塔吊的分析與改進(jìn)1

1、塔吊的分析與改進(jìn)同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：湯理梁學(xué)號(hào)：090813完成時(shí)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(jìn)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(jìn)12（一） 舊式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的適用性及存在的問(wèn)題12（二） 調(diào)速機(jī)構(gòu)的改進(jìn)121、 上回轉(zhuǎn)自升固定平臂式塔吊的分析與改進(jìn)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(zhǎng)（高），好像一個(gè)鐵塔的形式，還叫塔式起重機(jī)，用來(lái)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(jiǎn)單、裝卸容易等優(yōu)點(diǎn)，是建筑工地普遍使用的一種起重機(jī)械

2、。2、 塔吊的分析（1） 塔吊的基本結(jié)構(gòu) 塔機(jī)外型示意圖見(jiàn)圖，由金屬結(jié)構(gòu)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分、電氣系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置組成。電氣系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)組成。通過(guò)操作控制開(kāi)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(jī)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(jī)構(gòu)；5-下支座；6-上支座；7-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；8-回轉(zhuǎn)塔身；9-司機(jī)室；10-變幅機(jī)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(jī)構(gòu)；20-電控柜；21-塔身一般來(lái)說(shuō)塔吊按各部分的功能可以分為：機(jī)座、塔身、頂升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

3、、起升機(jī)構(gòu)、平衡臂、塔臂、行走小車、變幅、駕駛室、塔頂?shù)炔糠帧?（1）機(jī)座是最底下用來(lái)固定和支撐整個(gè)塔機(jī)的部分；（2）塔身是塔機(jī)身子，也是升高的部分；（3）頂升部分是使得塔機(jī)可以升高；（4）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是保持塔機(jī)上半身可以水平旋轉(zhuǎn)的；（5）起升機(jī)構(gòu)用來(lái)將重物提升起來(lái)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(lái)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(yùn)行的；（10）司機(jī)室是操作的地方；（11）塔頂當(dāng)然是用來(lái)保持臂架受力平衡的； 塔吊的牽引機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，是以間歇，重復(fù)工作方式，

4、將重物通過(guò)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(jìn)行起升、下降，或起升與運(yùn)移的機(jī)械設(shè)備。主要安裝在塔式起重機(jī)的起重臂上。其主要組成部分有：電機(jī)、變速箱、制動(dòng)器、卷筒、底架、軸承座和安全裝置等。塔吊的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)QTZ系列塔機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)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(jī)的下支座上，不轉(zhuǎn)動(dòng)，支承的內(nèi)圈用螺栓固裝在塔機(jī)的上支座上，可轉(zhuǎn)動(dòng)。塔機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)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(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳到小齒輪上時(shí)，它就繞著支承外齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)裝在塔機(jī)上支座的支承內(nèi)圈繞其滾道旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到裝在上支座的塔機(jī)上部回轉(zhuǎn)的目的。回轉(zhuǎn)機(jī)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(diǎn)按設(shè)計(jì)要求調(diào)整合格后，再將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用連接板或安裝座焊牢在上支座上。拆換時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可直接從連接板或安裝座上拆下。塔機(jī)回轉(zhuǎn)支承齒輪副是以小齒輪圍繞著大齒圈滾動(dòng)的開(kāi)式傳動(dòng)齒輪副形式，屬于低速（V<2m/s），重載，且頻繁正反轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng)。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(zhǎng)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(dāng)升高的高度是普通節(jié)的長(zhǎng)度時(shí)，爬升節(jié)還套在塔身上。爬升節(jié)有一面沒(méi)有斜拉桿，象門洞一樣。這時(shí)塔吊吊起一節(jié)普通節(jié)從門洞里塞進(jìn)去就可以安裝在塔身上了

6、。然后爬升節(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(fù)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(lái)回移動(dòng)，用來(lái)吊重。一邊是平衡臂，裝上配重，來(lái)平衡塔吊的彎矩，防止塔吊傾覆。下面以QTZ80型塔式起重機(jī)為例，對(duì)電氣控制原理進(jìn)行分析。1. 主回路部分圖QTZ80塔式起重機(jī)電氣主線路2. 控制線路總起動(dòng)部分3. 小車行走控制小車行走控制線路見(jiàn)圖，操作小車控制開(kāi)關(guān)SA3, 可控制小車以高、中、低三種速度向前、向后行進(jìn)。圖3 小車行走控制線路控制原理如下：1、小車行走控制 2、

7、線路保護(hù)（1）終點(diǎn)極限保護(hù)：當(dāng)小車前進(jìn)（后退）到終點(diǎn)時(shí)，終點(diǎn)極限開(kāi)關(guān)4SQ1(4SQ2)斷開(kāi)，控制線路中前進(jìn)（后退）支路被切斷，小車停止行進(jìn)。（2）臨近終點(diǎn)減速保護(hù)：當(dāng)小車行走臨近終點(diǎn)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)4SQ3、4SQ4斷開(kāi),中間繼電器4KA1失電，中速支路、高速支路同時(shí)被切斷，低速支路接通，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）力矩超限保護(hù)：力矩超限保護(hù)接觸器1KM2常開(kāi)觸頭接入向前支路，當(dāng)力矩超限時(shí)，1KM2失電，向前支路被切斷，小車只能向后行進(jìn)。4. 塔臂回轉(zhuǎn)控制塔臂回轉(zhuǎn)控制線路見(jiàn)圖，操作回轉(zhuǎn)控制開(kāi)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?、右（左）回轉(zhuǎn)控制 、 制動(dòng)器控制 圖

8、 塔臂回轉(zhuǎn)控制線路、線路保護(hù)（）回轉(zhuǎn)角度限位保護(hù)：當(dāng)向右（左）旋轉(zhuǎn)到極限角度時(shí)，限位器3SQ1（3SQ2）動(dòng)作，3KM2（3KM3）失電，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，只能做反向旋轉(zhuǎn)操作；（）回轉(zhuǎn)角度臨界減速保護(hù)：當(dāng)向右（左）旋轉(zhuǎn)接近極限角度時(shí)，減速限位開(kāi)關(guān)3SQ3（3SQ4）動(dòng)作斷開(kāi)，3KA1、3KM5、3KM6、3KM7失電，3KM4得電，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行。5. 起升控制操作起升控制開(kāi)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(guò)程，現(xiàn)將提升狀態(tài)五個(gè)檔位對(duì)應(yīng)控制線路分解敘述，見(jiàn)圖。 起升控制線路、控制開(kāi)關(guān)撥至上升第檔，S1 S3閉合，控制線路分解為

9、圖。接觸器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(zhǎng)開(kāi)觸頭閉合，2KM6、2KM5相繼得電，對(duì)應(yīng)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(dòng)器電機(jī)M2上使之處于半制動(dòng)狀態(tài)，2KM5閉合，滑環(huán)電動(dòng)機(jī)M3定子繞組8級(jí)接法, 2KM3閉合，電動(dòng)機(jī)得電低速正轉(zhuǎn)（上升）。通過(guò)線間變壓器201抽頭110伏交流電經(jīng)2KM1觸頭再經(jīng)75號(hào)線接入橋堆，渦流制動(dòng)器起動(dòng)。圖起升檔控制線路分解圖、當(dāng)控制開(kāi)關(guān)撥至第檔，S2、S3、S7閉合，S1斷開(kāi)使2KM1失電，制動(dòng)器支路2KM1常閉觸頭復(fù)位。S2閉合使2KM2得電，S3閉合使2KM3繼續(xù)得電，控制線路分

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

11、一步改變電動(dòng)機(jī)定子繞組接法高速運(yùn)轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備.。見(jiàn)圖。圖起升檔控制線路分解圖、當(dāng)控制開(kāi)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(shí)完成閉合），其常閉觸頭動(dòng)作切斷低速支路，2KM5失電，常閉觸頭復(fù)位接通高速支路，接觸器2KM8、2KM7相繼得電，見(jiàn)圖。主回路轉(zhuǎn)子電阻繼續(xù)被短接，觸頭2KM5斷開(kāi)、2KM8閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組接為級(jí)，觸頭2KM7閉合，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖起升檔控制線路分解圖、線路保護(hù)，提升控制線路中設(shè)有力矩超限保護(hù)2SQ1、提升高度限位保護(hù)2SQ2、高速限重保護(hù)2SQ3，保護(hù)原理如下：力矩超限保護(hù)，力矩超限時(shí)2SQ1動(dòng)作，切斷提升線路

12、，2KM3失電，提升動(dòng)作停止。同時(shí)總電源控制線路中單獨(dú)設(shè)置的力矩保護(hù)接觸器常開(kāi)觸頭1KM2 再次提供了力矩保護(hù)。高度限位保護(hù)，當(dāng)提升高度超限，高度限位保護(hù)開(kāi)關(guān)2SQ2動(dòng)作，提升線路切斷，2KM3失電，提升動(dòng)作停止。高速限重保護(hù),當(dāng)控制開(kāi)關(guān)在第檔，定子繞組級(jí)接法，轉(zhuǎn)子電阻短接，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，若起重量超過(guò)噸時(shí)，超重開(kāi)關(guān)2SQ3動(dòng)作，2KA1失電，2KM7、2KM8相繼失電，2KM6、2KM5相繼得電，電動(dòng)機(jī)定子繞組由級(jí)接法變?yōu)榧?jí)接法，轉(zhuǎn)子電阻R1、R2 接入 ，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。提升控制線路中接有瞬間動(dòng)作限流保護(hù)器FA常閉觸頭，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子電流超過(guò)額定電流時(shí)FA動(dòng)作，切斷提升控制線路中相關(guān)控制器件

13、電源，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如遇突然停電，液壓制動(dòng)器M2失電對(duì)提升電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，避免起吊物體荷重下降。3、 塔吊的改進(jìn)（1） 舊式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的適用性及存在的問(wèn)題圖2為舊式塔機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的常見(jiàn)傳動(dòng)形式，其組成為：雙速電機(jī)1+液力耦合器2+制動(dòng)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(wèn)題：1） 擺線針輪減速器抗沖擊性能差，過(guò)載能力低，輸出端的懸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，漏油嚴(yán)重，低速級(jí)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(yán)重故障，潤(rùn)滑油泵電機(jī)容易受潮燒毀。2） 該形式采用帶式制動(dòng)器，由交流電磁鐵加力，通過(guò)杠桿增力后，帶動(dòng)制動(dòng)帶，將減速器軸制動(dòng)，但由于反映到制動(dòng)帶上的動(dòng)作行程很小，制動(dòng)帶

14、彎度大，彈性差，接觸狀況不理想，制動(dòng)力矩難以滿足要求，可靠性差，尤其在北方風(fēng)沙地區(qū)及沿海風(fēng)力較大地區(qū)，制動(dòng)問(wèn)題相當(dāng)突出。起、制動(dòng)不平穩(wěn)，慣性沖擊大。制動(dòng)電磁鐵易因過(guò)熱或受潮而燒毀。3） 沒(méi)有停車就位功能，停車就位時(shí)，司機(jī)憑借經(jīng)驗(yàn)在就位前提前斷電，靠摩擦阻力矩的作用，使其減速，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)就位。實(shí)際上，就位非常困難，常常只能靠“打反車”來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，加劇了沖擊和擺動(dòng)。4） 調(diào)速性差，難以調(diào)速。（2） 調(diào)速機(jī)構(gòu)的改進(jìn) 由于上述舊式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在施工現(xiàn)場(chǎng)中最大面廣，但因其在設(shè)計(jì)和技術(shù)性能上的先天不足，質(zhì)量和設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生，影響了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，因此，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，改善其技術(shù)性能，使其在安全

15、可靠、性能穩(wěn)定的條件下工作時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這類塔機(jī)的迫切要求。由于舊式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在減速器、制動(dòng)器、電機(jī)調(diào)速性能等方面都存在一定的問(wèn)題，因此，在充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為研制新的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，選用其他形式的減速器，是從根本上完善回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)性能的有效途徑。 新的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用了如下的傳動(dòng)形式。圖3的回轉(zhuǎn)傳動(dòng)形式組成如下： 帶渦流制動(dòng)器的繞線轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)1+液力耦合器2+盤式制動(dòng)器3+行星傳動(dòng)減速器4+回轉(zhuǎn)支承齒輪副5。它具有如下特點(diǎn)：1） 行星減速器是由定點(diǎn)廠家為塔機(jī)專門設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，輸出端按塔機(jī)臂結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)，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)

16、常出現(xiàn)的多種缺陷。2） 減速器內(nèi)部的齒輪是經(jīng)淬火磨削的高強(qiáng)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(dòng)功率大，承載能力強(qiáng)，抗沖擊性能好，適合塔機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)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(zhǎng)。3） 調(diào)速電機(jī)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(jī)為渦流制動(dòng)繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)，是一種新型的調(diào)速電機(jī)。由YZR系列電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)渦流制動(dòng)器組成，渦流制動(dòng)器的電樞與電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流電時(shí)，渦流制動(dòng)器產(chǎn)生的力矩與電機(jī)力矩相反，起到制動(dòng)作用，使電動(dòng)轉(zhuǎn)速降低，通過(guò)調(diào)節(jié)渦流制動(dòng)器勵(lì)磁電流大小，即可達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，由

17、于渦流線圈為感抗負(fù)載，電流電壓不能突變，加上吊臂運(yùn)行的慣性效應(yīng)使起動(dòng)調(diào)速過(guò)程產(chǎn)生積分效應(yīng)（相當(dāng)于無(wú)級(jí)調(diào)速），使整個(gè)回轉(zhuǎn)過(guò)程平滑加速，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)無(wú)沖擊現(xiàn)象。其調(diào)速范圍可從電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速調(diào)到同步轉(zhuǎn)速的1/51/10，由于電機(jī)調(diào)速性能改善，從而可使回轉(zhuǎn)在很低速度下啟動(dòng)，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(dá)=0.001，使慣性力矩大大減少起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 4）采用渦流制動(dòng)電機(jī)，還能使回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)制動(dòng)，以利實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車就位，無(wú)沖擊。 塔機(jī)停止就位時(shí)，在回轉(zhuǎn)電機(jī)斷電后，由于強(qiáng)大的回轉(zhuǎn)慣性力矩，塔機(jī)將繼續(xù)滑行，不利于工作時(shí)就位，不利于工作時(shí)就位。在此時(shí)將電機(jī)前端的渦流制動(dòng)器加入大小

18、適當(dāng)?shù)臏u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(shí)間，從而準(zhǔn)確就位。 5）用盤式制動(dòng)器取代帶式制動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)塔機(jī)上回轉(zhuǎn)部分的準(zhǔn)確定位，防止大臂在需要可靠定位時(shí)被風(fēng)力吹動(dòng)，如塔機(jī)頂升狀態(tài)。 盤式制動(dòng)器的工作原理參見(jiàn)圖4，由摩擦盤、圓盤、制動(dòng)盤、制動(dòng)電磁鐵、銜鐵、彈簧等組成。需要制動(dòng)時(shí)，電磁鐵接電，銜鐵被吸合，并通過(guò)螺桿帶動(dòng)圓盤將摩擦盤壓緊在制動(dòng)盤上，實(shí)現(xiàn)摩擦制動(dòng)。電磁鐵斷電，則依靠彈簧力使圓盤松開(kāi)，制動(dòng)解除。其結(jié)構(gòu)緊湊，制動(dòng)可靠，產(chǎn)生的制動(dòng)力矩大小可通過(guò)改變制動(dòng)線圈勵(lì)磁電流的大小而方便調(diào)節(jié)。餃帶式制動(dòng)器具有明顯優(yōu)勢(shì)。 6）電氣控制系統(tǒng)安全可靠塔機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)的渦流制動(dòng)、以及盤式制動(dòng)均通過(guò)電氣實(shí)現(xiàn)互鎖。盤式制