塔式起重機(jī)吊臂設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 2

1、 摘 要 工程建設(shè)有一個(gè)顯著的特點(diǎn)材料用量特別大、質(zhì)量特別重，對(duì)于高層建筑或大型的建筑更是明顯。就這一個(gè)因素便可以決定在工程建設(shè)中，要提高效率就必須發(fā)展用于運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械。塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔機(jī)）作為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的主要建筑機(jī)械，因其起升高度大，覆蓋面廣等特點(diǎn)而被廣泛使用于建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，擔(dān)負(fù)著主要的垂直運(yùn)輸任務(wù)，塔式起重機(jī)是各種工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備 ，吊臂作為塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的主要部件，其設(shè)計(jì)計(jì)算方法將直接影響整臺(tái)塔機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和塔機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。而隨著塔機(jī)向大型、重載和超高超長(zhǎng)的方向發(fā)展，吊臂的設(shè)計(jì)尤其顯得重要。吊臂結(jié)構(gòu)形式選擇桁架水平壓彎式臂架。吊臂的截面采用正三角形。上弦桿

2、用圓管，兩下弦通常采用角鋼焊接而成的方鋼，并兼作載重小車的軌道，腹桿（斜腹桿，水平腹桿）采用圓管。吊臂采用等強(qiáng)度變截面設(shè)計(jì)，兩個(gè)側(cè)面桁架采用三角式體系，水平桁架采用帶豎桿的三角式體系。需要計(jì)算吊臂各種情況所受的風(fēng)載荷，自重時(shí)的各種載荷，以及各個(gè)受力點(diǎn)的主要受力計(jì)算，并進(jìn)行整體的驗(yàn)算?！娟P(guān)鍵詞】塔式起重機(jī) 吊臂 1.1 概述塔式起重機(jī)是動(dòng)臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組 成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線

3、路、信號(hào)及照明裝置等。 1.2 本論文所要研究的問(wèn)題 吊臂是屬于塔機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)部分，是除塔身外另一重要受力部分，而且主要的工作單元都在安裝在吊臂上。受力大，受力形式多。在工作中承受著壓力、彎矩，回轉(zhuǎn)時(shí)還受到慣性力。而且在有風(fēng)的環(huán)境下還要受到風(fēng)力作用。主要解決的問(wèn)題是吊臂在各種情況下的受力問(wèn)題。2. 吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 吊臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2. 起重臂的構(gòu)造1.桁架壓桿式臂架桁架壓桿式臂架，臂架在起升平面的受力情況相當(dāng)與一根兩端簡(jiǎn)支梁，在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)相當(dāng)于一根懸臂梁。起升平面內(nèi)臂架中間部分通常采用等截面平行弦桿，兩端為梯形。在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，臂架通常做成頂部尺寸小，根部尺寸大的形式。為方便運(yùn)輸、安裝和拆除

4、，以及滿足不同施工對(duì)相對(duì)塔機(jī)最大工作幅度的不同要求，臂架通常制成若干段臂架節(jié)，其中中部的幾節(jié)制作成可以互換的便準(zhǔn)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)臂架長(zhǎng)度的不同組合。臂節(jié)之間采用螺栓或銷軸連接。臂架結(jié)構(gòu)的根部和頂部都需要加強(qiáng)，一般采用鋼板代替幅桿體系。2.桁架水平壓彎式臂架桁架水平壓彎是臂架亦稱小車變幅式臂架，其截面多為三角形的空間桁架結(jié)構(gòu)，以正三角形最為常見(jiàn)。上弦桿多用圓管、方管（常用角鋼拼成），兩下弦通常采用方管、槽鋼，并兼作載重小車的軌道，腹桿（斜腹桿，水平腹桿）多采用圓管。同樣，為了方便運(yùn)輸、安裝和拆除，滿足不同的施工對(duì)象對(duì)塔機(jī)最大工作幅度的不同要求，以及減輕起重臂結(jié)構(gòu)自重，臂架通常制成若干段臂架節(jié)，其中幾節(jié)

5、制作成可以互換的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)臂架長(zhǎng)度的不同組合。各種規(guī)格的臂架節(jié)的上、下弦桿和腹桿的截面尺寸根據(jù)其所處的位置受力狀況而有所不同，各臂架節(jié)在整個(gè)臂架中的位置是固定的。因此，在安裝時(shí)要嚴(yán)格遵守安裝使用說(shuō)明中的規(guī)定，嚴(yán)禁將臂架節(jié)裝錯(cuò)位置，以免發(fā)生重大生產(chǎn)安全事故。3. 起重臂結(jié)構(gòu)的選擇臂長(zhǎng)40米，臂端吊重量0.7噸，最大吊重量3噸。此吊臂采用桁架水平壓彎式臂架，截面采用正三角形。上弦桿用圓管，兩下弦通常采用角鋼焊接而成的方鋼，并兼作載重小車的軌道，腹桿（斜腹桿，水平腹桿）采用圓管。吊臂采用等強(qiáng)度變截面設(shè)計(jì)，兩個(gè)側(cè)面桁架采用三角式體系，水平桁架采用帶豎桿的三角式體系。圖2-1 吊臂截面圖圖2-2 吊

6、臂下軒桿截面圖吊臂主要部件材料的選用：表2.1 各種材料許用應(yīng)力表材料工作狀態(tài)工作狀態(tài)說(shuō)明A32301731389820016011516Mn33024819814028723016620Cr400300240170348278201調(diào)質(zhì)40Cr500376301213435348251調(diào)質(zhì)2024018017412321817411045360270216153313250181調(diào)質(zhì)35270203162115235188135暫取上弦桿下弦桿綴 條20Q235202.1.2 吊臂的主要尺寸表2.2 參照WK43SLC塔機(jī)的主要參數(shù)Lmax/mQ/tQmax/t:L/mB/mH/m361.0

7、3:14.251.11.14表2.3暫定c4007塔機(jī)的主要參數(shù)Lmax/mQ/mQmaxQmax/t:L/mB/mH/m400.73.03:14.251.11.14圖2-3 吊臂截面尺寸Lmax-最大幅度 ；B-截面高度；H-截面高度；Q-最大幅度起重量；Qmax-最大起重量2.1.3 吊臂的吊點(diǎn)位置確定本吊臂長(zhǎng)度為40，根據(jù)塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用雙吊點(diǎn)吊臂設(shè)計(jì)。雙吊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)可以有效的減輕吊臂的自重。吊點(diǎn)將臂架分為三部分,由經(jīng)驗(yàn)公式，初選（如圖12）。 圖2- 4 吊點(diǎn)位置 圖2-5 吊臂運(yùn)輸單元2.1.4 運(yùn)輸單元考慮到運(yùn)輸條件和原材料長(zhǎng)度限制，將起重臂做成各個(gè)節(jié)段，即運(yùn)輸單元。見(jiàn)圖（吊

8、臂總裝圖）。各節(jié)段在工廠制成后，運(yùn)到工地，在現(xiàn)場(chǎng)將各節(jié)段用銷軸相連，拼裝成整體起重臂，然后再和塔身等其他部件裝配成塔吊?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)化，將起重臂中間段做成若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，以利加工制造。所以將吊臂劃分為9個(gè)運(yùn)輸單元。 圖2-5 吊臂運(yùn)輸單元2.2 吊臂受力計(jì)算2.2.1 吊臂所受載荷組合起重機(jī)臂架采用下列三種載荷組合1.自重+等級(jí)吊重+工作狀態(tài)風(fēng)載荷+平穩(wěn)慣性力或其他水平力；2.自重+最大額定吊重+工作狀態(tài)風(fēng)載荷+急劇慣性力或其他水平力；3.自重+非工作狀態(tài)風(fēng)載荷+起重小車及吊鉤重。由于1、3種組合對(duì)本起重臂不起控制作用，因此可僅按第種載荷組合進(jìn)行設(shè)計(jì)在和確定。2.2.2 初估臂架自重和小車移動(dòng)機(jī)構(gòu)

9、的重量臂架自重 初估定臂自重為2560kg，變幅機(jī)構(gòu)重260kg，力矩傳感器裝置重10kg。G=（2560+260+10）*g=28300N吊臂自重可以看成沿吊臂全長(zhǎng)均勻載荷小車移動(dòng)機(jī)構(gòu)重量 初估為0.25t吊重包括起重小車、吊鉤及吊重。吊重是移動(dòng)載荷，起重起重小車重量和吊鉤重量是沿臂架移動(dòng)但數(shù)值不變的載荷，初估起重小車為0.78t。吊鉤重為0.42t。2.2.3 吊臂所受的風(fēng)載荷按照我國(guó)塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T1375292）進(jìn)行計(jì)算。臂架受風(fēng)載荷式中 風(fēng)力系數(shù)，臂架為三角形結(jié)構(gòu)，取1.3；計(jì)算風(fēng)壓，工作狀態(tài)取250Pa; A迎風(fēng)面積。 A=其中 前片結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積，（），為結(jié)構(gòu)充實(shí)率，對(duì)

10、于桁架取0.4； 后片結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積，（），為結(jié)構(gòu)充實(shí)率，對(duì)于桁架取0.4； 或?yàn)榍昂笸庑屋喞叽?，?圖14)。 為前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù)，與前片桁架充實(shí)率以及兩片桁架間隔比B/H有關(guān)，查表得本塔吊=取0.40。圖25 桁架擋風(fēng)折簡(jiǎn)系數(shù)由上所述，在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，本塔吊起重臂風(fēng)載荷吊重受風(fēng)載荷按額定起重量重力的3%計(jì)算，且不得小于500N，由于各種工況吊重不同所以吊重風(fēng)載分工況分別進(jìn)行計(jì)算。其他水平力作用在臂架回轉(zhuǎn)平面內(nèi)R除風(fēng)載荷外，還有回轉(zhuǎn)慣性力以及起吊時(shí)由于鋼絲繩傾斜引起的水平力等，可近似地取T=0.1Q（Q為吊重），并且按所吊貨物為8t和1.5t分別計(jì)算。2.2.4 吊臂自重及小車變幅機(jī)構(gòu)

11、自重產(chǎn)生的內(nèi)力1. 選擇工況由于吊重是移動(dòng)載荷，因此首先要確定小車在什么位置是臂架所產(chǎn)生的內(nèi)力為最大。以下三種工況可能對(duì)臂架產(chǎn)生最不利的影響：工況1 最大幅度所吊貨物為0.7t，（即吊重作用在D處，26）工況2 幅度R<=20 m，所吊貨物為1.5t，（即吊重作用在E處，圖27）。工況3 最小幅度R=3m,所吊貨物為3t，（即吊重作用在G處，圖28）。圖26 吊重在D處 圖27吊重在E處圖28 吊重在G處計(jì)算的截面為：1，吊臂根部截面A；2，根部到第一個(gè)吊點(diǎn)的截面 E；3，第一個(gè)吊點(diǎn)到第二個(gè)吊點(diǎn)的截面F；4，第二個(gè)吊點(diǎn)的截面C。各截面圖2-9所示：圖2-9 吊臂計(jì)算截面位置在起升平面內(nèi)（

12、即豎直平面內(nèi)）作為伸臂梁計(jì)算，如下圖示：圖2-10 起升平面計(jì)算簡(jiǎn)圖在回轉(zhuǎn)平面（即水平平面）內(nèi)，作為懸臂梁計(jì)算，如圖2-11所示：圖2-11 回轉(zhuǎn)平面計(jì)算簡(jiǎn)圖載荷組成：自重+吊重+工作狀態(tài)風(fēng)載（風(fēng)向垂直吊臂）+其他慣性力。計(jì)算中忽略離心力的影響，因?yàn)樗狡鹬貦C(jī)的工作級(jí)別為A4，所以不驗(yàn)算鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。2. 自重載荷引起的內(nèi)力計(jì)算雙吊點(diǎn)吊臂為一次超凈定結(jié)構(gòu)，解除多余約束，得到靜定組合，如圖212所示。圖212 吊臂計(jì)算簡(jiǎn)圖由疊加原理，B點(diǎn)豎向位移，（為臂架自重載荷在B點(diǎn)產(chǎn)生的豎直位移，為未知力X1產(chǎn)生的豎直位移。）所以 式中 、吊臂根部鉸點(diǎn)到第一吊點(diǎn)、第一吊點(diǎn)到第二吊點(diǎn)、第二吊點(diǎn)到吊臂端部最

13、大幅度處的距離拉桿BF和CF的截面積拉桿BF和CF與吊臂間的夾角q 臂架自重均布載荷拉桿BF和CF的長(zhǎng)度。吊臂在自重載荷作用下的內(nèi)力，就是自重載荷q單獨(dú)作用下的內(nèi)力和單獨(dú)作用產(chǎn)生的內(nèi)力之和。吊臂上到根部鉸點(diǎn)距離為x的任一點(diǎn)彎矩為：支反力：軸向力：AB段 BC段由吊重引起的臂架內(nèi)力3. 工況1載荷內(nèi)力計(jì)算 在最大幅度起吊額定載荷，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖110所示：圖213 工況一起吊平面計(jì)算簡(jiǎn)圖吊臂B點(diǎn)的豎直位移，應(yīng)該等于由起升載荷單獨(dú)作用所引起的B點(diǎn)豎直位移和由未知力單獨(dú)作用所引起的B點(diǎn)的豎直位移之和。根據(jù)力法方程：，即。根據(jù)計(jì)算，有吊臂在起升載荷作用下的內(nèi)力，就是起升載荷單獨(dú)作用下的內(nèi)力和由單獨(dú)作用產(chǎn)

14、生的內(nèi)力之和。吊臂上到根部鉸點(diǎn)距離為z的任一點(diǎn)彎矩為：支反力：拉桿拉力：軸向力： AB段 BC段在工況1下，起升平面內(nèi)由臂架自重載荷和起升載荷共同作用所引起的臂架內(nèi)力為以上兩種情況下載荷單獨(dú)作用所引起的臂架內(nèi)力的疊加。即：回轉(zhuǎn)平面內(nèi)：計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖214所示圖214 回轉(zhuǎn)平面計(jì)算簡(jiǎn)圖圖中 為均部風(fēng)載荷 為其他水平力，包括回轉(zhuǎn)慣性力、鋼絲繩傾斜水平力等其它水平力 為吊重受風(fēng)載荷 在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)吊臂上到根部鉸點(diǎn)距離為z任一點(diǎn)彎矩為 式中 L起重臂最大回轉(zhuǎn)半徑4 工況2內(nèi)力計(jì)算吊重在E處，在跨中位置起吊載荷,計(jì)算由吊重引起的臂架內(nèi)力，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖112所示：圖215 工況二起吊平面計(jì)算簡(jiǎn)圖由力法方程：

15、，即。根據(jù)計(jì)算，有 式中 a第一個(gè)吊點(diǎn)B到臂架跨中E的距離 b臂架跨中E到第二個(gè)吊點(diǎn)C的距離在工況二下，吊臂到根部鉸點(diǎn)距離為z的任一點(diǎn)彎矩為支反力： 拉桿拉力： 軸向力： AB段 BC段工況二載荷引起的內(nèi)力和自重載荷引起臂架的內(nèi)力疊加，得工況二臂架內(nèi)力公式：即 回轉(zhuǎn)平面內(nèi)：計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖215所示圖216 工況二回轉(zhuǎn)平面臂架內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)吊臂上到根部鉸點(diǎn)距離為z任一點(diǎn)彎矩為：5. 工況3內(nèi)力計(jì)算 吊重在G處，在最小幅度起吊載荷，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖217所示：圖217 工況三起吊平面計(jì)算簡(jiǎn)圖由力法方程：，即。根據(jù)據(jù)計(jì)算，有式中 a臂架根部A到起吊載荷G的距離 b起吊點(diǎn)G到第一吊點(diǎn)B的距離在工

16、況三下，吊臂到根部鉸點(diǎn)距離為z的任一點(diǎn)彎矩為：支反力： 拉桿拉力： 軸向力：AB段 BC段工況三載荷引起的內(nèi)力和自重載荷引起臂架的內(nèi)力疊加，得工況二臂架內(nèi)力公式：即 回轉(zhuǎn)平面內(nèi)：計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖115所示 圖218 工況二回轉(zhuǎn)平面臂架內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)吊臂上到根部鉸點(diǎn)距離為z任一點(diǎn)彎矩為：至此 三種工況臂架任一點(diǎn)內(nèi)力計(jì)算公式推導(dǎo)完畢。工況 1 ：R=40 Q=0.7 q=0.33 圖2-19 計(jì)算工況1FQ= =1.25×0.7+0.33=1.205t=11809所以：代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： X1=29473Mc=0 14.4 FQ = X1sinc×28.7+ NA

17、5;40.6所以： NA=12168 Y=0 Nc= NA+ FQX1cosc=31006 剪力 QA= 12168 QE= 12168 QF=17350 Qc=18838 彎矩 MA=0 ME=18838×14.6=271267MF=17350×13=225550 MC=12168×20.3=247010軸力 NAC = X1cotB + NccotC =227717 NBC =217045工況 2 R=20 Q=1.5 t q=0.33 t 圖2-20 計(jì)算工況2FQ=Q+q=1.25×1.5+0.33=20205t=21609 Mc=0 14.6

18、FQ = X1sinc×28.7+ NA×40.6 NA=24503 Y=0 Nc= NA+ FQX1cosc=27058 ME=24053×14.6=35743剪力： QAE =24503 QDE =27731 軸力： NAC =56809 NBC =217045工況3 R=3 m Q=3 q=0.33 圖2-21 計(jì)算工況3 FQ=Q+q=1.25×3+0.33=4.08t=39984 Mc=0 37.6 FQ = X1cosc×28.7+ NA×40.6所以： NA=74850 Nc=10123474850X1sinc=15711 剪力： QAE=74850 3.總結(jié)與展望3.1 工作總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們四年的學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)。在這做畢業(yè)設(shè)計(jì)的3個(gè)月的時(shí)間里，感受很深。發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)要離開(kāi)這學(xué)