行起升、下降，或起升與運(yùn)移的機(jī)械設(shè)備。主要安裝在塔式起重機(jī)的起重臂上。其主要組成部分有：電機(jī)、變速箱、制動(dòng)器、卷筒

8、、底架、軸承座和安全裝置等。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機(jī)高。由于塔式起重機(jī)能靠近建筑物，其幅度利用率可達(dá)全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機(jī)幅度利用率不超過50%，而且隨著建筑物高度的增加還會(huì)急劇的減少。因此塔式起重機(jī)在高層工業(yè)和民用建筑施工的是使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機(jī)對(duì)于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低工程造價(jià)起著重要的作用。1.1.1國(guó)外塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 塔式起重機(jī)的發(fā)展及其應(yīng)用在國(guó)內(nèi)雖然還不到半個(gè)世紀(jì)，但在國(guó)外已有近百年的歷史。半個(gè)多世紀(jì)以來，以法國(guó)波坦（Potain）和德國(guó)利勃海爾（Liebherr）公司為代表的歐洲幾大塔機(jī)制造商一直是世界塔機(jī)技術(shù)的領(lǐng)跑

9、者，在塔機(jī)的機(jī)構(gòu)性能、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)用領(lǐng)域等各方面都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。就結(jié)構(gòu)形式而言，動(dòng)臂變幅式、水平臂架小車變幅式塔機(jī)等都曾經(jīng)在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)各領(lǐng)風(fēng)騷，在最近幾十年水平臂架小車變幅式的自升塔機(jī)無論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的市場(chǎng)上一直占據(jù)主導(dǎo)地位。國(guó)外憑借先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，發(fā)展動(dòng)向主要體現(xiàn)在發(fā)展超大型起重機(jī)、“迷你”起重機(jī)、伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)、數(shù)據(jù)總線技術(shù)的應(yīng)用、靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)的研發(fā)等。1.1.2中國(guó)塔機(jī)的發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代，為滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，中國(guó)引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東一些國(guó)家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。1954年仿制民主德國(guó)設(shè)計(jì)的樣機(jī)，在撫順試驗(yàn)成功了中國(guó)第一臺(tái)TQ2-6型塔式起重機(jī)。上

10、世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)由東德引入我國(guó)的“建筑師”型塔機(jī)，這種塔機(jī)除了在國(guó)內(nèi)使用之外，北京建筑工程研究所還在此基礎(chǔ)上組織開發(fā)的16tm紅旗、”型塔機(jī)，應(yīng)是我國(guó)自行制造最早的塔機(jī)。這幾款塔機(jī)的特性是：軌道行走，下回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂變幅時(shí)不可負(fù)載，起升不可帶載變速以及整體運(yùn)輸?shù)?，其使用僅能滿足于6層以下樓房的施工。自上世紀(jì)60年代至80年代，全國(guó)共生產(chǎn)“紅旗、”塔機(jī)約3000余臺(tái)，這一型號(hào)塔機(jī)的生產(chǎn)使用過程也大約持續(xù)了20多年。1.1.3國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況2008年國(guó)內(nèi)塔機(jī)產(chǎn)量約20000臺(tái)，產(chǎn)值近100億元人民幣，起重性能從25tm到3000tm，型式主要為水平臂、平頭塔和動(dòng)臂塔，可謂品種繁多，產(chǎn)品的功能

11、用途、性能質(zhì)量、安全性、技術(shù)水平等方面，都在不斷地進(jìn)步和提高，除滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的需要，還大量出口到非洲、中東，甚至歐美國(guó)家。除極少量的大、特型塔機(jī)之外，到2000年以后基本擋住了國(guó)外塔機(jī)的進(jìn)口。但是在塔機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、技術(shù)水平、可靠性、節(jié)能性，以及制造工藝等方面，各制造廠家也存在較大的差異性。張家港P O T A I N、杭州杰牌C O M A N S A獨(dú)資或引進(jìn)技術(shù)的企業(yè)，其生產(chǎn)流程、制造工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、性能和技術(shù)水平，都處于國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)金字塔頂端，特別是P O T A I N的M C320系列塔機(jī)的LVF起升機(jī)構(gòu)，采用一字型的輪邊減速型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，體積小，高效、節(jié)能，

12、代表了當(dāng)今塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)較先進(jìn)的技術(shù)水平。撫順永茂的平頭塔機(jī)，在產(chǎn)品系列、規(guī)模、質(zhì)量、性能等方面，在國(guó)內(nèi)都處于領(lǐng)先地位。在大噸位平頭塔及動(dòng)臂塔機(jī)制造方面，南京中升較有特色。而在大噸位水平臂塔機(jī)研發(fā)、制造方面，四川建機(jī)較有心得。在塔機(jī)三大機(jī)構(gòu)方面，各廠家的技術(shù)水平和采用的型式也是參差不齊。起升機(jī)構(gòu)以型、L型為多，部分有采用一字型內(nèi)置行星或輪邊減速，動(dòng)力配置從低到高有三速電機(jī)、雙速電機(jī)帶渦流調(diào)速、RC S雙電機(jī)以及變頻電機(jī)。回轉(zhuǎn)從高到低為變頻調(diào)速、R C V控制、電磁聯(lián)軸節(jié)、力矩電機(jī)調(diào)速，較低端的還有采用液力耦合器。而變幅機(jī)構(gòu)大多采用力矩電機(jī)和變頻調(diào)速。而在塔機(jī)型式和結(jié)構(gòu)方面，主要還是以法國(guó)POTA

13、IN 和德國(guó)LIEBHERR兩種體系為主。1.1.4國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)存在的問題在塔機(jī)類型及結(jié)構(gòu)方面，一些廠家特別是有一定規(guī)模的廠家，過多地重視生產(chǎn)規(guī)模，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量不夠重視，特別是忽視技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品的技術(shù)水平多年來沒有大的提高。一些廠家忽視“塔機(jī)安全性為第一位”的原則，盲目追求制造大噸位水平臂塔機(jī)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)存在較大的安全隱患。同時(shí)一些不具備制造技術(shù)及生產(chǎn)管控能力較差的小廠，其產(chǎn)品質(zhì)量低劣，存在較大的使用安全隱患。同時(shí)大多數(shù)廠家的產(chǎn)品型式比較單一，對(duì)小噸位的快裝式塔吊，以及大噸位的動(dòng)臂式大塔，缺乏相應(yīng)的研發(fā)和投入，與國(guó)外先進(jìn)水平有較大差距。對(duì)塔機(jī)的智能化和安全預(yù)警，也缺乏必要的研發(fā)投入。而

14、對(duì)于結(jié)構(gòu)材料的抗疲勞試驗(yàn)，更無一個(gè)廠家具備相應(yīng)的技術(shù)設(shè)施和手段。有的廠家過度注重生產(chǎn)規(guī)模，或者不具備必要的生產(chǎn)設(shè)施，塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量不高，材料和結(jié)構(gòu)基層不作噴丸除銹處理，噴涂質(zhì)量不高。 在機(jī)構(gòu)方面，傳遞效力較低的軟齒面圓柱齒輪減速器，有的廠家還大量用于起升機(jī)構(gòu)，不符合國(guó)家的節(jié)能倡導(dǎo)，而且型起升機(jī)構(gòu)鋼繩的使用壽命短，R C S機(jī)構(gòu)雙電機(jī)能耗高、故障率高，等等，這些落后的技術(shù)和產(chǎn)品還在大量使用。這些普遍存在的問題，不僅造成行業(yè)技術(shù)水平落后，產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不高，還增大了塔機(jī)后期的使用成本。1.1.5當(dāng)今塔機(jī)發(fā)展趨勢(shì)塔式起重機(jī)的發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市建設(shè)、施工工藝、施工技術(shù)的發(fā)展有著密切的關(guān)系

15、，2013年5月23日中商情報(bào)網(wǎng)發(fā)布的中國(guó)塔式起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析主要有以下幾個(gè)方面：（1） 向多用途方向發(fā)展塔吊不僅可根據(jù)施工要求能裝配成行走式、固定式、附著式、內(nèi)爬式等式而且可以把臂架部分改變成靈活的布料桿形式(混凝土輸送)進(jìn)行工作 （2） 由俯仰變幅臂架向小車變幅臂架發(fā)展 因?yàn)榇蟛糠炙跄茏陨?，高度已不成主要矛盾，故而轉(zhuǎn)向幅度上的發(fā)展。特別是水平小車式在結(jié)構(gòu)上占優(yōu)勢(shì)，使用很方便（3）起重臂長(zhǎng)由短臂向長(zhǎng)臂發(fā)展主要原因?yàn)楸坶L(zhǎng)后使用的幅度范圍可以擴(kuò)大。往往一臺(tái)塔吊處在兩座建筑物中間，能兩邊兼顧或在乎面形體較復(fù)雜的建筑群中使用，以提高經(jīng)濟(jì)效益。所以，目前一般的臂長(zhǎng)在40m以上，而重型塔吊的臂長(zhǎng)已達(dá)

16、80M以上。（4）發(fā)展積木塔身如把建筑工程歷使用的不同超重能力的塔吊給予系列化，并把不同截面的塔身以過渡節(jié)形式加以“積木式”這樣管理使用方便，塔身力學(xué)性能好。（5）工作速度由低速向高速發(fā)展塔吊的工作速度直接影響到工程安裝的質(zhì)量和工效各國(guó)對(duì)此都很重視，目前最大起升速度已達(dá)100mmin以上。（6）項(xiàng)升機(jī)構(gòu)通用化自升式塔吊的液壓頂升機(jī)構(gòu)價(jià)格很貴，如能設(shè)計(jì)成小巧靈活、可折裝能搬動(dòng)，一臺(tái)頂升機(jī)構(gòu)就有可能供多臺(tái)塔吊交叉使用，從而降低塔機(jī)成本。（7）發(fā)展電視監(jiān)視、電腦控制系統(tǒng)持別是在操縱、通訊及安全保護(hù)方面先進(jìn)的電子技術(shù)將發(fā)揮更大的作用。國(guó)外在60一70年代就運(yùn)甩遙控電子技術(shù)使塔吊司機(jī)直接站在施工作業(yè)區(qū)，

17、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮和各種動(dòng)作的操作。 （8）下旋式快速安裝的塔吊這種塔吊頗受工地歡迎因?yàn)榇祟愃鯔C(jī)動(dòng)靈活。如日本在70年代已發(fā)展了一種能自行裝卸起板，而塔身及支腿能自由伸縮的汽車塔式起重機(jī)它能在狹小的馬路亡安裝施工這種新型塔式起重機(jī)能安裝18層以下的高層住宅建筑。（9）基于ANSYS有限元軟件進(jìn)行塔式起重機(jī)分析研究ANSYS軟件是美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內(nèi)增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，computer Aided design）軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限

18、元分析軟件。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Bin-Hui發(fā)表的的He Research and Key Bearing Part Simulation of Finite Element Analysis Platform of Gantry Crane Based on ANSYS中做了結(jié)構(gòu)有限元分析平臺(tái)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，使有限元更好的應(yīng)用于塔機(jī)的計(jì)算分析。在Naresh Chauhan,  P.M. Bhatt的Improving the Durabi

19、lity of the E.O.T. Crane Structure by Finite Element Analysis, and Optimize the Hook Material for Improving its Solidity中可以看出有限元分析在結(jié)構(gòu)耐久性計(jì)算分析方面也十分強(qiáng)大。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(shí)間走完了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家上百年塔機(jī)發(fā)展的路程，如今已達(dá)到國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家九十年代水平并躋身當(dāng)代國(guó)際市場(chǎng)。但是起重機(jī)行業(yè)在不斷地發(fā)展，我們需要不斷地改進(jìn)，不斷地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能使我們的起重機(jī)產(chǎn)業(yè)在世界上占有一席之地。近年來，我國(guó)塔機(jī)

20、行業(yè)通過公關(guān)，在認(rèn)真研究國(guó)外技術(shù)，結(jié)合國(guó)情實(shí)際情況下，研究出不少好產(chǎn)品，如CAD模塊化塔機(jī)組合設(shè)計(jì)，起重、布料兩用塔機(jī)等。開發(fā)過程中，也解決了大功率起升機(jī)構(gòu)的無極變速、PLC控制問題以及長(zhǎng)期困擾人們的起升機(jī)構(gòu)亂繩打扭問題等。以上問題都是自主開發(fā)采用國(guó)外關(guān)鍵元器件的辦法實(shí)現(xiàn)的，但知識(shí)產(chǎn)權(quán)是自主的。其中塔機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)控是我國(guó)塔機(jī)急需解決又必須解決的課題，這需要對(duì)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行揚(yáng)棄，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情著力進(jìn)行研制，如能解決將會(huì)大大推動(dòng)我國(guó)塔機(jī)技術(shù)發(fā)展向質(zhì)的飛躍。1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本次設(shè)計(jì)研究的是QTZ1000塔機(jī)總體方案和平頭式平衡臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及起升機(jī)構(gòu)校核計(jì)算。QTZ1000是采用上回轉(zhuǎn)自升式塔式起重機(jī)

21、，升高方式為外部附著式、變幅方式為小車變幅式。我這次設(shè)計(jì)平衡臂及拉桿，為了保證塔機(jī)有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計(jì)時(shí)金屬結(jié)構(gòu)首先滿足作業(yè)空間的需要，其次滿足總體布置的要求，而且有足夠的靜強(qiáng)度，其金屬結(jié)構(gòu)還應(yīng)有足夠的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)特性。塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件的重量占整機(jī)重量的比重很大，通常約占整機(jī)的60-70%。所以選擇合適的材料能減輕機(jī)構(gòu)的負(fù)荷，降低整機(jī)的造價(jià)。此外，結(jié)構(gòu)要合理，工藝性要好，盡可能去體現(xiàn)造型美。任何一種機(jī)械都有其參數(shù)，塔機(jī)的參數(shù)包括基本參數(shù)和主參數(shù)?；緟?shù)包括：幅度、起升高度、額定起升載荷、軸距、起重機(jī)重量、尾部回轉(zhuǎn)半徑、工件速度。主參數(shù)是公稱起重力矩，這些重要參數(shù)直接影響塔式起重機(jī)的工作

22、性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造成本。QTZ1000型塔機(jī)參數(shù)的選擇將參照各種塔機(jī)生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)及國(guó)家有關(guān)文獻(xiàn)來確定。起重臂可按施工拼裝成50米，60米，70米，80米。自由高度為79米，最大起升高度（附著）200米，額定起升力矩1000T·M。2設(shè)計(jì)原則和參數(shù)圖2.1塔機(jī)整體示意圖2.1塔機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)額定起重力矩：1000t.m；最大起重量：80t；最大工作幅度：80m；最小工作幅度：5m；最大起升高度：200米最大幅度處額定起重量：13T起升高度：獨(dú)立79米，附著200米起升速度：7.272m/min最低穩(wěn)定速度：5m/min最大回轉(zhuǎn)速度：0.5r/min變幅速度：0-35/50m/m

23、in頂升速度：0.4m/min工作溫度：-2040 工作電壓：380±%10V 風(fēng)速：工作狀態(tài)：20m/s 非工作狀態(tài)：46m/s 安裝時(shí)最大高度處風(fēng)速12m/s2.2起重機(jī)設(shè)計(jì)原則參照工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)手冊(cè)、D1250-80說明書，暫定塔機(jī)各機(jī)構(gòu)工作級(jí)別如下：（1）載荷狀態(tài) Q2 （中等載荷） 名義載荷譜系數(shù) Kr=0.25（2）利用等級(jí) U4（經(jīng)常清閑的使用） 總的工作循環(huán)次數(shù) N=2.5×105（3）起重機(jī)的工作級(jí)別 A43總體方案設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和框架。只有在做好總體設(shè)計(jì)的前提下，才能更好的完成設(shè)計(jì)。它是對(duì)滿足塔機(jī)技術(shù)

24、參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計(jì)的成敗關(guān)系到塔機(jī)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，直接決定了塔機(jī)設(shè)計(jì)的成敗。總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)各個(gè)部件和各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行，一般由總工程師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。在接受設(shè)計(jì)任務(wù)以后，應(yīng)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國(guó)內(nèi)外的同類機(jī)械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外塔機(jī)的使用、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研的情況，并進(jìn)行分析比較，制定總的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計(jì)的機(jī)型達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性好，工藝簡(jiǎn)單，工作可靠。塔機(jī)基礎(chǔ)固定一般分預(yù)埋螺栓固定基礎(chǔ)，預(yù)埋支腿固定基礎(chǔ)兩種形式，由于本次設(shè)計(jì)為QTZ1000塔式起重機(jī)，最大起升高度200米，最大吊重80T，屬于超大型起重機(jī)，所以采用穩(wěn)定性更好

25、的預(yù)埋支腿固定式。支腿上部與塔身節(jié)相連接，塔身節(jié)頂端、頂升套架與下轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，下轉(zhuǎn)臺(tái)上面與回轉(zhuǎn)支承的外圈連接。緊固在回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上的轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括上回轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)塔身、平衡臂、起重臂、變幅小車與吊鉤、平衡重、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及司機(jī)室等。這些部件均可繞塔身軸線在各自水平面內(nèi)一起回轉(zhuǎn)。起重臂通過銷軸與塔頭相連接。平衡臂則用兩根拉桿與塔頭連接，其根部與上轉(zhuǎn)臺(tái)銷軸連接。起升機(jī)構(gòu)設(shè)在平衡臂中后部，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在上轉(zhuǎn)臺(tái)右側(cè)，左側(cè)是司機(jī)室，變幅小車和吊鉤由設(shè)在位于起重臂靠近根部處的變幅機(jī)構(gòu)牽引，沿起重臂縱軸線做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。塔式起重機(jī)包括金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三部分。3.1金屬結(jié)構(gòu)塔式起重機(jī)的金屬

26、結(jié)構(gòu)是塔式起重機(jī)的重要組成部分，金屬結(jié)構(gòu)主要部件為：起重臂、平衡臂、上下支承座、塔身等。通常約占整機(jī)自重的70左右，承受塔機(jī)的自重載荷及工作時(shí)的各種外載荷，必須在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面保證塔機(jī)安全可靠地工作。因此金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、制造質(zhì)量的好壞都將直接影響塔式起重機(jī)的工作性能。塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：（1）滿足塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)要求（2）滿足塔式起重機(jī)安全可靠的要求（3）重量輕、材料省（4）構(gòu)造合理、工藝良好（5）造型美觀3.1.1起重臂塔式起重機(jī)臂架的結(jié)構(gòu)型式有三種：桁架水平式、桁架壓桿式、桁架混合式（圖3.1）桁架壓桿式臂架利用固定在臂架端部的變幅鋼絲繩改變臂

27、架傾角，使臂架俯仰變幅臂架主要承受軸向壓力。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(dòng)實(shí)現(xiàn)變幅臂架主要承受軸向力及彎矩作用。本次設(shè)計(jì)QTZ1000是采用桁架水平式。a)桁架水平式 ；b)桁架壓桿式 ；c)桁架混合式圖3.1塔式起重機(jī)臂架塔式起重機(jī)臂架長(zhǎng)，自重較大，臂架設(shè)計(jì)合理與否直接影響起重機(jī)的承載能力、整機(jī)穩(wěn)定性和整機(jī)自重。因此應(yīng)該在保證臂架的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性的條件下盡量減輕臂架的重量。根據(jù)以上分析采用小車變幅式臂架，雙吊點(diǎn)腹桿布置，三角截面起重臂的腹桿采用人字形布置，加工方便，便于布置小車變幅機(jī)構(gòu)。起重臂橫截面為等腰三角形，上弦桿、斜腹桿、水平斜腹桿均為無縫鋼管，兩根下弦桿為槽

28、鋼，下弦桿的上表面及側(cè)面保證分別平整既相互垂直以兼作變幅小車的運(yùn)行軌道。起重臂每節(jié)之間不存在互換性。為便于安裝運(yùn)輸和組合成不同長(zhǎng)度臂架，吊臂一般分成若干段，由根部節(jié)、端部節(jié)和若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，各節(jié)間通過螺栓和銷軸聯(lián)接。圖3.2 起重臂截面示意圖圖3.3 起重臂結(jié)構(gòu)示意圖3.1.2平衡臂QTZ1000塔式起重機(jī)是上回轉(zhuǎn)塔機(jī)。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)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(jì)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(jī)中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺(tái)，除平衡重外，還常在其尾端裝設(shè)起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)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

29、，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。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的平衡臂較長(zhǎng)，約為起重臂長(zhǎng)的1/4左右，QTZ1000最大工作幅度為80米，所以本次設(shè)計(jì)平衡臂長(zhǎng)度為20米。全臂分為兩節(jié)，節(jié)間用銷軸連接其根部用銷軸與回轉(zhuǎn)塔身相連，尾部通過平衡拉桿與塔頂相連接。平衡重?cái)R置在尾部起升機(jī)構(gòu)也靠后布置，電控柜靠前方。這樣布置平衡效果最好，而且便于檢查、維護(hù)和管理。圖3.4 平衡臂結(jié)構(gòu)示意圖圖3.5平衡臂截面圖3.1.3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(qiáng)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(jī)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

30、開關(guān)。下支座上部用高強(qiáng)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(gè)銷軸和8個(gè)M30的高強(qiáng)螺栓分別與爬升架和塔身連接。圖3.6 下支座圖3.7 上支座3.1.4塔身塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機(jī)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)今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的塔機(jī)均采用方形斷面結(jié)構(gòu)。因此本設(shè)計(jì)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，主弦桿一般為角鋼或者方鋼管、圓鋼管。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

31、。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(diǎn)。(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、X型等多種布置形式。腹桿不同會(huì)影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)腹桿采用X形布置。適合起重能力較大塔身結(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(jì)的QTZ1000塔機(jī)由于屬于大型起重機(jī)，為提高安裝效率，采用銷軸聯(lián)接，其特點(diǎn)

32、是：具有安裝速度快、不需要控制預(yù)緊力。(4） 塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕、中型自升塔機(jī)和內(nèi)爬式塔機(jī)宜采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。附著式自升式塔機(jī)和起升高度大的軌道式以及獨(dú)立式自升塔機(jī)宜采用拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。拼裝式塔機(jī)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(chǔ)存占地小；二是裝卸容易；三是運(yùn)輸費(fèi)用便宜，特別是長(zhǎng)途陸運(yùn)和運(yùn)洋海運(yùn)，由于利用集裝箱裝運(yùn)，其抗銹蝕和節(jié)約運(yùn)費(fèi)的效果極為顯著。 QTZ1000屬于大型自升式塔機(jī)，為方便運(yùn)輸、儲(chǔ)存，綜合各種型式的特點(diǎn)，塔身結(jié)構(gòu)采用拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。如圖3.8所示：圖3.8 塔身結(jié)構(gòu)示意圖3.2工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)

33、包括：起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)等部件。是塔機(jī)功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能好壞，直接關(guān)系到整機(jī)工作性能好壞。在塔機(jī)設(shè)計(jì)和使用過程中，必須保證其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作可靠。3.2.1起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)重物升、降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)的組成：電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等。起升機(jī)構(gòu)同平衡重一起安放在平衡臂的尾端，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。該機(jī)構(gòu)采用三速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過操縱臺(tái)上的轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)變速，以獲得理想的起升速度和慢就位的準(zhǔn)確性。（1）起升機(jī)構(gòu)要注意以下幾點(diǎn)問題：起升機(jī)構(gòu)的卷筒應(yīng)具有足夠的容繩量，臂架

34、處于最小幅度，吊鉤處在最低位置時(shí)，在卷筒上至少要保留3圈鋼絲繩。鋼絲繩在卷筒上應(yīng)有防止亂繩的裝置，應(yīng)選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。載荷在空中停止后，再次做提升起動(dòng)，此時(shí)載荷載任何提升操作條件下，均不得出現(xiàn)明顯反向動(dòng)作。起升機(jī)構(gòu)按布置形式分為：形布置、L形布置、U形布置、一字形布置。跟據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇形布置。起升機(jī)構(gòu)布置形式： 圖3.9 起升機(jī)構(gòu)示意圖1.電動(dòng)機(jī)；2.制動(dòng)器 ；3.減速器；4.卷筒；5.軸承座；6.高度限位器（2）起升機(jī)構(gòu)主要零部件選擇減速器選擇起升機(jī)構(gòu)常用的減速器有圓蝸輪減速器、柱齒輪減速器、行星齒輪減速器三種。渦輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、尺寸小、傳動(dòng)比大，缺點(diǎn)是效率低、壽命短；柱齒輪減速器的

35、優(yōu)點(diǎn)是效率高，功率范圍大，缺點(diǎn)是體積重量都很大；行星齒輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、重量輕，缺點(diǎn)是造價(jià)貴。綜合考慮性價(jià)比、工作效率，本塔式起重機(jī)選擇柱齒輪減速器，且柱齒輪減速器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選型方便。制動(dòng)器選擇為了保證起升機(jī)構(gòu)的正常工作和安全性，防止工作中突然斷電導(dǎo)致重物下墜，制動(dòng)器應(yīng)選用常閉式。鋼絲繩選擇根據(jù)繩鋼絲韌性（內(nèi)彎次數(shù)的多少）分為：特級(jí)、I級(jí)和級(jí)，起重機(jī)通常采用I級(jí)。由于本塔機(jī)常用于海邊港口建設(shè)，濕度大，腐蝕嚴(yán)重，故鋼絲繩的表面處理應(yīng)為“甲”級(jí)（用于嚴(yán)重腐蝕場(chǎng)合）。鋼絲繩應(yīng)選用交繞繩，因其克服了順繞繩扭轉(zhuǎn)和易松散的缺陷，且比混繞繩的制作工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好。3.2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)

36、機(jī)構(gòu)是重負(fù)荷工作機(jī)構(gòu)，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，而且要克服很大的迎風(fēng)阻力。這些均是影響回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)功率選擇的因素。目前采用的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有以下幾種：（1） 電動(dòng)機(jī)液力耦合器減速器小齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這種回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)呈“1”字型立式安裝，由于中間裝有液力耦合器，可減緩電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速度沖擊，因此運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)。但靠電機(jī)反接制動(dòng)，特別在就位時(shí)，只能靠操作人員“點(diǎn)動(dòng)”。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，造價(jià)相對(duì)較低，但調(diào)速性能不好。（2） 帶渦流制動(dòng)器的力矩電機(jī)行星減速機(jī)小齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)和減速時(shí)，引入了渦流制動(dòng)器，使之達(dá)到起、制動(dòng)平穩(wěn)。但造價(jià)較高。（3） 變頻調(diào)速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)由變頻調(diào)速

37、電機(jī)（鼠籠型）行星減速機(jī)小齒輪組成。通過變頻器調(diào)整電源頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，但目前尚無回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)專用變頻器。（4） 由多檔速度的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)液力耦合器行星減速器電磁片式制動(dòng)器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這是一種較好的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對(duì)風(fēng)荷調(diào)控作用在于風(fēng)載轉(zhuǎn)矩增大超越限度時(shí)，電動(dòng)機(jī)接電后，制動(dòng)器便首先轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使塔機(jī)免去不必要的倒轉(zhuǎn)，風(fēng)停止后，制動(dòng)器又會(huì)立即松開。當(dāng)工作班結(jié)束后，塔機(jī)非作業(yè)時(shí)，通過隨風(fēng)轉(zhuǎn)電控或機(jī)械操作裝置使制動(dòng)閘松開，令塔機(jī)猶若一座風(fēng)向標(biāo)可隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，但不至于被巨風(fēng)強(qiáng)吹扭毀。考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設(shè)計(jì)的QTZ1000型號(hào)塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

38、選用第一種結(jié)構(gòu)型式。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一臺(tái)雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YTRVF180L1-4F2B5。經(jīng)過力偶合器至行星齒輪減速機(jī)到主動(dòng)小齒輪，再驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承大齒輪。本機(jī)構(gòu)由于采用了液力偶合器聯(lián)結(jié)，使其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊慣性小，進(jìn)而改善了塔機(jī)的工作狀況?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理見圖3.10。1-雙速電動(dòng)機(jī) 2-液力偶合器3-Xx4-100型行星齒輪減速器 4-驅(qū)動(dòng)小齒輪5-單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承 6-回轉(zhuǎn)大齒輪圖3.10回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.2.3變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)是實(shí)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(dòng)機(jī)、減速器、卷筒和制動(dòng)器組成。功率和外形尺寸較小。變幅機(jī)構(gòu)按其構(gòu)造和不

39、同的變幅方式分為運(yùn)行小車式和吊臂俯仰式。此次設(shè)計(jì)的QTZ1000型塔式起重機(jī)采用水平臂小車變幅，實(shí)現(xiàn)小車的水平移動(dòng)。由于起重量較大，為避免起重臂臂架應(yīng)力過度集中，所以采用雙小車變幅。按照小車沿吊臂弦桿行走方式，小車式變幅機(jī)構(gòu)分為自行式和繩索牽引式兩類。在塔式起重機(jī)中大多采用繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)，這樣即可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅(qū)動(dòng)裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。因此選用繩索牽引式小車變幅機(jī)構(gòu)。 1.起升卷筒導(dǎo)向滑輪；2.撐架導(dǎo)向滑輪；3.上支座起重量限制器滑輪；4副小車；5.主、副小車連接粱；6.主小車；7.防扭裝置；8.主小車定滑輪； 9.下滑輪組滑輪：10.上滑輪組滑輪

40、；11.副小車定滑輪圖3.11雙小車四倍率繞繩3.2.4頂升機(jī)構(gòu)頂升機(jī)構(gòu)的頂升形式有繩輪頂升、鏈輪頂升、齒條頂升、絲杠頂升和液壓頂升等5種。繩輪頂升和鏈輪頂升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不平穩(wěn)，采用較少。液壓頂升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操縱方便、爬升速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。本塔機(jī)采用液壓頂升機(jī)構(gòu)。 綜合上述機(jī)構(gòu)選型和原始設(shè)計(jì)參數(shù)得出下面的技術(shù)性能數(shù)據(jù)表：技術(shù)性能數(shù)據(jù)表機(jī)構(gòu)工作級(jí)別起升機(jī)構(gòu)M4回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)M5變幅機(jī)構(gòu)M4整機(jī)工作級(jí)別A4最大起重力矩(t.m)1000獨(dú)立式最大起升高度（m）固定式附著式79200工作幅度（m）最大80最小6.5最大起重量（t）80起升機(jī)構(gòu)型號(hào)QPL4272倍率=2雙小車=4

41、雙小車=8起重量（t）/速度5/7210/57.620/ 28.810/ 3620/28.840/ 14.420/1840/14.480/ 7.2最低穩(wěn)定速度（2倍率）（m/min）5功率（kW）132變幅機(jī)構(gòu)速度（m/min）035/50功率（kW）18.5回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速度（r/min）00.5功率（kW）3×18.5頂升機(jī)構(gòu)工作壓力（Mpa）31.5速度（m/min）0.4功率（kW）22總功率（kW）200（不含頂升）平衡重（t）50米臂長(zhǎng)60m臂長(zhǎng)70m臂長(zhǎng)80m臂長(zhǎng)45.445.455.257.4工作電壓380（±10%）V50Hz風(fēng)速工作狀態(tài)20m/s非工作狀態(tài)46

42、m/s工作溫度（）-20+403.3驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是塔式起重機(jī)又一個(gè)重要的組成部分。驅(qū)動(dòng)裝置用來給各種機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，最常用的是YZR與YZ系列交流電動(dòng)機(jī)。控制系統(tǒng)對(duì)工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置實(shí)行控制，并及時(shí)地將工作情況用各種參量：電流值、電壓值、速度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置與風(fēng)速等數(shù)值顯示出來，以使司機(jī)在操作時(shí)心中有數(shù)。一臺(tái)性能優(yōu)越的塔式起重機(jī)，必須由性能良好、安全可靠、壽命較長(zhǎng)的控制系統(tǒng)與之配合。4平衡臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1平衡臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡臂是用來擱置平衡重、起升機(jī)構(gòu)、電控柜等設(shè)施用的，它是由工字鋼、槽鋼、防鋼管或角鋼組焊而成的平面框架，其上設(shè)有走道和防護(hù)欄桿，便于

43、人員在上面進(jìn)行安裝和檢修作業(yè)。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的平衡臂相對(duì)較大，約為起重臂長(zhǎng)的1/4左右，前臂分為前后兩節(jié)，節(jié)間用銷軸連接，其根部由銷軸與回轉(zhuǎn)塔身相連 接，尾部通過平衡拉桿與塔頂相連接。平衡重?cái)R置在尾部，起升機(jī)構(gòu)也靠后方布置，電控柜靠前方布置，這樣布置平衡效果最好，而且便于檢查、維護(hù)和管理。平衡臂的載荷是固定不變的，故其結(jié)構(gòu)計(jì)算便于掌握計(jì)算，對(duì)于起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)動(dòng)載荷激振源，其激振頻率與平衡臂固有頻率相等或與平衡臂固有頻率相接近也會(huì)產(chǎn)生共振。使塔機(jī)工作平穩(wěn)。當(dāng)遇到這樣的情況時(shí)，平衡臂的梁要加大，增加剛性，改變其固有頻率；縮短平衡臂長(zhǎng)度，也可改變固有頻率，但平衡重要增加；還有一個(gè)辦法，是在一節(jié)臂也

44、設(shè)置一個(gè)輔助的拉桿支點(diǎn)，平衡拉桿在中間分叉總拉桿在分拉桿夾角平分線上，形成穩(wěn)定的雙吊點(diǎn)平衡拉桿。這種方法對(duì)改變固有頻率最有效。平衡臂結(jié)構(gòu)形式：上回轉(zhuǎn)塔機(jī)需配設(shè)平衡臂，其功能是支承平衡重（或稱配重），支承平衡重用以構(gòu)成設(shè)計(jì)上所要求的作用方向與其中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(jī)中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺(tái)，除平衡重外，還常在其尾部裝設(shè)起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可以發(fā)揮一部分配種作用；二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導(dǎo)向輪之間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。平衡臂有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：(1）平面框架式平衡臂：有兩根槽鋼縱梁或有槽鋼焊成的箱形斷面組

45、合梁和系桿組成。在框架的平面鋪有走道版，走道板兩旁設(shè)有防護(hù)欄桿。這種平衡臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易。(2）三角形斷面桁架式平衡臂（正三角形斷面和側(cè)三角形斷面兩種）：此類平衡臂的構(gòu)造與起重臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，但較為輕巧，適用于長(zhǎng)度較大的平衡臂。(3）矩形截面桁架式平衡臂：根部與座在回轉(zhuǎn)塔架連接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長(zhǎng)的超重型自升式塔機(jī)。平衡臂結(jié)構(gòu)形式的選用原則是：自重比較輕，加工制造簡(jiǎn)單，造型美觀與起重臂匹配得體。起重力矩不超過1600KN·M的自升式塔機(jī)，均以采用平面框架式平衡臂較為適宜。重型和超重型自升塔機(jī)，則可采用倒三角形或矩形截面桁架式的平衡臂。平衡臂的構(gòu)造設(shè)計(jì)必須保證所要求的

46、平衡力矩得到滿足。短平衡臂優(yōu)點(diǎn)：便于保證塔機(jī)在狹窄的空間里進(jìn)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(jī)使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)自重較輕。長(zhǎng)平衡臂的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以適當(dāng)減少平衡重的用量相應(yīng)的減輕塔身上部垂直載荷。根據(jù)以上分析，QTZ1000型塔式起重機(jī)選用矩形截面桁架式平衡臂。圖4.1 平衡臂機(jī)構(gòu)示意圖圖4.2 平衡臂截面圖4.2平衡臂特性計(jì)算4.2.1平衡臂截面特性參數(shù)（1）主肢截面形式為等邊角鋼封板： 已知：角鋼型號(hào)：L200*20-9430 封板型號(hào)：10*177 角鋼截面參數(shù)：Ix1=2545.83mm4 Iy1=2545.19mm4 Wx1=240.41mm4

47、 Wy1=240.41mm4行心坐標(biāo)：X1=10.59mm Y1=10.59mm 封板截面參數(shù)：Ix2=8049.71mm4 Iy2=8049.71mm4 Wy2=909.57mm4 Wy1=910.15mm4 形心坐標(biāo)：X2=8.58mm Y2=8.58mm（2）斜撐桿截面形式為槽鋼： 槽鋼型號(hào)： C12.6 槽鋼截面參數(shù)： Ix_xcg=3910000mm4 Iy_xcg=380000mm4 Wx_xcg=621000mm3 Wy_xcg=102000mm3 ix_zfg=49.5mm iy_xcg=15.7mm A_xcg=1569.2mm2（3）橫梁截面形式為方管： 已知：方管型號(hào)：F

48、70*4 方管截面參數(shù)：Ix1=2545416mm4 Iy1=2545416mm4 Wx1=56564mm4 Wy1=56564mm4 （4）平衡臂截面A整個(gè)截面的截面特性： 截面面積:A_db=2A_zh=6983.400mm2Ix_db=2Ix_zh =67400000.000mm4I4.2.2計(jì)算簡(jiǎn)圖及工況 圖4.2 平衡臂計(jì)算簡(jiǎn)圖圖4.2中：Q1、Q2：平衡臂自重；G2:起升機(jī)構(gòu)重（10.8t）；G3:配電箱重（100kg）；Q3:平衡重； T：拉索拉力； S：起升鋼絲繩拉力；G1：平衡臂自重（33.09t）；G4：平衡重（57.4t）。計(jì)算工況：本塔式起重機(jī)平衡臂耳板位置的設(shè)計(jì)原則：

49、無風(fēng)、靜止?fàn)顟B(tài)主肢應(yīng)力等于無風(fēng)、吊起最大起重量、靜止?fàn)顟B(tài)主肢的應(yīng)力。所以平衡重設(shè)計(jì)工況確定為空載、鋼絲繩全部卷入、風(fēng)垂直吊臂吹。平衡重位置及拉桿確定工況一： 滿載P=80t，高度為最大H=79.95m， 鋼絲繩拉力：=px+=80x0.5（1+1.3）x+37000=957000(N) :吊鉤組重（37000N）； ：鋼絲繩重量(500N)； ：起升機(jī)構(gòu)從卷筒到吊鉤的傳動(dòng)總效率； a:滑輪組倍率； ：動(dòng)載系數(shù)；工況二： 空鉤時(shí)，鋼絲繩全部卷入。設(shè)工況一和工況二由平衡臂自重、；起升機(jī)構(gòu)重；配電箱重；平衡重；拉索拉力T；起升鋼絲繩拉力S；軸力分別為、和、。/根據(jù)平衡重位置的設(shè)計(jì)原則：（起升機(jī)構(gòu)出工

50、況一和工況二的應(yīng)力相等）計(jì)算得：=36291.65（N）拉索直徑：取 故選用mm的圓鋼（兩根拉索）：平衡臂拉桿與平衡臂夾角； ：起升繩與平衡臂夾角。4.2.3平衡臂穩(wěn)定性計(jì)算(1)計(jì)算所需部分?jǐn)?shù)據(jù)： 平衡臂寬：1500mm； 主肢20#+10封板； 平衡臂根回轉(zhuǎn)中心距：1850/2+180=1105mm； 最大額定起重量：P=80t； 最小額定起重量：P=1.15t； 回轉(zhuǎn)速度：0.5r/min； 起、制動(dòng)時(shí)間：t=4s。(2)截面特性計(jì)算 主肢的截面形式為等邊角鋼焊件封板 已知：角鋼型號(hào)20# 封板型號(hào)10# 角鋼截面系數(shù)：、AA=64.22 截面中斜撐桿截面形式：C12.6槽鋼 平衡臂截面

51、： 4.2.4載荷計(jì)算(1）平衡臂自重： 平衡重均布載荷：(2）風(fēng)力計(jì)算 單位長(zhǎng)度上的風(fēng)力：(3）回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的力矩計(jì)算：由風(fēng)力產(chǎn)生的0點(diǎn)的力矩為：由起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為： 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)?。河膳渲禺a(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：由平衡臂自重產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：由配電箱產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：回轉(zhuǎn)平面臂根總力矩：回轉(zhuǎn)平面吊點(diǎn)處彎矩：（4）在起升平面內(nèi)由橫向載荷引起的最大彎矩：由起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的最大彎矩： 由表查得： 有自重載荷在起升機(jī)構(gòu)處產(chǎn)生的最大彎矩：（5）計(jì)算、（6）查表得（7）計(jì)算歐拉臨界公式：（8）計(jì)算橫向載荷彎矩系數(shù)：（9）計(jì)算吊點(diǎn)處彎矩：（10）計(jì)算端彎矩的不等折減系數(shù):（11）計(jì)算穩(wěn)定性 （

52、12）平衡臂單肢穩(wěn)定性驗(yàn)算： 主肢40a+10封板： A=11025 查表得： 整體穩(wěn)定性和單肢穩(wěn)定性均合格。4.2.5 拉桿受力計(jì)算 =930MPa Mpa； Q345B =170MPa 圓鋼材料為Q345B。（1）其抗拉強(qiáng)度為：=170Mpa 銷軸材料為。（2）其抗拉強(qiáng)度：Mpa 其剪切強(qiáng)度：=930Mpa 故拉桿受力安全。5起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算5.1起升機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 起升速度：高速：72m/min； 中速：45m/min； 低速：7.2m/min； 工作級(jí)別： % Z=300 JC：接電持續(xù)率 Z：折合的每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)專用減速器是塔機(jī)上采用最為廣泛的一種減速器。由于塔機(jī)用戶在繩筒大小選擇質(zhì)量的安全可靠性等方面考慮,要求采用一種特殊要求的減速器，塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)專用減速器就是應(yīng)用戶要求設(shè)計(jì)制造的一種特殊減速器，它屬于非標(biāo)型減速器。大部分由中聯(lián)建筑機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，JD566型，JD50型，QSZ460型，ZSB781型等各種專用減速器已廣泛應(yīng)用于各種塔機(jī)。塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)專用減速器較國(guó)標(biāo)普通圓柱齒輪減速器的要求更加嚴(yán)格,所有部件(軸承,油封,鋼材等)的進(jìn)貨都必須遵循嚴(yán)格正規(guī)的進(jìn)貨渠道,每一道工序都必須經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn),熱處理由有專業(yè)的廠家提供.使其安全性,穩(wěn)定性都達(dá)到一個(gè)新的層次.塔