塔吊的分析與改進1

1、塔吊的分析與改進同濟大學浙江學院專業(yè)：機械設(shè)計制作及其自動化學生姓名：湯理梁學號：090813完成時間：2012年12月12日一、 上回轉(zhuǎn)自升固定平臂式塔吊的分析與改進1二、 塔吊的分析1（一） 塔吊的基本結(jié)構(gòu)1（二） 塔吊的原理6三、 塔吊的改進12（一） 舊式回轉(zhuǎn)機構(gòu)的適用性及存在的問題12（二） 調(diào)速機構(gòu)的改進121、 上回轉(zhuǎn)自升固定平臂式塔吊的分析與改進塔吊是建筑工地上最常用的一種起重設(shè)備，以一節(jié)一節(jié)的接長（高），好像一個鐵塔的形式，還叫塔式起重機，用來吊施工用得鋼筋、木楞、腳手管等施工原材料的設(shè)備。具有回轉(zhuǎn)半徑大、提升高度高、操作簡單、裝卸容易等優(yōu)點，是建筑工地普遍使用的一種起重機械

2、。2、 塔吊的分析（1） 塔吊的基本結(jié)構(gòu) 塔機外型示意圖見圖，由金屬結(jié)構(gòu)部分、機械傳動部分、電氣系統(tǒng)和安全保護裝置組成。電氣系統(tǒng)由電動機、控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)組成。通過操作控制開關(guān)完成重物升降、塔臂回轉(zhuǎn)和小車行走操作。圖 塔式起重機整體結(jié)構(gòu)圖1-固定基礎(chǔ)；2-固定支腿；3-附著裝置；4-頂升機構(gòu)；5-下支座；6-上支座；7-回轉(zhuǎn)機構(gòu)；8-回轉(zhuǎn)塔身；9-司機室；10-變幅機構(gòu)；11-載重小車；12-吊鉤；13-起重臂；14-起重臂拉桿；15-塔頂；16-平衡臂拉桿；17-平衡臂；18-平衡重；19-起升機構(gòu)；20-電控柜；21-塔身一般來說塔吊按各部分的功能可以分為：機座、塔身、頂升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)

3、、起升機構(gòu)、平衡臂、塔臂、行走小車、變幅、駕駛室、塔頂?shù)炔糠帧?（1）機座是最底下用來固定和支撐整個塔機的部分；（2）塔身是塔機身子，也是升高的部分；（3）頂升部分是使得塔機可以升高；（4）回轉(zhuǎn)機構(gòu)是保持塔機上半身可以水平旋轉(zhuǎn)的；（5）起升機構(gòu)用來將重物提升起來的；（6）塔臂一般就是提升重物的受力部分；（7）平衡臂架是保持力矩平衡的；（8）行走小車是用來安裝滑輪組和鋼繩以及吊鉤的，也是直接受力部分；（9）變幅是使得小車沿軌道運行的；（10）司機室是操作的地方；（11）塔頂當然是用來保持臂架受力平衡的； 塔吊的牽引機構(gòu)與起升機構(gòu)起升機構(gòu)是塔式起重機中最重要、最基本的機構(gòu)，是以間歇，重復工作方式，

4、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）上進行起升、下降，或起升與運移的機械設(shè)備。主要安裝在塔式起重機的起重臂上。其主要組成部分有：電機、變速箱、制動器、卷筒、底架、軸承座和安全裝置等。塔吊的回轉(zhuǎn)機構(gòu)QTZ系列塔機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)的機構(gòu)安裝形式如圖1。其回轉(zhuǎn)支承的外齒圈用螺栓固裝在塔機的下支座上，不轉(zhuǎn)動，支承的內(nèi)圈用螺栓固裝在塔機的上支座上，可轉(zhuǎn)動。塔機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在上支座上，并將它的輸出小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的外齒圈裝配成齒輪或齒輪副。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)動力傳到小齒輪上時，它就繞著支承外齒圈轉(zhuǎn)動，并帶動裝在塔機上支座的支承內(nèi)圈繞其滾道旋轉(zhuǎn)，從而達到裝在上支座的塔機上部回轉(zhuǎn)的目的?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)的

5、安裝是把回轉(zhuǎn)支承齒輪副的側(cè)隙及接觸斑點按設(shè)計要求調(diào)整合格后，再將回轉(zhuǎn)機構(gòu)用連接板或安裝座焊牢在上支座上。拆換時回轉(zhuǎn)機構(gòu)可直接從連接板或安裝座上拆下。塔機回轉(zhuǎn)支承齒輪副是以小齒輪圍繞著大齒圈滾動的開式傳動齒輪副形式，屬于低速（V2m/s），重載，且頻繁正反轉(zhuǎn)的齒輪傳動。塔吊的加節(jié)在塔身的最上一節(jié)普通節(jié)上套裝了一節(jié)“爬升節(jié)”，爬升節(jié)的長度大于普通節(jié)很多，周圍的尺寸也剛好大于普通節(jié)。就好象戴帽子一樣套在普通節(jié)上。爬升節(jié)的液壓頂可以頂住普通節(jié)將自己升高。當升高的高度是普通節(jié)的長度時，爬升節(jié)還套在塔身上。爬升節(jié)有一面沒有斜拉桿，象門洞一樣。這時塔吊吊起一節(jié)普通節(jié)從門洞里塞進去就可以安裝在塔身上了。然后爬

6、升節(jié)就落到新的第一節(jié)普通節(jié)上，并把液壓腿收回，這就完成升高一節(jié)的高度了。繼續(xù)升高就是重復上面的操作了。如此塔吊就可以一直往上升高。（2） 塔吊的原理塔吊的原理是利用了平衡原理一邊是起重臂，上面有變幅小車可以在起重臂上來回移動，用來吊重。一邊是平衡臂，裝上配重，來平衡塔吊的彎矩，防止塔吊傾覆。下面以QTZ80型塔式起重機為例，對電氣控制原理進行分析。1. 主回路部分圖QTZ80塔式起重機電氣主線路2. 控制線路總起動部分3. 小車行走控制小車行走控制線路見圖，操作小車控制開關(guān)SA3, 可控制小車以高、中、低三種速度向前、向后行進。圖3 小車行走控制線路控制原理如下：1、小車行走控制 2、線路保護

7、（1）終點極限保護：當小車前進（后退）到終點時，終點極限開關(guān)4SQ1(4SQ2)斷開，控制線路中前進（后退）支路被切斷，小車停止行進。（2）臨近終點減速保護：當小車行走臨近終點時，限位開關(guān)4SQ3、4SQ4斷開,中間繼電器4KA1失電，中速支路、高速支路同時被切斷，低速支路接通，電動機低速運轉(zhuǎn)。（3）力矩超限保護：力矩超限保護接觸器1KM2常開觸頭接入向前支路，當力矩超限時，1KM2失電，向前支路被切斷，小車只能向后行進。4. 塔臂回轉(zhuǎn)控制塔臂回轉(zhuǎn)控制線路見圖，操作回轉(zhuǎn)控制開關(guān)SA2 , 可控制塔臂以高、中、低三種速度向左、向右旋轉(zhuǎn)?？刂圃砣缦拢骸⒂遥ㄗ螅┗剞D(zhuǎn)控制 、 制動器控制 圖 塔臂回

8、轉(zhuǎn)控制線路、線路保護（）回轉(zhuǎn)角度限位保護：當向右（左）旋轉(zhuǎn)到極限角度時，限位器3SQ1（3SQ2）動作，3KM2（3KM3）失電，回轉(zhuǎn)電動機停轉(zhuǎn)，只能做反向旋轉(zhuǎn)操作；（）回轉(zhuǎn)角度臨界減速保護：當向右（左）旋轉(zhuǎn)接近極限角度時，減速限位開關(guān)3SQ3（3SQ4）動作斷開，3KA1、3KM5、3KM6、3KM7失電，3KM4得電，回轉(zhuǎn)電動機低速運行。5. 起升控制操作起升控制開關(guān)SA1分別置于不同檔位，可用低、中、高三種速度起吊。起升控制線路如圖 所示，為了便于分析電氣控制過程，現(xiàn)將提升狀態(tài)五個檔位對應控制線路分解敘述，見圖。 起升控制線路、控制開關(guān)撥至上升第檔，S1 S3閉合，控制線路分解為圖。接觸

9、器2KM1得電、力矩限制接觸器1KM2觸頭處于閉合狀態(tài)，2KM3得電使低速支路長開觸頭閉合，2KM6、2KM5相繼得電，對應主線路2KM6閉合，轉(zhuǎn)子電阻全部接入，2KM1閉合，轉(zhuǎn)子電壓加在液壓制動器電機M2上使之處于半制動狀態(tài)，2KM5閉合，滑環(huán)電動機M3定子繞組8級接法, 2KM3閉合，電動機得電低速正轉(zhuǎn)（上升）。通過線間變壓器201抽頭110伏交流電經(jīng)2KM1觸頭再經(jīng)75號線接入橋堆，渦流制動器起動。圖起升檔控制線路分解圖、當控制開關(guān)撥至第檔，S2、S3、S7閉合，S1斷開使2KM1失電，制動器支路2KM1常閉觸頭復位。S2閉合使2KM2得電，S3閉合使2KM3繼續(xù)得電，控制線路分解為圖。

10、主電路2KM1斷開2KM2閉合使三相交流電直接加在液壓制動器電機M2上，制動器完全松開。S7閉合使渦流制動器繼續(xù)保持制動狀態(tài)，2KM5、2KM6依然閉合，電動機仍為級接法低速正轉(zhuǎn)（上升）。、當控制開關(guān)撥至第檔，S2、S3閉合，除S7斷開使渦流制動器斷電松開而外，電路狀態(tài)與檔一樣。圖起升、控制線路分解圖、當控制開關(guān)撥至第檔，S2、S3、S6閉合，S6閉合使2KM9得電，時間繼電器2KT1得電，觸頭延時閉合使2KM10得電繼而使時間繼電器2KT2得電。主電路電動機轉(zhuǎn)子因2KM9和2KM10相繼閉合使電阻R1、R2先后被短接，使電動機得到兩次加速。中間繼電器控制支路觸頭2KT2延時閉合，為下一步改變

11、電動機定子繞組接法高速運轉(zhuǎn)做好準備.。見圖。圖起升檔控制線路分解圖、當控制開關(guān)撥至第檔，S2、S3、S5、S6閉合，S5閉合使中間繼電器2KA1得電自鎖（觸頭2KM5在檔時完成閉合），其常閉觸頭動作切斷低速支路，2KM5失電，常閉觸頭復位接通高速支路，接觸器2KM8、2KM7相繼得電，見圖。主回路轉(zhuǎn)子電阻繼續(xù)被短接，觸頭2KM5斷開、2KM8閉合，電動機定子繞組接為級，觸頭2KM7閉合，電動機高速運轉(zhuǎn)。圖起升檔控制線路分解圖、線路保護，提升控制線路中設(shè)有力矩超限保護2SQ1、提升高度限位保護2SQ2、高速限重保護2SQ3，保護原理如下：力矩超限保護，力矩超限時2SQ1動作，切斷提升線路，2KM

12、3失電，提升動作停止。同時總電源控制線路中單獨設(shè)置的力矩保護接觸器常開觸頭1KM2 再次提供了力矩保護。高度限位保護，當提升高度超限，高度限位保護開關(guān)2SQ2動作，提升線路切斷，2KM3失電，提升動作停止。高速限重保護,當控制開關(guān)在第檔，定子繞組級接法，轉(zhuǎn)子電阻短接，電動機高速運轉(zhuǎn)，若起重量超過噸時，超重開關(guān)2SQ3動作，2KA1失電，2KM7、2KM8相繼失電，2KM6、2KM5相繼得電，電動機定子繞組由級接法變?yōu)榧壗臃?，轉(zhuǎn)子電阻R1、R2 接入 ，電動機低速運轉(zhuǎn)。提升控制線路中接有瞬間動作限流保護器FA常閉觸頭，當電動機定子電流超過額定電流時FA動作，切斷提升控制線路中相關(guān)控制器件電源，電

13、動機停止運轉(zhuǎn)。如遇突然停電，液壓制動器M2失電對提升電動機制動，避免起吊物體荷重下降。3、 塔吊的改進（1） 舊式回轉(zhuǎn)機構(gòu)的適用性及存在的問題圖2為舊式塔機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的常見傳動形式，其組成為：雙速電機1+液力耦合器2+制動器3+擺線針輪減速器4+回轉(zhuǎn)支承齒輪副5。這種結(jié)構(gòu)形式存在的問題：1） 擺線針輪減速器抗沖擊性能差，過載能力低，輸出端的懸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，漏油嚴重，低速級擺線輪易損壞，甚至出現(xiàn)減速器下端軸承和殼體破損的嚴重故障，潤滑油泵電機容易受潮燒毀。2） 該形式采用帶式制動器，由交流電磁鐵加力，通過杠桿增力后，帶動制動帶，將減速器軸制動，但由于反映到制動帶上的動作行程很小，制動帶彎度大，

14、彈性差，接觸狀況不理想，制動力矩難以滿足要求，可靠性差，尤其在北方風沙地區(qū)及沿海風力較大地區(qū)，制動問題相當突出。起、制動不平穩(wěn)，慣性沖擊大。制動電磁鐵易因過熱或受潮而燒毀。3） 沒有停車就位功能，停車就位時，司機憑借經(jīng)驗在就位前提前斷電，靠摩擦阻力矩的作用，使其減速，以實現(xiàn)平穩(wěn)就位。實際上，就位非常困難，常常只能靠“打反車”來實現(xiàn)定位，加劇了沖擊和擺動。4） 調(diào)速性差，難以調(diào)速。（2） 調(diào)速機構(gòu)的改進 由于上述舊式回轉(zhuǎn)機構(gòu)在施工現(xiàn)場中最大面廣，但因其在設(shè)計和技術(shù)性能上的先天不足，質(zhì)量和設(shè)備事故時有發(fā)生，影響了現(xiàn)場施工進度和企業(yè)經(jīng)濟效益，因此，對其進行技術(shù)改造，改善其技術(shù)性能，使其在安全可靠、性

15、能穩(wěn)定的條件下工作時施工現(xiàn)場對這類塔機的迫切要求。由于舊式回轉(zhuǎn)機構(gòu)在減速器、制動器、電機調(diào)速性能等方面都存在一定的問題，因此，在充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上，我們認為研制新的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，選用其他形式的減速器，是從根本上完善回轉(zhuǎn)機構(gòu)性能的有效途徑。 新的回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用了如下的傳動形式。圖3的回轉(zhuǎn)傳動形式組成如下： 帶渦流制動器的繞線轉(zhuǎn)子三相異步電機1+液力耦合器2+盤式制動器3+行星傳動減速器4+回轉(zhuǎn)支承齒輪副5。它具有如下特點：1） 行星減速器是由定點廠家為塔機專門設(shè)計生產(chǎn)的，輸出端按塔機臂結(jié)構(gòu)專門設(shè)計，采用滾錐軸承，雙層骨架式油封，大直徑輸出軸，與輸出小齒輪花鍵聯(lián)接，克服了前述其他減速器輸出端經(jīng)常出現(xiàn)的

16、多種缺陷。2） 減速器內(nèi)部的齒輪是經(jīng)淬火磨削的高強度硬齒面齒輪，輸出小齒輪及回轉(zhuǎn)支承大齒輪都經(jīng)表面淬火，所以傳動功率大，承載能力強，抗沖擊性能好，適合塔機回轉(zhuǎn)機構(gòu)正反轉(zhuǎn)沖擊頻繁的工況。而且其效率高，噪音小，使用可靠，壽命長。3） 調(diào)速電機與液力耦合器匹配，具有調(diào)速和吸收沖擊的功能，回轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 本形式所選用的電機為渦流制動繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電機，是一種新型的調(diào)速電機。由YZR系列電動機和感應渦流制動器組成，渦流制動器的電樞與電機同軸旋轉(zhuǎn)，當勵磁繞組通入直流電時，渦流制動器產(chǎn)生的力矩與電機力矩相反，起到制動作用，使電動轉(zhuǎn)速降低，通過調(diào)節(jié)渦流制動器勵磁電流大小，即可達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的，由于渦流線

17、圈為感抗負載，電流電壓不能突變，加上吊臂運行的慣性效應使起動調(diào)速過程產(chǎn)生積分效應（相當于無級調(diào)速），使整個回轉(zhuǎn)過程平滑加速，對鋼結(jié)構(gòu)無沖擊現(xiàn)象。其調(diào)速范圍可從電機的額定轉(zhuǎn)速調(diào)到同步轉(zhuǎn)速的1/51/10，由于電機調(diào)速性能改善，從而可使回轉(zhuǎn)在很低速度下啟動，克服靜態(tài)阻力，再切除電阻，逐步加速，因此，降低了回轉(zhuǎn)加速，最低可達=0.001，使慣性力矩大大減少起動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 4）采用渦流制動電機，還能使回轉(zhuǎn)實現(xiàn)平穩(wěn)制動，以利實現(xiàn)準確停車就位，無沖擊。 塔機停止就位時，在回轉(zhuǎn)電機斷電后，由于強大的回轉(zhuǎn)慣性力矩，塔機將繼續(xù)滑行，不利于工作時就位，不利于工作時就位。在此時將電機前端的渦流制動器加入大小適當?shù)臏u

18、流，形成一阻力矩，便可以抵消部分慣性力矩的作用，縮短滑行時間，從而準確就位。 5）用盤式制動器取代帶式制動器，可實現(xiàn)塔機上回轉(zhuǎn)部分的準確定位，防止大臂在需要可靠定位時被風力吹動，如塔機頂升狀態(tài)。 盤式制動器的工作原理參見圖4，由摩擦盤、圓盤、制動盤、制動電磁鐵、銜鐵、彈簧等組成。需要制動時，電磁鐵接電，銜鐵被吸合，并通過螺桿帶動圓盤將摩擦盤壓緊在制動盤上，實現(xiàn)摩擦制動。電磁鐵斷電，則依靠彈簧力使圓盤松開，制動解除。其結(jié)構(gòu)緊湊，制動可靠，產(chǎn)生的制動力矩大小可通過改變制動線圈勵磁電流的大小而方便調(diào)節(jié)。餃帶式制動器具有明顯優(yōu)勢。 6）電氣控制系統(tǒng)安全可靠塔機的回轉(zhuǎn)運動，電機的渦流制動、以及盤式制動均通過電氣實現(xiàn)互鎖。盤式制動