QTZ40塔式起重機總體及塔身有限元分析法設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、建 筑 工 程 學 院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目qtz40塔式起重機總體及塔身有限元分析法設(shè)計學 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 輔 導 教 師 目錄第1章 前言1 1.1 塔式起重機概述11.2 塔式起重機的發(fā)展情況11.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢3第2章 總體設(shè)計52.1 概述 52.2 確定總體設(shè)計方案52.2.1 金屬結(jié)構(gòu)52.2.2 工作機構(gòu)222.2.3 安全保護裝置292.3 總體設(shè)計設(shè)計總則322.3.1 整機工作級別 322.3.2 機構(gòu)工作級別322.3.3主要技術(shù)性能參數(shù) 332.4 平衡重的計算332.5 起重特性曲線352.6 塔機風力計算 362.6.1 工作工

2、況372.6.2 工作工況412.6.3 非工作工況43 2.7整機的抗傾翻穩(wěn)定性45 2.7.1工作工況46 2.7.2工作工況47 2.7.3非工作工況49 2.7.4工作工況50 2.8固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算51第3章 塔身的有限元分析設(shè)計533.1 塔身模型簡化533.2 有限元分析計算54 3.2.1 方案一54 3.2.2 方案二79 3.2.3 方案三98第4章 塔身的受力分析計算1214.1 穩(wěn)定性校核1214.2 塔身的剛度檢算122 4.3 塔身的強度校核1244.4 鏈接套焊縫強度的計算1254.5 塔身腹桿的計算1264.6 高強度螺栓強度的計算127第5章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)1

3、29致謝130主要參考文獻131設(shè)計項目計算與說明結(jié)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(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)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(lǐng)先地位。應(yīng)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

4、重要的作用。同時，為了適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)不算太大，可滿足中小型施工的要求。本機以基本高度（獨

5、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(shè)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(wù)，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(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程。20世紀50年代，為滿足國家經(jīng)濟建設(shè)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(shè)計的樣機，在撫順試制成

6、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(gòu)中采用了比較先進的技術(shù)，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(gòu)中安裝液力耦合器等。在此時期，中國開始進入了自行設(shè)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(shè)計的塔式起重機。隨后，中國又自行設(shè)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

7、。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(wù)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(shù)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(shè)計制造了qt-10型自升式塔式起重機，該機的起重力矩為1600knm。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、td2

8、5、qtg40、qtg60下回轉(zhuǎn)動臂自行架設(shè)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(shù)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(shù)性

9、能比較先進，極大地促進了中國塔式起重機產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)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(wù)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(yīng)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(shù)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?？焖俨鹧b下回轉(zhuǎn)塔式起重機的吊臂長度可達到

10、35m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標準臂長一般為3040m，可以接長到5060m。重型塔式起重機吊臂則更長。隨著塔式起重機設(shè)計水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)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(shù)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(yīng)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2030m/min，回轉(zhuǎn)速度為0.61r/min，變幅速度為3040m/min，大車行走速度為1040m/min，而近幾年來塔式起重機工作速度已有提

11、高。起升機構(gòu)普遍做到具有34種工作速度，重物起升速度超過100m/min者已經(jīng)很多，構(gòu)件安裝就位速度可在010m/min范圍內(nèi)進行選擇，回轉(zhuǎn)速度一般可在01r/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23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(jié)構(gòu)為了便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設(shè)計制造、使用與管理，提高塔式起

12、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。設(shè)計項目計算與說明結(jié)果總體設(shè)計概述確定總體設(shè)計方案塔機金屬結(jié)構(gòu)塔頂?shù)醣蹣?gòu)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(gòu)造平衡臂和平衡重平衡臂的結(jié)構(gòu)型式平衡重拉桿上、下支座塔身塔身結(jié)構(gòu)斷面型式塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)標準節(jié)間的聯(lián)接方式塔身結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)爬升架頂升機構(gòu)套架液壓頂升基礎(chǔ)工

13、作機構(gòu)起升機構(gòu)起升機構(gòu)的傳動方式 起升機構(gòu)的驅(qū)動方式起升機構(gòu)的減速器起升機構(gòu)的制動器滑輪組倍率回轉(zhuǎn)機構(gòu)變幅機構(gòu)安全裝置限位開關(guān)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(shè)計原則整機工作級別機構(gòu)工作級別第2章 總體設(shè)計2.1 概述總體設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)和框架。只有在做好總體設(shè)計的前提下，才能更好的完成設(shè)計。它是對滿足塔機技術(shù)參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計的成敗關(guān)系到塔機的經(jīng)濟技術(shù)指標，直接決定了塔機設(shè)計的成敗?？傮w設(shè)計指導各個部件和各個機構(gòu)的設(shè)計進行，一般由總工程師負責設(shè)計。在接受設(shè)計任務(wù)以后，應(yīng)進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同

14、類機械的有關(guān)資料，了解當前的國內(nèi)外塔機的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當保證所設(shè)計的機型達到國家有關(guān)標準的同時，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。2.2 確定總體設(shè)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(shè)計型號有各種各樣，但其基本結(jié)構(gòu)大體相同。整臺的上回轉(zhuǎn)塔機主要由金屬結(jié)構(gòu)，工作機構(gòu)，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(jié)構(gòu)塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)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(gòu)造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結(jié)構(gòu)是

15、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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)部件或直接通過轉(zhuǎn)臺傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。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(gòu)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

16、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(gòu)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(guān)系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應(yīng)配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應(yīng)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(shè)計時，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當?shù)乃敻叨?。本設(shè)計采用前傾截錐柱式塔頂，斷面尺寸為1.36m1.36m。腹桿采用圓鋼管。塔頂高

17、6.115米。塔冒用無縫鋼管焊接而成，頂部設(shè)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(yīng)裝有安全燈和避雷針。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1 塔頂結(jié)構(gòu)圖2. 起重臂1） 構(gòu)造型式塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)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(shè)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

18、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(jié)構(gòu)，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構(gòu)造；雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)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(shè)在下弦處，也可設(shè)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(gòu)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(shè)計時，應(yīng)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

19、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(shè)12個35m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(gòu)造應(yīng)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(shè)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(shè)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

20、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(gòu)造、塔頂高度及拉桿結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。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(guān)。設(shè)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

21、。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(gòu)。因此本設(shè)計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應(yīng)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(gòu)。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16mn實心鋼為宜，但造價要高。因此本設(shè)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898、897，下弦選用的角鋼型號為：758、755，臂間由銷軸連接。 5） 吊點的選擇與構(gòu)造 吊點可分為單吊點和雙吊點。其設(shè)計原

22、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(jié)構(gòu)。若臂架總長在50m以上，或?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴?yīng)采用雙吊點。采用單吊點結(jié)構(gòu)時，吊點可以設(shè)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(shè)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(shè)平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構(gòu)成設(shè)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(shè)起升機構(gòu)。起升機構(gòu)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

23、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(jié)構(gòu)型式平衡臂的構(gòu)造設(shè)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(shè)和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務(wù)的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guān)系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關(guān)系，因此，平衡臂的合理設(shè)計可節(jié)約材料，降低整機造價。常用平衡臂有以下三種結(jié)構(gòu)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(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道

24、板，走到板兩旁設(shè)有防護欄桿。其特點是結(jié)構(gòu)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(gòu)造與平面框架式平衡臂結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，

25、走道板兩旁設(shè)有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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34t，重型自升式塔機要裝有近30t平衡重。因此在設(shè)計平衡重過程中，應(yīng)對平衡重的選材、構(gòu)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(gòu)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(gòu)造較復雜，

26、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(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構(gòu)造簡單，預(yù)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(shè)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(gòu)，它下面的小齒

27、輪準確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設(shè)有限位開關(guān)。下支座上部用高強螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接、支承上部結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機上部結(jié)構(gòu)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(chǔ)。1） 塔身結(jié)構(gòu)斷面型式塔身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。因此本設(shè)計采用的也是方形斷面結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結(jié)

28、構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁架結(jié)構(gòu)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：1.2m1.2m，1.3m1.3m，1.4m1.4m，1.5m1.5m，1.6m1.6m，1.7m1.7m，1.8m1.8m，2.0m2.0m。此次設(shè)計的尺寸為1.6m1.6m。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，1

29、0m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(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)塔身結(jié)構(gòu)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(shè)計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結(jié)構(gòu)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(yīng)用最廣。本次設(shè)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(jié)構(gòu)鋼

30、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(jié)構(gòu)設(shè)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??；二是裝卸容易；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(jié)構(gòu)采用整體式塔身標準節(jié)，如圖2-5所示：圖2-5 塔

31、身結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)和中央頂升式自升塔機的內(nèi)塔外，塔身結(jié)構(gòu)上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結(jié)構(gòu)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(shè)置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設(shè)計塔身標準節(jié)，特別是在設(shè)計拼裝式塔身標準節(jié)時，要處理好爬梯與塔身

32、的關(guān)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(yīng)上下相等，并應(yīng)不大于30mm。當爬梯高度大于5m時，應(yīng)從高2m處開始裝設(shè)直徑為650800mm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(yīng)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(shè)電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學的應(yīng)用。5） 塔身的接高問題在遇到塔身需要接高問題時，應(yīng)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

33、進行具體接高操作之前，還應(yīng)制定相關(guān)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，它支撐著塔頂結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，起重回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動慣量小，自

34、重和驅(qū)動功率小，能使起重機重心降低。轉(zhuǎn)柱式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應(yīng)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(jié)。設(shè)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

35、座結(jié)構(gòu)要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。根據(jù)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(gòu)造隨著塔身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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

36、架和塔身偏置式底架。本次設(shè)計采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)連接，底架通過20個預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，螺栓為m36，底架外輪廓尺寸約為：長寬高=46004600250 mm。撐桿的作用是使塔身基礎(chǔ)節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結(jié)構(gòu)，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設(shè)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(chǔ)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，

37、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(gòu)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

38、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2.02.0米2。外側(cè)設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)重量之用。2） 頂升機構(gòu)頂升機構(gòu)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

39、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(jié)構(gòu)。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(yīng)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

40、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(yīng)用面比較廣。本次設(shè)計的qtz40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。（2） 按頂升機構(gòu)的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構(gòu)、鏈輪頂升機構(gòu)、齒條頂升機構(gòu)、絲杠頂升機構(gòu)和液壓頂升機構(gòu)等五種。繩輪頂升機構(gòu)的特點是構(gòu)造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構(gòu)與繩輪頂升機構(gòu)相類似，采用較少。齒條頂升機構(gòu)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(gòu)的絲杠

41、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(shè)計的qtz40塔式起重機采用液壓頂升機構(gòu)。液壓頂升機構(gòu)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(gòu)造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構(gòu)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-壓力表開關(guān) 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

42、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(shè)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(yīng)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(shè)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。活塞桿外伸，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

43、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(yīng)縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設(shè)計的qtz40塔式起重機采用側(cè)頂式。12. 基礎(chǔ)固定式塔式起重機，可靠的地基基礎(chǔ)是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎(chǔ)應(yīng)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(chǔ)）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)。鋼筋混凝土基礎(chǔ)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(chǔ)，四個條塊分隔式基礎(chǔ)或者四個獨立塊體式基礎(chǔ)。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎(chǔ)。如這種塔機必須安裝在深基坑近旁，或者塔機安裝位

44、置地質(zhì)條件較差，則應(yīng)采用鉆孔灌注樁承臺基礎(chǔ)。1） x形整體基礎(chǔ)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(yù)埋地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)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(chǔ)2） 長條形基礎(chǔ)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(chǔ)，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(chǔ)。3） 分塊式基礎(chǔ)由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結(jié)構(gòu)傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構(gòu)造尺寸視塔機支反力大

45、小基地耐力而定。由于基礎(chǔ)僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負荷獨立柱基礎(chǔ)處理。其優(yōu)點是：構(gòu)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(chǔ)，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎(chǔ)。塔機的塔身結(jié)構(gòu)通過塔身基礎(chǔ)節(jié)、預(yù)埋塔身框架或預(yù)埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。由于塔身結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)聯(lián)固成整體，混凝土基礎(chǔ)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(chǔ)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?；A(chǔ)預(yù)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(shè)深度為1-1.5米，但應(yīng)注意須將基礎(chǔ)整體埋住。本次設(shè)計的qtz40塔式起重機，選用的混凝土基礎(chǔ)為x基礎(chǔ)（如圖2-9所示）?；炷镣廨喞叽缂s為：長寬高=700070001100 mm（長寬高），總混凝土方量約11立方米，基礎(chǔ)重量約25噸，承載能力為10n/cm2。基礎(chǔ)用鋼筋混凝土搗制，混凝土標號為300號，在基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等?；A(chǔ)的制作應(yīng)嚴格按圖施工?；A(chǔ)的土質(zhì)應(yīng)堅固牢實，要求承載能力大于0.15mpa，混凝土基礎(chǔ)的深度1100mm 。圖2-9 塔機設(shè)計基礎(chǔ)2.2.2 工作機構(gòu)工作機構(gòu)是為實現(xiàn)起重機不同的