机械260QTZ500臂架优化设计计算说明书.docx
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机械260QTZ500臂架优化设计计算说明书
设计项目
计算与说明
结果
前言
概述
发展趋势
总体设计
概述
确定总体设计方案
塔机金属结构
塔顶
吊臂
构造型式
分节问题
截面形式及截面尺度
腹杆布置和杆件材料选用
吊点的选择与构造
平衡臂和平衡重
平衡臂的结构型式
平衡重
拉杆
上、下支座
塔身
塔身结构断面型式
塔身结构腹杆系统
标准节间的联接方式
塔身结构设计
塔身的接高问题
转台装置
回转支承
底架
附着装置
套架与液压顶升机构
爬升架
顶升机构
套架
液压顶升
基础
工作机构
起升机构
起升机构的传动方式
起升机构的驱动方式
起升机构的减速器
起升机构的制动器
滑轮组
倍率
回转机构
变幅机构
安全装置
限位开关
起升高度限制器
起重量限制器
力矩限制器
风速仪
钢丝绳防脱装置
电气系统
总体设计原则
整机工作级别
机构工作级别
主要技术性能参数
平衡臂与平衡重的计算
起重机各部件对塔身的中心力矩
起重特性曲线
各幅度时起重量
起重特性曲线
塔机的风力计算
工作工况Ⅰ
平衡臂风力计算
风力系数选取
由平衡臂的设计尺寸计算迎风面积
风力计算
起升机构的风力计算
平衡重风力计算
起重臂风力计算
牵引机构风力计算
塔顶风力计算
上下支座风力计算
塔身风力计算
工作工况Ⅱ
平衡臂风力计算
起升机构风力计算
平衡重风力计算
起重臂风力计算
牵引机构风力计算
塔顶风力计算
上下支座风力计算
塔身风力计算
非工作工况Ⅲ
平衡臂风力计算
起升机构风力计算
平衡重风力计算
起重臂风力计算
牵引机构风力计算
塔顶风力计算
上下支座风力计算
塔身风力计算
起重机抗倾覆稳定性计算
工作工况Ⅰ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基础部分
工作工况Ⅱ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基础部分
惯性载荷
坡度载荷
风载荷
非工作工况Ⅲ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基础部分
风载荷
工作工况Ⅳ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基础部分
风载荷
固定基础稳定性计算
吊臂的设计计算
分析单吊点与双吊点的优缺点
吊臂吊点位置选择
吊臂结构参数选择
有限元模型建立过程的几点简化
自重及风载简化
吊点处约束的确定
单元类型选择
模型生成分析过程
吊臂结构的有限元分析计算
吊臂结构有限元分析程序命令流
前处理模块
定义臂架上弦杆一至四节节点
五至九节节点
前侧下弦杆一至四节节点
前侧下弦杆五至九节节点
后侧下弦杆一至四节节点
后侧下弦杆五至九节节点
塔尖节点
定义工况节点
定义求解类型、单元类型
定义材料属性
定义梁单元实常数
定义杆单元实常熟
定义上弦杆一至四节
定义上弦杆五至九节
定义前侧下弦杆一至四节
定义前侧下弦杆五至九节
定义后侧下弦杆一至四节
定义后侧下弦杆五至九节
定义一至四节侧腹杆
定义五至九节侧腹杆
定义一至四节水平腹杆
定义五至九节水平腹杆
定义臂架拉杆
施加边界条件
施加风载荷
施加2m工况集中载荷
退出前处理并进入求解模块
施加25m工况集中载荷并求解
施加50m工况集中载荷并求解
退出求解模块
模型示意图
进入后处理模块
读入2m工况并显示结果
读入25m工况并显示结果
读入50m工况并显示结果
退出后处理模块
计算结果分析
确定优化结论
各工况数据
工况1-1变形图
工况1-2变形图
工况1-3变形图
工况2-1变形图
工况2-2变形图
工况2-3变形图
提取轴向力
上弦杆轴向力最值
下弦杆轴向力最值
侧腹杆轴向力最值
水平腹杆轴向力最值
分析确定危险工况
危险工况
吊臂强度校核
吊臂稳定性校核
工况2-2上弦杆一-四节稳定性校核
工况2-3上弦杆五-九节稳定性校核
工况2-2下弦杆一-四节稳定性校核
工况2-3下弦杆五-九节稳定性校核
工况2-1侧腹杆一-四节稳定性校核
工况2-3侧腹杆五-九节稳定性校核
工况2-1水平腹杆一-四节稳定性校核
工况2-3水平腹杆五-九节稳定性校核
第1章前言
1.1概述
塔式起重机是我们建筑机械的关键设备,在建筑施工中起着重要作用,我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程,如今已达到发达国家九十年代末期水平并跻身于当代国际市场。
QTZ500型塔式起重机简称QTZ500型塔机,是一种结构合理,性能比较优异的产品,比较国内同规格同类型的塔机具有更多的优点,能够满足高层建筑施工的需要,可用于建筑材料和预制构件的吊运和安装,并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施工。
高层建筑施工中,它的幅度利用率比其他类型起重机高,其幅度利用率可达全幅度的80%。
QTZ500型塔式起重机是500kN·m上回转自升式塔机。
上回转自升塔式起重机是我国目前建筑工程中使用最广泛的塔机,几乎是万能塔机。
它的最大特点是可以架得很高,所以所有的高层和超高层建筑、桥梁工程、电力工程,都可以用它去完成。
这种塔式起重机适应性很强,所以市场需求很大。
1.2发展趋势
塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。
在六十年代,由于高层、超高层建筑的发展,广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机。
并在工作机构中采用了比较先进的技术,如可控硅调速、涡流制动器等。
进入七十年代后,它的服务对象更为广泛。
因此,幅度、起重量和起升高度均有了显著的提高。
就工程起重机而言,今后的发展主要表现在如下几个方面:
①整机性能:
由于先进技术和材料的应用,同种型号的产品,整机重量要轻20%左右;②高性能、高可靠性的配套件,选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥;③电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用;④操作更方便、舒适、安全,保护装置更加完善;⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。
第2章总体设计
2.1概述
总体设计是毕业设计中至关重要的一个环节,它是后续设计的基础和框架。
只有在做好总体设计的前提下,才能更好的完成设计。
总体设计指导各个部件和各个机构的设计进行,一般由总工程师负责设计。
2.2确定总体设计方案
QTZ500塔式起重机是上回转液压自升式起重机。
尽管其设计型号有各种各样,但其基本结构大体相同。
整台的上回转塔机主要由金属结构,工作机构,液压顶升系统,电器控制系统及安全保护装置等五大部分组成。
2.2.1金属结构
塔式起重机金属结构部分由塔顶,吊臂,平衡臂,上、下支座,塔身,转台等主要部件组成。
对于特殊的塔式起重机,由于构造上的差异,个别部件也会有所增减。
金属结构是塔式起重机的骨架,承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷,是塔式起重机的重要组成部分,其重量通常约占整机重量的一半以上,因此金属结构设计合理与否对减轻起重机自重,提高起重性能,节约钢材以及提高起重机的可靠性等都有重要意义。
1.塔顶
自升塔式起重机塔身向上延伸的顶端是塔顶,又称塔帽或塔尖。
其功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部载荷,并通过回转塔架、转台、承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。
自升式塔机的塔顶有直立截锥柱式、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑式等形式。
截锥柱式塔尖实质上是一个转柱,由于构造上的一些原因,低部断面尺寸要比塔身断面尺寸为小,其主弦杆可视需要选用实心圆钢,厚壁无缝钢管或不等边角钢拼焊的矩形钢管。
人字架式塔尖部件由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。
而斜撑式塔尖则由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。
这两种型式塔尖的共同特点是构造简单自重轻,加工容易,存放方便,拆卸运输便利。
塔顶高度与起重臂架承载能力有密切关系,一般取为臂架长度的1/7-1/10,长臂架应配用较高的塔尖。
但是塔尖高度超过一定极限时,弦杆应力下降效果便不显著,过分加高塔尖高度不仅导致塔尖自重加大,而且会增加安装困难需要换用起重能力更大的辅助吊机。
因此,设计时,应权衡各方面的条件选择适当的塔顶高度。
本设计采用前倾截锥柱式塔顶,断面尺寸为1.36m×1.36m。
腹杆采用圆钢管。
塔顶高5.945米。
塔冒用无缝钢管焊接而成,顶部设有连接平衡臂拉杆和吊臂拉杆的铰销吊耳,以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮,顶部应装有安全灯和避雷针。
其结构如图2-1所示:
图2-1塔顶结构图
2.起重臂
1)构造型式
塔式起重机的起重臂简称臂架或吊臂,按构造型式可分为:
小车变幅水平臂架;俯仰变幅臂架,简称动臂;伸缩式小车变幅臂架;折曲式臂架。
小车变幅水平臂架,简称小车臂架,是一种承受压弯作用的水平臂架,是各式塔机广泛采用的一种吊臂。
其优点是:
吊臂可借助变幅小车沿臂架全长进行水平位移,并能平稳准确地进行安装就位。
因此此次设计采用小车变幅水平臂架。
小车臂架可概分为三种不同型式:
单吊点小车臂架,双吊点小车臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车臂架。
单吊点小车变幅臂架是静定结构,而双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。
幅度在40m以下的小车臂架大都采用单吊点式构造;双吊点小车变幅臂架结构一般幅度都大于50m。
双吊点小车变幅臂架结构自重轻,据分析与同等起重性能的单吊点小车变幅臂架相比,自重均可减轻5%-10%。
小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处,也可设在上弦处,现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点,正三角形截面臂架。
这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。
2)分节问题
臂架型式的选定及构造细部处理取决于塔机作业特点,使用范围以及承载能力等因素,设计时,应通盘考虑作出最佳选择,首先要解决好分节问题。
小车臂架常用的标准节间长度有6、7、8、10、12m五种。
为便于组合成若干不同长度的臂架,除标准节间外,一般都配设1~2个3~5m长的延接节,一个根部节,一个首部节和端头节。
端头节构造应当简单轻巧,配有小车牵引绳换向滑轮、起升绳端头固定装置。
此端头节长度不计入臂架总长,但可与任一标准节间配装,形成一个完整的起重臂。
本次设计选用标准节长度为6m,另加上2m长的延接节。
其示意图见图2-2:
图2-2臂架分节
3)截面形式及截面尺度
塔机臂架的截面形式有三种:
正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。
小车变幅水平臂架大都采用正三角形截面,本次设计的QTZ500采用正三角形截面。
选用这种方式的优点是:
节省钢材,减轻重量,从而节约成本。
其尺寸截面形式如图2-3所示:
图2-3臂架截面及其腹杆布置
1-水平腹杆2-侧腹杆3-上弦杆4-下弦杆
臂架一-五节:
B=1020mmH=800mm
臂架六-九节:
B=
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