QTZ40塔式起重机总体及平衡臂设计说明书.docx

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QTZ40塔式起重机总体及平衡臂设计说明书

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

变幅机构风力计算

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

变幅机构风力计算

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

变幅机构风力计算

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

固定基础稳定

平衡臂结构设计及计算

平衡臂总体结构设计

平衡臂计算

计算简图及工况

计算工况

工况一

工况二

平衡臂稳定性计算

计算所需部分数据

截面特性计算

载荷计算

平衡臂自重

平衡重均布载荷

风力计算

回转平面内的力矩计算

由风力产生的o点的力矩为

由起升机构产生的回转惯性力矩

由平衡臂自重产生的回转惯性力矩

由配电箱产生的回转惯性力矩

在起升平面内由横向载荷引起的最大弯矩

由起升机构产生的最大弯矩

有自重载荷在起升机构处的最大弯矩

计算、

计算欧拉临界公式

计算横向载荷弯矩系数

计算吊点处弯矩

计算端弯矩的不等折减系数

计算稳定性

平衡臂单肢稳定性计算

拉杆受力计算

抗拉强度为

抗剪强度

抗拉强度

平衡重设计及计算

平衡重设计

计算

校核

毕业设计小结

致谢

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。

QTZ40型塔式起重机简称QTZ40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%。

QTZ40型塔式起重机是400kN·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。

它是对满足塔机技术参数及形式的总的构想，总体设计的成败关系到塔机的经济技术指标，直接决定了塔机设计的成败。

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。

在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外的同类机械的有关资料，了解当前的国内外塔机的使用、生产、设计和科研的情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。

设计原则应当保证所设计的机型达到国家有关标准的同时，力求结构合理，技术先进，经济性好，工艺简单，工作可靠。

2.2确定总体设计方案

QTZ40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6.115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QTZ40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

臂架六-七节：

B=1017mmH=800mm

臂架截面尺寸与臂架承载能力、臂架构造、塔顶高度及拉杆结构等因素有关。

截面高度主要受最大起重量和拉杆吊点外悬臂长度影响最大。

截面宽度主要与臂架全长有关。

设计臂架长度为40m，共分七节。

4）腹杆布置和杆件材料选用

矩形截面臂架的腹杆体系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹杆体系既可采用人字式布置方式，也可采用顺斜置式。

此两种布置方式各有特点。

当采用顺斜置式式，焊缝长度较短、质量不易保证。

焊接变形不均匀，节点刚度较差，且不便于布置小车变幅机构。

因此本设计选用人字式布置方式。

其优点在于，这种布置方式应用区段不受限制，焊缝长度较长，强度易于保证，焊接变形较均匀，节点刚度较好，便于布置小车变幅机构。

臂架杆件材料有多种选择可能性。

一般情况下，上吊点小车变幅臂架的上弦以选用16Mn实心钢为宜，但造价要高。

因此本设计选用20号无缝圆钢