塔式起重機設(shè)計計算書

1、塔式起重機設(shè)計計算書一： 總體設(shè)計-（2-13）1主要技術(shù)性能-（2-3）2計算原則-（4-5）3平衡重的計算-（5-8）4塔機的風(fēng)力計算-（8-12）5整機傾翻穩(wěn)定性計算-（12-13）二： 結(jié)構(gòu)設(shè)計-（14-39）1塔身的計算-（14-21）2塔頂?shù)挠嬎?（21-22）3爬升架的計算-（22-25）4起重臂的計算-（26-33）5起重臂拉桿的計算-（33）6回轉(zhuǎn)支承的計算-（33）7回轉(zhuǎn)塔身的計算-（34-35）8平衡臂的計算-（35-38）9平衡臂拉桿的計算-（38-39）（一）：總體設(shè)計一主要技術(shù)性能參數(shù)1. 額定起重力矩: 97t.m2. 最大起重力矩: 116t.m3. 最大起重量

2、: 6t4. 起升高度: 固定式45m 附著式200m5. 工作幅度: max60m min2.5m6. 小車牽引速度: 20/40m/min7. 空載回轉(zhuǎn)速度: 0 0.62r/min8. 最大起升速度: 80m/min(=2時) 40m/min(=4時)平均工作速度: 40m/min 20m/min最低穩(wěn)定速度: 10m/min 5m/min 9. 頂升速度: 0.5m/min (功率11kw)10. 起升電機功率30kw 回轉(zhuǎn)電機功率2×3.7kw牽引電機功率3/4.5kw 11. 起重性能曲線 = 4時, 依據(jù)總體要求 R = 60m時, Q = 1.0t R = 51m時,

3、 Q = 1.7t Q = 95.75/(R-0.89)-0.62 Q = 116.2/(R-0.89)-0.62 R = 56m時, Q = 1.3t R = 46m時, Q = 2.1t Q = 105.8/(R-0.89)-0.62 Q = 122.7/(R-0.89)-0.62附表（設(shè)計依據(jù)參數(shù)表）R=60m R 2.515.31618202224262830 32343638m465.714.974.393.923.523.192.912.662.452.272.11.96t232.732.522.342.172.03tR404244 4648505254565860m41.831.

4、711.61.51.411.331.251.181.111.051.0t21.901.781.671.571.481.401.321.251.181.121.07tR=56m R2.516.818202224262830323436m465.564.914.393.953.293.283.012.782.572.39t232.852.642.46tR38404244464850525456m42.232.281.951.831.721.621.531.451.371.3t22.302.152.021.901.791.691.601.521.441.37tR=51m R2.518.4192123

5、25272931 333537m465.85.154.634.23.833.513.243.02.782.6t232.852.67tR39414345474951m42.422.272.142.011.91.791.7t22.492.342.212.081.971.861.77tR=46m R2.519.4212325272931 33m465.484.934.474.083.743.453.2t23tR35373941434546m42.972.772.62.442.292.162.1t232.852.672.512.362.232.17 t二 計算原則1. 起重機的工作級別根據(jù)GB/T13

6、752-92塔式起重機設(shè)計規(guī)范取定TC6010塔式起重機。工作級別: A5 利用級別: U5 載荷狀態(tài): Q2 (中) 載荷譜系數(shù):列產(chǎn)品KP = 0.252. 工作機構(gòu)級別項目 機構(gòu)起升機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)牽引機構(gòu)利用等級T5T4T4載荷狀態(tài)L2L3L2工作級別M5M5M4Kp0.250.150.253. 載荷a. 起升載荷 (含吊鉤、鋼絲繩) 動載系數(shù)為1.25;b. 風(fēng)載荷 q1=150N/m2用于機構(gòu)計算及結(jié)構(gòu)疲勞強度計算q2=250N/m2用于總體計算及結(jié)構(gòu)疲勞計算q3.1= 800N/m2 020m q3.2=1100N/m2 20100m 用于非工作狀態(tài)的總體及結(jié)構(gòu)計算c. 慣性載荷各機

7、構(gòu)的起、制動時間回轉(zhuǎn)機構(gòu) t = 8S（0.20 r.P.m）牽引機構(gòu) t = 2S（19.50 r.P.m）d. 基礎(chǔ)傾斜載荷坡度按0.01計算e. 其實載荷動載按1.15額定載荷 靜載按1.25額定載荷4. 安全系數(shù)n的確定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)n=1.34 結(jié)構(gòu)非工作狀態(tài)n=1.22起升鋼絲繩n5 牽引鋼絲繩n5工作狀態(tài)整體穩(wěn)定性 n1.15 非工作狀態(tài)整體穩(wěn)定性n1.15. 主要材料的許應(yīng)用力 = 2350 / 1.34 = 1700kg / cm2a. Q235-C = 1700 / = 980kg / cm2jy= 1700×= 2940kg / cm2= 3450 / 1.34

8、= 570kg / cm2b. 16Mn = 2570 / = 1480kg / cm2jy= 2570×=4400kg / cm2= 2480 / 1.34 = 1800kg / cm2 c. 20 = 1800 = = 1000kg / cm2jy= 1800×= 3200kg / cm2 = 3480 / 1.34 = 2600kg /cm2d. 45 = 2600 / = 1500kg / cm2jy= 2600×= 4500kg / cm2= 7200 / 1.34 = 4000kg / cm2e. 40Cr = 5400 / = 2300kg / cm

9、2jy= 5400×= 7000kg / cm2f. Q235-C 非工作狀態(tài) = 2350/1.22 = 1920kg / cm2三. 平衡重的計算（注：表二中各部件重量為初步估算的重量，待各部件全部設(shè)計完成后，最終調(diào)整平衡重的重量）。 各 部 件 重 重 心 表二序號子頂目名 稱Gi（t）Xi（m）Gi × Xi1平衡臂4.088-7.11-29.062起升機構(gòu)1.8-8.88-15.983平衡臂拉桿0.4-5.85-2.344塔頂1.410.20.285力矩限制器0.01006司機室0.3410.347牽引機構(gòu)0.358.22.878起重臂拉桿1.918.535.19

10、9起重臂5.5627.5152.910載重小車0.25560/2.515.3/0.6411吊鉤0.460/2.524/112回轉(zhuǎn)機構(gòu)2x0.30013回轉(zhuǎn)塔身1.0790014上支座1.9960015下支座1.620016套架4.10017塔身18.090018底架1.050019回轉(zhuǎn)支承0.60020平衡重G平-12.3-12.3G平61.6(含平衡重)表二中各值均按60m臂架列出，其他臂長平衡重各不相同，須分別進行計算。1. 臂長60m時:M空 = 145.84 12.3 G平M滿 = 231.5 12.3 G平令M空 = M滿G平 = 231.5+145.84 2×12.3 G

11、平 =15.33（t） 取 G平 = 15.3t 2. 臂長55m臂長時:M空 = 121.4 12.3G平M滿 =217.7 12.3G平令 M空 = M滿G平= 121.4+217.7 2×12.3 G平 = 13.78t 取 G平 = 13.7t 3. 臂長50m時M空 = 93.9 12.3 G平M滿 = 194.4 12.3 G平令 M空 = M滿G平 = 93.9+194.4 2×12.3 G平 = 11.72t 取 G平 = 11.7t 4. 臂長45m時M空 =63.6 12.3G平M滿 = 173.6 12.3G平令 M空 = M滿G平 = 63.6+17

12、3.6 2×12.3 G平 = 9.64t 取 G平 = 9.6t 綜合上述結(jié)果 60m、臂長時,平衡重15.3t 60m臂變56m臂長時,取掉1.5t×1的配重塊。 55m臂長時,平衡重13.7t 50m臂長時,取掉1×1.5 和1x2.1t的配重塊。 50m臂長時,平衡重11.7t 45m臂長時取掉1x1.5和2×2.1 t 的配重塊。 45m臂長時，平衡重9.6t 配重塊的配置如下:總數(shù)量7塊 其中4塊2.4t×4、 2塊2.1t×2、 一塊1.5t×1；四. 塔身的風(fēng)力計算1. 工作工況Ia. 平衡臂q2 = 250

13、N/m2 CW = 1.2 A實 = 12.44×0.32= 3.98m2PW = 1.2×250×3.98 = 1194N XC = 7.11m YC = 47mb. 起升機構(gòu) A = 1m2 PW = 1.2×250×1= 300N XC = 9.22m YC = 47mc. 平衡重 A 2m2 PW = 1.2×250×2 = 600N XC = 12.3m YC = 47m 平衡臂部份綜合: A =6.98 PW = 2094.6NMXW =PW×Xi = 16150.2N.mMYW =PW×Yi

14、 =98446N.mXC = = 7.71m YC = = 47md. 起重臂 C = 1.3 A實= 29.67m2 PW = 1.3×250×29.67=9643N XC = 26.5m YC = 47me. 牽引機構(gòu) A = 0.32m2 PW = 1.2×250.×0.32 = 96N XC = 8.2m YC = 47m 起重臂部份綜合 PW = 9936N MXW = 2.56×105N.m MYW = 4.67×105N.m XC =26m YC = =47mf. 塔頂 A輪 = ×1.48×6.5=

15、 4.81m2= 0.38 = 0.43 C = 1.3A實 = 1.43×0.38×4.81= 2.61m2PW = 1.3×250×2.61 = 850NX = 0 YC = 47.5mg. 回轉(zhuǎn)塔身A輪 = 1.48×1.91 = 2.812m2= 0.21 = 0.69 CW = 1.6A實 = 1.69×0.21×2.812 = 1m2PW = 1.6×250×1= 400NXC = 0 YC = 45mh. 上、下支座A = 1.29m2 PW = 1.2×250×1.29

16、 = 387NXC = 0 YC =45mi. 塔身A輪 = 44.8×1.8 = 80.64m2= 0.357 = 0.57 C = 1.6 (15節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié), 1節(jié)底節(jié))A實 = 1.57×0.357×80.64= 45.22m2 PW = 1.6×250×45.22 = 18088NXC = 0 YC = 22.5mj. 司機室 A = 3m2 PW = 1.2×250×3 = 900N2. 工作工況 a. 平衡臂 A = 2m2 PW = 1.2×250×2 = 600N XC = 0 YC = 4

17、7mb. 起升機構(gòu) A = 1m2 PW = 300N XC = 0 YC = 47m 平衡臂部份綜合 A = 3m2 PW = 900Nc. 起重臂 A輪 = ×1.2×1.38 =0.828m2 = 0.235 = 0.65 A實 = 1.65×0.235×0.828= 0.321m2 PW = 1.3×250×0.321×1.333 = 139N XC = 0 YC = 47md. 牽引機構(gòu) A = 0.32m2 PW = 96N XC = 0 YC = 47me. 塔頂 (同工況I)f. 司機室 (同工況I)g. 回

18、轉(zhuǎn)塔身 (同工況I)h. 上、下支座 (同工況I)i. 塔身 A輪 = 1.2×80.64 = 96.77m2A實 = 1.57×0.357×96.77= 54.23m2PW = 1.6×250×54.23=21695N XC = 0 YC =22.5m3. 非工作工況a. 平衡臂部份: PW =900×4.4 = 3960N b. 起重臂部份: PW = 235×4.4 = 1034Nc. 塔 頂: PW =850×4.4 = 3740Nd. 司 機 室: PW = 900×4.4 = 3960Ne.

19、回轉(zhuǎn)塔身 : PW =400×4.4 = 1760Nf. 上、下支座: PW = 387×4.4 = 1703Ng. 塔 身: 20m以下, PW = 3.2×21695×(20÷45)=30855N 2045m, PW = 4.4×21695×(25÷45)= 53032N 風(fēng)載荷綜合表 表(三)60m臂長時 (單位:N.m) 序號部 件CqAPWXiMXWYiMYW1平衡臂部份1.22506.982094-7.71-16150.24798446.22起重臂部份1.325029.99993626256000474

20、669923塔頂1.32502.648500047.5403754司機室1.22503.09000047423005回轉(zhuǎn)塔身1.625014000045180006上、下支座1.22501.293870045174157塔身1.625045.22180880022.5406980326551090508 表(四) 序號部 件CqAPWXiMXWYiMYW1平衡臂部份1.225039000047423002起重臂部份1.32501.1482350047110453塔頂1.32502.68500047.5403754司機室1.22503.09000047423005回轉(zhuǎn)塔身1.6250140000

21、45180006上、下支座1.22501.293870045174157塔身1.625054.23216950022.548813725367659572 表(五) 序號部 件CqAPWXiMXWYiMYW1平衡臂部份1.211003396000471861202起重臂部份1.311001.14810340047485963塔頂1.311002.637400047.51776504司機室1.211003396000471861205回轉(zhuǎn)塔身1.61100117600045792006上、下支座1.211001.291703004576635720-45m塔身1.61100530320032.5

22、17235400-20m塔身8003085500103085501033452786411五. 整機傾翻穩(wěn)定性計算 1. 固定式底架 a. 工作工況 Fh = 2.54t FV = 74.4tM滿 = 42t.m MW = 66t.m M坡 = 30.5t.me = Mhx = 45.3t.m 2.54×1.4+183.8e = _ =0.8 =2.3 74.4+2.3×7×7×1.4 b. 非工作工況Fh = 10.3t Fv = 61.6t M = 315.7t.me = 10.3×1.4+315.7e = _ =1.5 =2.3 61.6

23、+2.3×7×7×1.4 故整機穩(wěn)定。（二）：結(jié)構(gòu)設(shè)計一塔身的結(jié)構(gòu)計算 1. 塔身上部的載荷 起重臂位于塔身對角線上，且風(fēng)沿塔身吹，此時塔身受力最為惡劣。 工作狀態(tài)的載荷 M=1838KN.m FV =744KN PH1=4KN q風(fēng)=0.33KN/mq重=4 KN/m Mn=320 KN.m PH2=14.5 KN （計算腹桿時用）非工作狀態(tài)M= - 1187KN.mPH=19.2 KNq風(fēng)1=1.06KN/mq風(fēng)2=1.45KN/m 其中： M作用在塔身頂面的彎矩 Mn作用在塔身頂面的扭矩（用于計算腹桿） FV作用在塔身頂面的壓力 PH1、PH風(fēng)平行于起重臂，

24、作用在塔身頂面的水平力 PH2風(fēng)垂直于起重臂，作用在塔身頂面的水平力（用于計算腹桿） q風(fēng)作用在塔身上的線風(fēng)壓 q重塔身自重線重力2. 塔身的幾何特性計算11、22截面截面 方鋼管 1352×12單肢幾何特性 AII = 55.33cm2III = 1345cm4WII = 199.2cm3rII = 4.93cm整體結(jié)構(gòu)的幾何特性 AI = 221.3cm2II= 1539165.6cm4WI= 18488cm3RI= 83.4cm斜腹桿的幾何特性 方鋼管 702×5A腹= 13cm2I腹= 92cm4W腹 = 26.2cm3r 腹= 2.66cm其中：A結(jié)構(gòu)的截面積I結(jié)

25、構(gòu)的慣性矩W結(jié)構(gòu)的抗彎模量r結(jié)構(gòu)的慣性半徑3. 材料 單肢：Q235-C 整個塔身看作Q235C 腹桿： Q235-C鋼4. 強度計算 選塔身底截面C為計算的危險截面。4.1整個結(jié)構(gòu)的強度計算 工作狀態(tài) C截面 NCMC 744×103 1838×103 C = + = + =133MPa =170MPa A W 221.3×10-4 18488×10-6 非工作狀態(tài)（只須計算C截面） NCMC 616×103 2350×103 C = + = + =155MPa =170MPa A W 221.3×10-4 18488&#

26、215;10-6 綜上計算，整體強度足夠。4.2 腹桿的強度計算 斜腹桿N=153.2KN =0.75 =(12.2×103)/(0.75×13)=125MPa=170MPa直腹桿N=320/（2×1.665）=96KN =N/A= (9.6×103)/(0.75×10)=128MPa=170MPa綜合以上計算可知塔身強度足夠。5.塔身穩(wěn)定性計算5.1 塔身整體穩(wěn)定性計算結(jié)構(gòu)的歐拉臨界載荷FE 2×EI 2×2.1×103×1539165 FE = = = 3934KN (l)2 (2×45)2

27、結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定須滿足下列兩式FN1 COMO+CHMH + （） A 1-FN/（0.9FE） w WFN A 其中：FE 結(jié)構(gòu)的歐拉臨界載荷FN 計算軸力CO端部彎矩不等折減系數(shù)CH橫向載荷引起的最大彎矩系數(shù)MO端部彎矩MH由橫向載荷引起的最大彎矩軸壓穩(wěn)定修正系數(shù)受彎結(jié)構(gòu)件側(cè)向屈曲穩(wěn)定系數(shù)工作狀態(tài)FN= 744KN MO = 1178KN.m MH= 668KN.m其中CO=1 CH= 1 =1.602 w=1 而h=111.54 =0.529FN1 COMO+CHMH = + （） A 1-FN/（0.9FE） .W 744×107 103 1178+668 = + （）1.602&

28、#215;0.529×221.3 1-744/(0.9×3934) 18488×10-6 = 166MPa B=170MPa FN又：= A 744×103= =73.8MPa B 0.529×221.3×10-4工作狀態(tài)塔身穩(wěn)定5.2 非工作狀態(tài)載荷FN=616KN MO= -434KN.m MH= 2350KN.m因2MOMH 則取MO=0 616×103 2350×103= + =1867MPa C=1920MPa 221.3×10-4 0.80×18488×10-6 FN又：=

29、 不必計算 A 在非工作狀態(tài)塔身整體穩(wěn)定。5.3 單肢穩(wěn)定性計算 因單肢為壓力構(gòu)件，其穩(wěn)定性公式為：= FN/（A） l 140= = = 28.4 r 4.93 =0.96工作狀態(tài)單肢穩(wěn)定性計算FNB1=NB1=740KN FNB1 740×103= = = 139MPaB IIA II 0.96×55.33×10-4非工作狀態(tài)FNC1=NC1=859KN FNC1 859×103= = = 161MPaB II IA II I 0.96×55.33×10-4綜合以上計算單肢穩(wěn)定 5.4 腹桿穩(wěn)定性計算 1.9 = = 72 2.6

30、6×10-2 =0.778 F腹 153×103腹= = 腹A 腹 2×0.778×13×10-4 = 75MPaB 其中：B=250/1.34=186.6MPa綜合以上計算塔身安全。 6 塔身接頭計算 6.1螺栓計算螺栓工作拉力 P=368KNPo=14KNP外=381KN M36螺栓強度級別10.9 As=865mm2螺栓強度有 F1+ KCFN L = L A dL F1= K1.FN K1=1.45FN=381KC=0.25 （1.45×381 +0.25×381）×103L = =662MPa L =75

31、0MPa 865×10-6 6.2 接頭處焊縫計算 P=381KNl=20cm =4cmM=381×0.11=41.9KN.m 6M= = 142MPaL =750MPa l2 7.頂升踏步計算 P=245KN 6M 6×8.5×245×103= = l2 2.5×282= 63.7MPa 8.頂升時塔身主弦局部強度 P M = + F W 24.5×103 24.5×103×15.2= + 55.33 2×199.2 = 137.7MPa（二） 塔頂計算 1 幾何參數(shù)塔帽高：h=6355mm

32、底部銷孔連接處中心尺寸：a×b=1380×1380前后主弦皆選用兩L1002×10角鋼拼焊成1082×10主弦桿單肢斷面特性a、斷面尺寸：108×108b、壁厚：t=10mmc、截面積：A=39.2cm2d、回轉(zhuǎn)半徑：i=（I/A）1/2=4.02e、長細比：=200/4.02=49.75f、單肢最大長度L0=200cmg、折減系數(shù)：=0.89材料：Q235-C斜腹桿選用702×4 Q235鋼管斜腹桿斷面特性a、斷面尺寸：702×4b、截面積：A=10.56cm2c、回轉(zhuǎn)半徑：i=（I/A）1/2= 2.69cmd、單肢最大

33、長度L0=147cme、長細比：= L0/i=54.4f、折減系數(shù)：=0.87 2 內(nèi)力主弦桿單肢最大軸壓力N=492KN斜腹桿最大軸向力（壓）N1=86KN 3 穩(wěn)定性校核因整體結(jié)構(gòu)長細比小，不需進行整體穩(wěn)定性校核=N/A=492×10/(0.89×39.2)=141MPa =170MPa主弦桿單肢穩(wěn)定性足夠=N/A=86×10/(0.87×10.56)=93.6MPa =180MPa斜腹桿單肢穩(wěn)定性足夠所以塔頂安全三爬升架的計算 1. 爬升架的載荷FN=490KNMK=62KNmQ=8KNMy=24KNmq=0.4KN/m其中：FN作用在爬升架上的頂

34、升載荷MK作用在爬升架上的扭矩My作用在爬升架上的彎矩Q作用在爬升架上的水平力q作用在爬升架上的線風(fēng)壓 2. 爬升架的幾何特性計算主弦桿單肢幾何特性 AI=49.2cm2 II=1248cm4 WI=187cm3 rI=5.03cm整個爬升架的幾何特性A=196.8 cm2Ix=Iy=2430229.6cm4Wx=Wy=22093cm3rI=111cm腹桿的幾何特性腹桿I：A腹I=15cm2I腹I=141.25cm4W腹I=35.3cm3r腹I=3.07cm腹桿：A腹=10.56cm2I腹=76.9cm4W腹=21.9cm3r腹=2.69cm 3.爬升架的強度計算 3.1 整體強度計算 N M

35、 490×103 （24+1/2×0.4×6.42）×103= + = + =26.4MPa B A W 196.8×10-4 22093 強度足夠 3.2 單肢強度 N MNI = + = 250.4KN 2 2×2.2 NI 250.4×103= = = 51MPa B AI 49.2×10-4強度足夠3.3 斜腹桿強度計算設(shè)橫梁為鋼性體，與橫梁無聯(lián)系的腹桿不受力，求得:NI =145KN(壓)N =220.8KN（拉）腹桿I： NI 145×103腹I = = = 96MPa B A腹I 15

36、15;10-4腹桿I： N 220.8×103腹 = = = 147MPa B A腹I 15×10-4 強度足夠 4. 穩(wěn)定性計算 4.1 整體穩(wěn)定性計算2EI 2×210×109×2.439×10-2FEX =FEY= = =122×104KNL2 6.42FN1 （COMO+CHMH） = + A 1-FN/（0.9FE） W 其中：CO=1 CH=1 ×=1490×103 1 24×103+62×103 = + 196.8×10-4 1-490 /（0.9×1

37、220000） 22093×10-6 =28.8MPa B整體穩(wěn)定 4.2 單肢穩(wěn)定性計算FNI =NNI=250.2KNI = L/rI=310/5.03=61.6 =0.83 FNI 250.2×103= = = 61.2MPa B AI 0.83×49.2×10-4單肢穩(wěn)定4.3 腹桿穩(wěn)定性 只有承壓的情況下才需計算穩(wěn)定性 130= = 42.3 =0.92 3.07 NI 145×103又：= = = 105MPa B A腹 0.92×15×10-4 綜合以上計算，爬升架穩(wěn)定。四起重臂計算1.計算工況及計算公式說明起

38、重臂受力最惡劣的工況是起吊額定載荷時，風(fēng)垂直于吊臂回轉(zhuǎn)，起重臂產(chǎn)生慣性沖擊力，三種情況組合在一起。沖擊系數(shù)：1=1.1載重小車沖擊系數(shù)2=1.2中高檔速度起吊時，吊重（包括吊具）沖擊系數(shù)3=1.1低檔速度起吊時，吊重（包括吊具）沖擊系數(shù)材料及安全系數(shù)上弦桿Q235-C，安全系數(shù)n=1.34，許用應(yīng)力=180MPa下弦桿16Mn，安全系數(shù)n=1.34，許用應(yīng)力=240MPa斜腹桿20#無縫鋼管，安全系數(shù)n=1.34，許用應(yīng)力=175MPa穩(wěn)定性驗算公式：FN1 （COXMOX+CHXMHX） + AR 1-FN/（0.9FEX） WX 1 （COZMOZ+CHZMHZ） + 1-FN/（0.9FEZ） WZ 公式中參數(shù)說明FN 軸壓力、 軸壓穩(wěn)定系數(shù)AR 上、下弦桿（主肢不包括綴條）正截面面積之和COX、COZ 端部彎矩不等的折減系數(shù)。驗算壓桿失穩(wěn)時，如果取兩端中最大彎矩計算顯得過于安全，最大彎矩必須經(jīng)過適當(dāng)折算后才可以用于整體穩(wěn)定計算。COX、COZ=0.6+0.4×Mmin/Mmax0.4MOX