【某塔式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例5600字】

某塔式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31440某塔式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1183971.1頂升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1146551.1.1型式 168931.1.2頂升工況 1220371.1.3頂升力的計(jì)算 2161191.1.4頂升速度和功率計(jì)算 3175221.1.5頂升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的確定 315492塔式起重機(jī)頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 71.1頂升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1.1型式本次設(shè)計(jì)選用液壓式爬升機(jī)構(gòu)，采用液壓油缸頂升。爬升方式采用外套架爬升上加節(jié)式。1.1.2頂升工況考慮到當(dāng)塔機(jī)處于爬升工況時(shí)，最理想的是頂升的重力越小越好，且回轉(zhuǎn)支承以上的零部件對(duì)頂升作用點(diǎn)的不平衡力矩為零，即：···········································（2-57）式中，——爬升時(shí)的前傾力矩；——爬升時(shí)的后傾力矩。設(shè)：為吊臂一側(cè)固定零部件引起的力矩；：為變幅小車在不同位置時(shí)，起升載荷引起的力矩；：為平衡臂一側(cè)固定零部件引起的力矩；：為平衡重引起的力矩，則：··········································（2-57）上式中，隨著變幅小車位置不同而變化，當(dāng)塔機(jī)在最不利的工況（如滿載）下時(shí)，可以視為不變力矩，即：。當(dāng)塔機(jī)處于最有利的非工作狀態(tài)時(shí)，僅僅是變幅小車的和吊鉤組所引起的力矩。而如果變幅小車處于最小幅度處(如靠近塔身時(shí))，則可以略去不計(jì)。綜上所述，時(shí)2-57可以簡(jiǎn)化為：···············································（2-57）在自升式塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，通常將平衡重設(shè)計(jì)為可移動(dòng)的，所以可以由變化，當(dāng)平衡重離頂升作用點(diǎn)最近時(shí)，，反之，當(dāng)平衡重離頂升作用點(diǎn)最遠(yuǎn)時(shí)，。又由于通常在設(shè)計(jì)過程中，，所以在式2-57中，必須取最小值，即：或··························（2-58）通過上述分析可知，在考慮爬升機(jī)構(gòu)的爬升工況時(shí)，必須盡量使回轉(zhuǎn)支承以上的固定零部件引起的力矩總和等于平衡重引起的最小力矩。此外，爬升機(jī)構(gòu)在頂升時(shí)，應(yīng)無起升載荷，無其它附件載荷，且平衡重應(yīng)盡量移到靠近頂升作用點(diǎn)的地方，以滿足公式2-58。同時(shí)要注意，在爬升時(shí)，回轉(zhuǎn)支承以上的重心位置應(yīng)與頂升作用點(diǎn)重合。由第一部分對(duì)總體的設(shè)計(jì)計(jì)算可知：，∴∴故平衡重離頂升作用點(diǎn)最近的距離為：。1.1.3頂升力的計(jì)算對(duì)上回轉(zhuǎn)式塔式起重機(jī)，頂升力可按下式計(jì)算：··············································（2-59）式中，——附加載荷影響系數(shù)，通常取：；——回轉(zhuǎn)支承以上重力之和，取=123554.6——頂升力與回轉(zhuǎn)軸線的夾角，?。?。∴1.1.4頂升速度和功率計(jì)算目前，國(guó)產(chǎn)塔機(jī)的爬升速度為：，?。喉斏β实挠?jì)算公式如下式所示：············································（2-60）式中，——爬升機(jī)構(gòu)id機(jī)械效率，?。??！?.1.5頂升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的確定1）液壓油缸的選型計(jì)算為適應(yīng)不同液壓設(shè)備的需要，液壓設(shè)計(jì)有不同的壓力級(jí)，一般根據(jù)液壓設(shè)備的工作性質(zhì)確定液壓系統(tǒng)的壓力表3-1按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力主機(jī)類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)中、大型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力P(Mpa)≤23～5≤88～1010～1820～32根據(jù)上表暫選20Mpa作為初定液壓系統(tǒng)的壓力。圖3-1油缸直徑示意圖(3.1)式中P—油缸壓強(qiáng)這里D—油缸直徑要使所選油缸產(chǎn)生的推力能完成頂升過程，則必須，可推出根據(jù)液壓傳動(dòng)表來確定活塞桿的直徑表3-2液壓缸活塞桿直徑推薦值活塞桿受力情況受拉伸受壓強(qiáng),工作壓力P1(MPa)P1≤55＜P1≤7P1＞7活塞桿直徑d(0.1～0.5)d(0.5～0.55)d(0.5～0.7)d0.7d由上表即可知活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.7D的關(guān)系按GB2348—80將這些圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：;;根據(jù)上面數(shù)據(jù)選擇工程液壓缸，型號(hào)為HSGL01-125/90E-1121-1600×1920液壓油缸的流速q：(3.4)式中D—液壓缸直徑(m)—頂升速度(m/s)得4）液壓泵的確定液壓缸在頂升過程中最大工作壓力為,如取進(jìn)油回路上的壓力損失為0.8MPa，則液壓泵的最大工作壓力為：液壓泵向液壓缸提供的最大流速為8.46l/min，若回路中泄露按液壓缸輸入10％估計(jì),則液壓泵要提供的流速為：；根據(jù)以上壓力和流速的數(shù)據(jù)查閱產(chǎn)品目錄，確定最后用16GY14-1B液壓泵。該泵的總效率為左右，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需要的功率為：；（3.5）式中—液壓泵的最大工作壓力；—液壓泵的最大流速；根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，選定Y132S-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為5.5kw。5）閥類元件及輔助元件的確定根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)和規(guī)格，列于表3-3中3-3液壓元件表元件名稱估計(jì)通過的最大流速l/min型號(hào)額定流速l/min額定壓力MPa高壓柱塞泵9.30616GY14-1B2420高壓溢流閥10YF-L32H3225壓力表開關(guān)—K-6B——安全閥10AXQF-E10B1025三位四通換向閥1034DY-15BY1525低壓溢流閥10Y-10B1025平衡閥10YF3-E10B10256）液壓系統(tǒng)原理圖及工作過程圖3-2液壓系統(tǒng)原理圖液壓頂升系統(tǒng)的工作，主要是靠安裝在套架內(nèi)側(cè)面的一套液壓油缸、泵、閥和油壓系統(tǒng)來完成。當(dāng)需要頂升時(shí)，由起重吊鉤吊起標(biāo)準(zhǔn)節(jié)送進(jìn)引入架，拆去塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與下支座的16個(gè)M36的連接螺栓，開動(dòng)電機(jī)使液壓缸工作，頂升上部結(jié)構(gòu)之后借助操縱爬升銷軸支持上部重量，收回活塞，再次頂升，這樣兩次工作循環(huán)可接一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。液壓頂升過程的液壓動(dòng)力是這樣傳遞的，當(dāng)Y132S-4型5.5kw的電機(jī)開動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)油泵，輸出20MPa的油壓和10l/min流量液壓動(dòng)力。油泵供出的高壓油進(jìn)入手動(dòng)三位四通換向閥，中間裝有一支Y-60壓力表，便于觀察油壓讀數(shù)，手動(dòng)換向閥為的是控制油液的進(jìn)油和回油的方向，然后手動(dòng)換向閥的液壓油經(jīng)過平衡閥送到油缸中去進(jìn)行油缸的伸縮頂升工作。工作油缸的高壓腔接有平衡閥，主要是防止起重機(jī)在自升過程中，由于油路系統(tǒng)故障引起起重機(jī)超速下降。2塔式起重機(jī)頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程作簡(jiǎn)單的描述如圖3-3：（1）將頂升橫梁兩端的軸頭放入踏步的半圓槽內(nèi)；（2）啟動(dòng)動(dòng)液壓系統(tǒng)使活塞桿伸出，找正塔機(jī)頂部的平衡；繼續(xù)啟動(dòng)液壓系統(tǒng)直至兩個(gè)爬升銷軸能擔(dān)在上面一個(gè)踏步上；（3）將兩個(gè)爬升銷軸推進(jìn)同時(shí)操縱換向閥停止頂升而后轉(zhuǎn)為活塞桿收縮，直到頂升橫梁兩端的軸頭能放入上面一個(gè)踏步的槽內(nèi)為止；（4）再次使油缸活塞桿伸出，直到塔身上方恰好有能裝入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的空間。然后引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，由以上過程可以看出：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步、頂升橫梁和爬升銷軸等件在塔機(jī)的頂升過程起關(guān)鍵作用。1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步的設(shè)計(jì)工作過程如下：外套架上端以銷軸連接下支座，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上焊接塔步，液壓油缸安裝在外套架的橫梁上。油缸產(chǎn)生的推力通過頂升橫梁作用在塔步上，靠反作用力將套架及套架以上部件向上抬起，超過標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一半的高度后，靠爬升銷軸卡在塔步上，將套架固定。油缸縮回帶動(dòng)頂升橫梁跨在上一個(gè)塔步上，取下爬升銷軸繼續(xù)頂升。當(dāng)下支座和已安裝的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的空間足以放下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，在外套架外部引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，并與下一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)接連接緊固。下面以QTZ63塔式起重機(jī)為例，進(jìn)行頂升機(jī)構(gòu)的受力分析：踏步的計(jì)算包括踏步焊縫剪應(yīng)力和踏步與頂升橫梁軸頭的接觸應(yīng)力的計(jì)算兩部分；（1）計(jì)算焊縫剪應(yīng)力：踏步類似于建筑結(jié)構(gòu)中的牛腿，圖4是QTZ63塔s式起重機(jī)踏步的結(jié)構(gòu)尺寸和受力分析簡(jiǎn)圖，從受力簡(jiǎn)圖上可以看到，載荷Q對(duì)焊縫產(chǎn)生剪切應(yīng)力之外，還應(yīng)該考慮軸頭中心到主肢的距離e產(chǎn)生的彎距對(duì)焊縫的影響，用下面的公式來計(jì)算焊縫的當(dāng)量剪切應(yīng)力:;(3.6)式中：Q—單踏步承受的頂升重量，;e—軸頭中心到焊縫型心的距離,112mmhf—焊縫高度，240mmlm—焊縫長(zhǎng)度，14mm—焊縫許用剪切應(yīng)力，101.2MPa.圖3-4踏步結(jié)構(gòu)尺寸和受力圖得，可以滿足要求。（2）踏步接觸應(yīng)力計(jì)算：根據(jù)材料力學(xué)的公式，不同直徑的半圓柱體產(chǎn)生的接觸應(yīng)力,（3.7）其中：，—分別是軸頸和踏步的接觸面圓弧部半徑，，，Q—為單踏步承受的頂升重量，;E—彈性模量，;L—接觸面寬度，28mm;踏步材料：Q235A，許用接觸應(yīng)力.得;從計(jì)算上來看，計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力，因此，不會(huì)有變形的可能。2）頂升橫梁的載荷及強(qiáng)度計(jì)算除去踏步之外，在塔機(jī)頂升時(shí)，頂升橫梁也是一個(gè)也是一個(gè)核心的受力件。圖3-5是QTZ63塔機(jī)的頂升橫梁的結(jié)構(gòu)圖：圖3-5頂升橫梁結(jié)構(gòu)圖自升式塔機(jī)在頂升時(shí)，應(yīng)使各部件的重心在落在頂升中心線上。通過計(jì)算配重的重量和調(diào)整吊重的位置來保證。經(jīng)計(jì)算，QTZ63塔式起重機(jī)的頂升包含以下部件：塔頂、平衡臂、平衡重、起升機(jī)構(gòu)、平衡臂拉桿、司機(jī)室、起重臂、起重臂拉桿、變幅機(jī)構(gòu)、載重小車、吊鉤、上轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、下轉(zhuǎn)臺(tái)、半節(jié)、電氣系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（共兩節(jié)）、套架、液壓系統(tǒng)等。總重量。由于液壓油缸中心線是傾斜的，載荷G會(huì)產(chǎn)生水平分力，經(jīng)計(jì)算，油缸中心線傾斜的最大角度為3.8度，水平載荷Gy=G×tan(3.8)=13.656KN。由于頂升橫梁上的油缸支腳間距為100，應(yīng)將載荷分解為兩個(gè)相同的數(shù)值，單支腳垂直載荷，水平載荷.圖3-6是頂升橫梁的主視圖圖3-6頂升橫梁主視圖其中的集中載荷和通過頂升橫梁作用在兩端的塌步上。從圖上可以看出，我們需要校核A—A和B—B兩斷面應(yīng)力，B—B斷面的剪切應(yīng)力和兩端軸頸的接觸應(yīng)力。根據(jù)材料力學(xué)的公式，經(jīng)計(jì)算A—A和B—B兩斷面的彎距；圖3-7為頂升橫梁的A-A斷面圖，可以用積分的方法計(jì)算出該斷面的截面特性：圖3-7頂升橫梁A-A面斷面圖慣性距抵抗距圖3-8是頂升橫梁的B-B斷圖面，同樣可以用積分的方法計(jì)算該斷面的截面特性：圖3-8頂升橫梁B-B面斷面圖慣性距抵抗距由此可計(jì)算出兩斷面的應(yīng)力：應(yīng)力疊加后;;頂升橫梁的材料為Q235A,按載荷組合B計(jì)算許用應(yīng)力，許用抗壓彎應(yīng)力:;許用剪切應(yīng)力:；可見，頂升橫梁的強(qiáng)度滿足要求。軸頸斷面接觸應(yīng)力：（3.8）其中：，—分別是軸頸和踏步的接觸面圓弧部半徑，，，P—和的合力,;E—彈性模量，;L—接觸面寬度，;得；按材料力學(xué)最基本的擠壓計(jì)算方法:（3.9）其中：R—為接觸面半徑，；L—為接觸面寬度，；P—為和的合力,;得；軸頸材料：30調(diào)質(zhì)，許用接觸應(yīng)力；可見，無論用哪一種方法計(jì)算軸頸接觸應(yīng)力均能滿足要求。3）爬升銷軸的設(shè)計(jì)爬升銷軸放入踏步內(nèi)的簡(jiǎn)圖如下圖3-9爬升銷軸受力簡(jiǎn)圖這是一個(gè)懸臂梁，其中的集中載荷P為踏步作用在爬升銷軸上的力?？梢钥闯?，A-A斷面受彎距最大，需要計(jì)算A—A斷面的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力：銷軸A—A斷面的彎距;銷軸直徑50mm,面積.抵抗距.由此可以計(jì)算，銷軸剪切應(yīng)力;彎曲應(yīng)力;銷軸材料：40Cr調(diào)質(zhì)處理，;;所以銷軸滿足要求。4）頂升套架的設(shè)計(jì)QTZ63外套架式液壓自升式塔式起重機(jī)的頂升過程：將起重臂調(diào)整到正前方向（與引進(jìn)梁同向），并把要加的塔身節(jié)按此方向在地面排好。吊起一個(gè)塔身節(jié)掛在引進(jìn)梁小吊鉤上，這時(shí)卸下下轉(zhuǎn)臺(tái)與塔身節(jié)之間的高強(qiáng)度螺栓。將頂升橫梁兩端的軸頭放入踏步的槽內(nèi)，開動(dòng)液壓系統(tǒng)使活塞桿伸出20～30mm,使下轉(zhuǎn)臺(tái)與塔身節(jié)結(jié)合面剛剛分開。同時(shí)，要使回轉(zhuǎn)電磁制動(dòng)器起作用以保證起重臂不再左右擺動(dòng)。將爬升銷軸抽出后操縱液壓系統(tǒng)使活塞桿繼續(xù)伸出，直至頂升橫梁兩端軸頭能擔(dān)在上面一個(gè)踏步上時(shí)，將兩個(gè)爬升銷軸推進(jìn)同時(shí)操縱換向閥停止頂升而后轉(zhuǎn)為活塞桿收縮，此時(shí)爬升銷軸應(yīng)可靠地放在踏步上，直到頂升橫梁兩端的軸頭能放入上面一個(gè)踏步的槽內(nèi)為止，然后再次使油缸外伸（軸頭離開踏步后馬上將爬升銷軸抽出）直到塔身上方有能裝入一個(gè)塔身節(jié)的空間。這時(shí)將掛在引進(jìn)梁外端的塔身節(jié)引入套架內(nèi)與塔身對(duì)正螺栓孔，然后縮回油缸至上下塔身節(jié)連接面接觸，用高強(qiáng)度螺栓將兩塔身節(jié)連接牢固，將引進(jìn)吊鉤拉至最外端，然后油缸繼續(xù)縮回，使下轉(zhuǎn)臺(tái)落在新加的塔身節(jié)上，用高強(qiáng)度螺栓連接牢固。至此，完成了一次頂升過程。套架中液壓油缸型號(hào)選定以及頂升橫梁、爬升銷軸、滾輪等關(guān)鍵件定位尺寸的確定，首先應(yīng)先知道以下幾個(gè)尺寸：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度H=2800mm；（2）踏步圓弧中心與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上下兩平面的距離h1=470、h2=930；（3）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水平斜腹桿上平面到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上平面的距離A=125mm和水平斜腹桿的高度尺寸B=50mm（4）下轉(zhuǎn)臺(tái)底面到水平腹桿下底面（引進(jìn)梁上平面）的距離D=265mm；（5）引進(jìn)梁上平面到引進(jìn)吊鉤內(nèi)腔的距離E=308mm；（6）頂升橫梁軸頭與油缸支座中心距F=3mm；（7）踏步外沿上平面到踏步底面的距離T=140mm；（8）踏步槽（頂升橫梁軸頭）半徑R=30mm。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步位置要與套架協(xié)調(diào)定位，為防止踏步與高強(qiáng)度螺栓干涉，所以確定踏步圓弧中心與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上下兩平面的距離h1、h2還需要：①連接套長(zhǎng)度G=130mm；②選用的高強(qiáng)度螺栓長(zhǎng)度J=320mm、螺母厚度K=20mm；③踏步圓弧中心到踏步上下兩平面的距離M=160mm、N=120mm。設(shè)計(jì)可分四步來進(jìn)行：引進(jìn)梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上支座頂升橫梁圖3-10頂升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸確定液壓油缸行程和安裝距先根據(jù)已知尺寸計(jì)算出引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)需要的最小空間L,L=E-D+(A+B)+H+30=304830—為引進(jìn)時(shí)兩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的間距L也就是液壓油缸的兩次行程至少要頂升的距離，根據(jù)L可以確定需要的液壓油缸的最小行程Pmin:Pmin=L－H/2＋Q=1593mm同時(shí)，因?yàn)樯舷聝蓪訚L輪的間距