0039-QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計【全套33張CAD圖+說明書】,全套33張CAD圖+說明書,qtz40,塔式起重機,總體,整體,優(yōu)化,設計,全套,33,cad,說明書,仿單 開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計 課題來源 課題類別 一、論文資料的準備 (一) 　塔式起重機概述 塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械，簡稱塔機，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點。主要完成在高層建筑施工中預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機必須具備下列特點： ① 起升高度和工作幅度較大、起重力矩大； ② 工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調(diào)速性能； ③ 要求拆裝運輸方便迅速，以適應頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。 (二) 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 國外塔機發(fā)展的主要代表性國家或地區(qū)有：歐洲、日本、澳大利亞。從20世紀90年代開始，歐洲塔機行業(yè)緩慢復蘇，目前歐洲生產(chǎn)塔機的國家有德國、法國、英國、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等，主要廠家有法國Potain，德國Liebherr、Peiner、Wolff，意大利Comedil，丹麥Kroll,西班牙Comansa。在產(chǎn)量、系列品種、技術水平等方面，德國的Liebherr和法國的Potain在世界上居領先地位，Potain目前在法國、德國、意大利、葡萄牙、中國的工廠生產(chǎn)60多種型號塔機，迄今為止已在全球銷售了超過100000臺塔機，其中被國內(nèi)行業(yè)熟知的FO/23B、H3/36B是我國1984年從Potain引進技術生產(chǎn)的。2003年，Potain為南京長江第三大橋工程提供的MD3600（最大起重力矩為3600tm），是Potain迄今為止建造的最大塔機。 20世紀80年代，日本塔機行業(yè)開始緩慢復蘇，1987年開發(fā)了900t?m級內(nèi)爬式自升塔機，1990年，日本最著名的塔機生產(chǎn)商石川島( IHI)公司開發(fā)了日本國內(nèi)最大的1500t?m級內(nèi)爬式自升塔式起重機－ JCC1500H（最大起重量70t），其在日本大噸位塔機市場中占有份額最高。截至目前，日本內(nèi)爬塔機的主要機型有：80tm級、150tm級、400tm級、450tm級、500tm級、600tm級、900tm級、1500tm級。另外，還開發(fā)了利用鋼結構大樓鋼立柱為塔身的鋼柱塔身內(nèi)爬式塔式起重機，使塔機結構更為簡化，也增加了內(nèi)爬式塔機的新機種。 俄羅斯繼承前蘇聯(lián)傳統(tǒng)，曾經(jīng)也是一個塔機大國，擁有雄厚的開發(fā)和生產(chǎn)實力。1990年 俄羅斯塔機產(chǎn)量達2526臺，在隨后的經(jīng)濟衰退時期，許多俄羅斯塔機制造廠處境困難，停止了生產(chǎn)，到2000年，俄羅斯塔式起重機年產(chǎn)36臺，2001年產(chǎn)量77臺。與1990年相比，產(chǎn)量銳減。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯塔機行業(yè)修改了前蘇聯(lián)塔機設計規(guī)范和技術條件，向ISO標準靠攏。目前，俄羅斯建筑業(yè)復蘇，根據(jù)官方資料，現(xiàn)在俄羅斯的塔機80%超期服役。在過去的幾年里，這些年久失修的塔機，在作業(yè)中時有事故發(fā)生。部分地區(qū)（如莫斯科）法規(guī)已經(jīng)規(guī)定不允許使用這些塔機，塔機的用戶希望購買新的具有現(xiàn)代化裝置的塔機，因此，俄羅斯塔機市場的需求趨旺，在今后幾年里，醞釀著巨大的市場潛力。盡管塔機有需求，但越來越多用戶希望購買國外塔機，俄羅斯的塔機生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的競爭。 近幾年國外塔機市場上，一種結構新穎的平頭式塔機發(fā)展很快，大有流行之勢；平頭塔機起源于歐洲，叫法源于flat-toptowercrane的譯名,也有叫無塔頭式塔機(toplesstowercrane)的。平頭塔機的設計思想及雛形最早可追溯到20世紀60年代，當時法國Richier公司研制的塔機外形已接近于現(xiàn)在的平頭塔機，例如其X1290和GT系列塔機塔頭較矮，通常不超過4m，只稍稍高于吊臂和平衡臂。但嚴格來講，這些塔機又不同于現(xiàn)在的平頭塔機，盡管塔頭較矮，但還是能區(qū)分出塔頭、平衡臂、拉桿等。真正的平頭塔機誕生于1975年，瑞典Linden公司首次提出平頭塔機的概念，并率先推出了Linden8000平頭塔機模數(shù)系統(tǒng)，不同型號平頭塔機的吊臂可以互換。Linden平頭塔機沒有傳統(tǒng)意義上的塔頭，而且取消了拉桿，上部結構形狀呈水平且均為剛性結構，沒有傳統(tǒng)塔機那種塔頭、平衡臂、吊臂及拉桿之間的鉸接連接方式?？梢哉f，Linden平頭塔機的出現(xiàn)揭開了平頭塔機發(fā)展的序幕。自從Linden公司推出平頭塔機以來在相當長的一段時期內(nèi)沒有被用戶普遍接受，因為人們在內(nèi)心深處已經(jīng)習慣了帶塔頭的塔機，認為塔機帶塔頭是天經(jīng)地義的事，有的甚至認為塔機上沒有塔頭、拉桿,結構不合理、不安全。一直領導世界塔機發(fā)展潮流的波坦和利勃海爾等大公司對平頭塔機最初都不推崇，所以其發(fā)展一直較緩慢。隨著平頭塔機應用領域的不斷擴大，其獨特的優(yōu)點被越來越多的用戶所認可，于是一些制造廠家紛紛涉足平頭塔機的研制，以至于波坦和利勃海爾等大公司也以各種方式推出平頭塔機，由此極大地推動了平頭塔機的發(fā)展。近5年是國外各大塔機制造商相繼推出平頭塔機最集中的時期，也是發(fā)展最快的時期。下面從幾個主要塔機制造公司的情況就可以看出平頭塔機的發(fā)展狀況及態(tài)勢。 國外工程起重機的發(fā)展方向為：發(fā)展超大型起重機，“迷你”起重機大量涌現(xiàn)，伸縮臂結構不斷改進，數(shù)據(jù)總線技術得到應用，靜液壓傳動起重機進入市場，混合起重機得到發(fā)展，汽車起重機也在不斷發(fā)展，隨車起重機產(chǎn)銷量不斷增長。 (三) 我國塔式起重機的發(fā)展趨勢 我國大規(guī)模經(jīng)濟建設已有二十來年的歷史，這二十來年里，大量建筑物的涌現(xiàn)和大型工程的興建，鐵路、公路橋梁的建設，給塔式起重機提供了良好的市場。在十二五期間，我國提出了推行城鎮(zhèn)化建設，我國人口眾多，地大物博，市場需求，市場前景還有一定的空間， 我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面： 1　 我國塔機產(chǎn)品的品種、型號、規(guī)格應向多樣化發(fā)展，以適應不同工程、不同用戶的需求。 2　 適當發(fā)展動臂式自升塔機和折曲式兩用臂架自升塔機的生產(chǎn)，以適應塔機出口市場和國內(nèi)大中型城市內(nèi)某些特定工程和鋼結構高層建筑施工的需要。 3　 更多的采用組裝式結構，做到產(chǎn)品系列化，部件模數(shù)化，以不同模數(shù)塔身、臂架標準節(jié)組合成的變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為單位節(jié)約成本。便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設計制造，提高塔機使用的經(jīng)濟效益。 (四) QTZ40塔式起重機概述 QTZ40塔式起重機為按照最新標準JG/T5037-93《塔式起重機分類》設計的加強型塔式起重機，該QTZ40自升式塔吊為上回轉(zhuǎn)、水平臂架、小車變幅、液壓自升 式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4T，獨立架設時最大起升高度可達29米，加附著最大起升可達120米，最大幅度分46.8米、42米 和50米。 QTZ40塔式起重機充分利用成組技術、組合設計技術及有限元分析技術，以“塔式起重機微機設計平臺”為工具設計的國內(nèi)最新型的起重運輸機械。QTZ40塔吊為水平臂架、小車變幅、上回轉(zhuǎn)液壓頂升式起重機。最大有效幅度47m。是該種機型國內(nèi)唯一達到此幅度的塔機。塔機獨立使用時，起升高度27.8m，附著起升高度為120m（2倍率）。該機各項速度指標均達到或優(yōu)于國家標準。 該機自重（不含配重及附著裝置）21.46噸，總裝機容量25.82KW，該機參數(shù)先進，性能優(yōu)良可靠，造型美觀，質(zhì)量精良，結構簡單實用，設有先進的安全裝置，維修方便，使用安全，價格合理，是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機械。 QTZ40塔吊布置合理，外型美觀，司機室獨立側(cè)置，視野好，給操作者創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。使用方便，維修簡單，是廣大建筑施工企業(yè)理想的建筑施工機械。具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機構，可單獨或復合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構用于塔身接高或降塔。起升機構采用多速電機，有快速、中速和 慢就位多種速度，充分滿足用戶各種工況的需要。起重臂可左、右作540度全回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)、變幅靈活可靠，起吊就位準確，可滿足建筑施工中垂直及水平運輸?shù)男枰?。該機設有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回轉(zhuǎn)限制器等安全保護裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機正常工作。另外，還設有休息平臺、護欄等安全保護設施。司機室獨立側(cè)置，造型美觀，視野開闊，內(nèi)部空間大，操作方便。該機適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，可用于港口、貨場的裝卸。 二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點） 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)新精神的最佳手段。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、塔身的設計、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。 隨著市場競爭的日益激烈，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期已經(jīng)成為企業(yè)生存和發(fā)展的關鍵。塔式起重機尤其是大噸位的塔機，其施工高度高，塔身成本占總成本的比重較大，通過塔身的結構優(yōu)化，降低塔身重量是降低塔式起重機成本的關鍵之一。 傳統(tǒng)的設計方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗選定塔身的截面尺寸、主弦桿和腹桿的截面面積以及節(jié)距等參數(shù)，然后進行校核，這樣設計的塔身, 結構自重偏大，材料的利用率低， 成本高，經(jīng)濟效益不好。 塔機結構現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設計到現(xiàn)代設計方法的過程。傳統(tǒng)設計計算復雜、耗時，不利于在激烈市場競爭中縮短設計周期，提高設計質(zhì)量。計算機輔助設計、優(yōu)化設計和有限元法等現(xiàn)代設計方法受到塔機科技人員越來越廣泛的重視。 塔身是塔式起重機的重要組成部分,利用有限元軟件ANSYS對QTZ40塔式起重機塔身進行工作及非工作狀態(tài)分析計算，得到了塔身工作及非工作狀態(tài)總位移分布云圖、各種狀態(tài)下塔身當量應力分布云圖；根據(jù)分析結果對其結構進行了有限元分析法設計，有效控制了可能出現(xiàn)的危險，增強了設備的安全性。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 (五) 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） 塔身的設計和計算 ①塔身的結構形式及尺寸 ②塔身的設計和有限元分析及計算 (六) 研究方法 ①類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機設計； ②有限元分析法：利用有限元分析軟件對塔身進行設計計算。 (七) 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。 在畢業(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。先通過整體參數(shù)的計算來確定塔式起重機的設計方案，同時了解不同塔式起重機結構的差別。再逐步確定各個裝置的結構及具體尺寸，也應參考同類機型的設計，來確定本次塔式起重機整體設計的最終結構及尺寸，最后運用有限元分析法對塔式起重機的塔身進行計算和分析。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 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 塔身設計 2013.5.16-2013.6.5 繪制塔身裝配及結構圖紙 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 五、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] 邢靜忠．ANSYS應用實例與分析．科學出版社．2006． [8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國防工業(yè)出版社．2005． [9]GB/T9462—1999 塔式起重機設計條件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程 [12]劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社．2002． [13]李柱，徐振高．互換性與測量技術．北京：高等教育出版社．2002． [14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學出版社.2003． [15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995． 計算書 設計題目：QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計 設計項目 計算與說明 結果 前言 塔式起重機概述 塔式起重機發(fā)展情況 塔式起重機的發(fā)展趨勢 第1章 前言 1.1 塔式起重機概述 塔式起重機是一種塔身豎立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機高。由于塔式起重機能靠近建筑物，其幅度利用率可達全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機幅度利用率不超過50%，而且隨著建筑物高度的增加還會急劇地減小。因此，塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。同時，為了適應建筑物結構件的預制裝配化、工廠化等新工藝、新技術應用的不斷擴大，現(xiàn)在的塔式起重機必須具備下列特點： 1. 起升高度和工作幅度較大，起重力矩大。 2. 工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調(diào)速性能。 3. 要求裝拆、運輸方便迅速，以適應頻繁轉(zhuǎn)移工地的需 要。 QTZ40型自升式塔式起重機，其吊臂長40米，最大起重量4噸，額定起重力矩40噸米。是一種結構合理、性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較目前國內(nèi)外同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構件的調(diào)運和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。整機結構不算太大，可滿足中小型施工的要求。 本機以基本高度（獨立式）30米。用戶需高層附著施工，只需提出另行訂貨要求，即可增加某些部件實現(xiàn)本機的最大設計高度100米，也就是附著高層施工可建高樓32層以上。 1.2 塔式起重機發(fā)展情況 塔式起重機是在二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。歐洲率先成功，1923年成功制成第一臺比較完整的塔式起重機， 在我國，塔式起重機的生產(chǎn)與應用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從測繪仿制到自行設計制造的過程。 20世紀50年代，為滿足國家經(jīng)濟建設的需要，中國引進了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。1954年仿制民主德國設計的樣機，在撫順試制成功了中國第一臺TQ2-6型塔式起重機。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機，研制了15t與25t塔式起重機，這個時期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機的數(shù)量都較少。 20世紀60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，如直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉(zhuǎn)和運行機構中安裝液力耦合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機，它也是中國最早自行設計的塔式起重機。隨后，中國又自行設計制造了TQ-6型等塔式起重機，至1965年全國已有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機360多臺。這些塔式起重機都是下回轉(zhuǎn)動臂式，可整體托運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。 20世紀七十年代，塔式起重機服務對象更為廣泛。塔式起重機的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機又向一機多用方向發(fā)展。中國塔式起重機進入了技術提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機問世；同年為了北京飯店施工，中國又自行設計制造了QT-10型自升式塔式起重機，該機的起重力矩為1600kN·m。這一時期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動臂自行架設快裝塔式起重機等，其年產(chǎn)量最高超過900臺，標志著中國塔式起重機行業(yè)進入了一個新的階段。 20世紀80年代，中國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機，QT60、QTK60、QT25HK等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國外70年代水平，這一時期的最高年產(chǎn)量達1400臺。與此同時，隨著改革開放和國際技術交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，其中有聯(lián)邦德國的Liebherr、法國的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機制造質(zhì)量較好，技術性能比較先進，極大地促進了中國塔式起重機產(chǎn)品的設計與制造技術的進步。20世紀90年代以后，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也從20世紀50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。 1.3塔式起重機的發(fā)展趨勢 根據(jù)國內(nèi)外一些技術資料的介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢具體歸納為以下幾個方面。 1、吊臂長度加長 在20世紀60年代初，吊臂長度超過40m的較少，70年代吊臂長度已能做到70m。快速拆裝下回轉(zhuǎn)塔式起重機的吊臂長度可達到35m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標準臂長一般為30～40m，可以接長到50～60m。重型塔式起重機吊臂則更長。隨著塔式起重機設計水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術問題，而低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長吊臂提供了非常有利的條件。 2、工作速度提高，且能調(diào)速 由于調(diào)速技術的進步，混輪組倍率的可變、雙速、三速電動機及直流電動機調(diào)速的應用，使塔式起重機工作速度在逐漸提高。20世紀50年代生產(chǎn)的塔式起重機工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，回轉(zhuǎn)速度為0.6～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來塔式起重機工作速度已有提高。起升機構普遍做到具有3～4種工作速度，重物起升速度超過100m/min者已經(jīng)很多，構件安裝就位速度可在0～10m/min范圍內(nèi)進行選擇，回轉(zhuǎn)速度一般可在0～1r/min之間進行調(diào)節(jié)，小車牽引和塔式起重機行走大多也有2～3種工作速度，小車牽引速度最快可達60m/min。 3、改善操縱條件 隨著塔式起重機向大型、大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度越來越差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機，在操作室利用電視進行操作。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統(tǒng)，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據(jù)事先編排的程序自動進行吊裝。 4、更多地采用組裝式結構 為了便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設計制造、使用與管理，提高塔式起重機使用的經(jīng)濟效益，國外塔式起重機專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化、部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身、臂架標準節(jié)組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為降低成本、簡化管理創(chuàng)造了條件。 125 設計項目 計算與說明 結果 總體設計 概述 確定總體設計方案 塔機金屬結構 塔頂 起重臂 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(zhuǎn)臺裝置 回轉(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)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 第2章 總體設計 2.1 概述 總體設計是這次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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺、承座等的結構部件或直接通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)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Q345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?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴捎秒p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(zhuǎn)塔機。上回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)臺上的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承相連接在支承座兩側(cè)安裝有回轉(zhuǎn)機構，它下面的小齒輪準確地與回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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字型等多種布置形式。腹桿不同會影響塔身的扭轉(zhuǎn)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?。欢茄b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(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臺裝置 轉(zhuǎn)臺是一個直接坐在回轉(zhuǎn)支承（轉(zhuǎn)盤）上的承上啟下的支撐結構。 上回轉(zhuǎn)自升式塔機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔架 ，并通過回轉(zhuǎn)支承及承座將上部載荷下傳給塔身結構。 8．回轉(zhuǎn)支承裝置 回轉(zhuǎn)支承簡稱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承可分為兩大類：一是球式回轉(zhuǎn)支承，另一類是滾柱式回轉(zhuǎn)支承。 1） 柱式回轉(zhuǎn)支承 柱式回轉(zhuǎn)支承又可分為：轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類。定柱式回轉(zhuǎn)支承結構簡單，制造方便，起重回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動慣量小，自重和驅(qū)動功率小，能使起重機重心降低。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承 滾動軸承式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。滾動軸承式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)支承又分為單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承和三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。 設計采用單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)設有平臺和套架爬升導向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)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(cè)沿塔身主弦桿安裝8個滾輪，支撐在塔身主弦桿外側(cè)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)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(cè)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(cè)均裝有齒條，內(nèi)塔架外側(cè)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(cè)面內(nèi)外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉(zhuǎn)，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(qū)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-截止閥 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(cè)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(cè)頂升式，是將頂升液壓油缸設在套架的后側(cè)。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(cè)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(cè)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。基礎預埋深度根據(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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)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。考慮經(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(qū)動方式 按照起重機的驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子異步電動機驅(qū)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(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)化方便、快捷，起升機構鋼絲繩纏繞示意圖及倍率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)機構 塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的。回轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上并由回轉(zhuǎn)機構驅(qū)動小齒輪。小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運動。 回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，而且要克服很大的迎風阻力。這些均是影響回轉(zhuǎn)機構設計及電動機功率選擇的因素。 目前采用的回轉(zhuǎn)機構有以下幾種： 1） 電動機——液力耦合器——減速器——小齒輪回轉(zhuǎn)機構 這種回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，結構最為簡單，但目前尚無回轉(zhuǎn)機構專用變頻器。 4） 由多檔速度的繞線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)機構 這是一種較好的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩增大超越限度時，電動機接電后，制動器便首先轉(zhuǎn)動，從而使塔機免去不必要的倒轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)機構選用第一種結構型式。回轉(zhuǎn)機構由一臺雙速電動機驅(qū)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(qū)動回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊慣性小，進而改善了塔機的工作狀況。回轉(zhuǎn)機構工作原理見圖2-12。 圖2-12回轉(zhuǎn)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(qū)動小齒輪 5-單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承 6-回轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。因此選用繩索牽引式小車變幅機構。 常用變幅機構有以下幾種： 1） 多速電機變幅機構 它是由一個帶盤式制動器的雙速或三速電機，驅(qū)動行星減速器，帶動卷筒運動。 這種變幅機構結構簡單、緊湊，其性能能滿足各種臂長需要，但在極速變換時，存在速度和電流沖擊。 2） 變頻調(diào)速變幅機構 這是一種新型的無級變速變幅機構。其變速由通用變頻器調(diào)整電機電源頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速。該機構調(diào)速過渡非常平穩(wěn)，無速度沖擊。 綜合比較各自的優(yōu)缺點，本次設計選用多速電機變幅機構。它是由一臺雙速電動機（型號為112M8/4-B3）制動器的聯(lián)軸節(jié)至擺線針輪減速機驅(qū)動卷筒。卷筒兩端都固定有變幅鋼絲繩的端頭，無論變幅小車走到最外端或最里端，卷筒的放繩端都應有3～4圈的鋼絲繩未放完。在放出和卷回的兩根鋼絲繩之間的卷筒上，應保留有3～4圈鋼絲繩的光卷筒。當工作一段時間，鋼絲繩被拉長而撓度過大時，可用變幅小車的螺栓將鋼絲繩收緊。變幅機構及鋼絲繩纏繞方式如圖2-13所示： 變幅機構簡圖 圖2-13 變幅機構及鋼絲繩纏繞簡圖 1-變幅卷筒 2-擺線針輪