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摘要
塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，本机性能先进，结构合理，操作使用安全可靠．其主要特点是起重高度大，工作幅度宽．对本机的设计主要有总体方案的设计、整机的抗倾翻稳定性、设计原则及有关计算。有关计算主要有塔机风力计算、平衡重的计算、吊臂的设计计算、臂架结构设计计算。塔机的金属结构由起重臂、塔身、转台、承座、平衡臂、底架、塔尖等组成，其它的零部件还有滑轮，回转支承，吊钩和制动器等，塔机的工作机构有五种：起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车走行机构(行走式的塔机)。通过对塔机的设计计算我对塔式起重机有了更深入的研究，随着国家基础设施建设的迅速发展，塔式起重机的重要性更进一步的体现出来，所以我们必须更加深入的研究塔式起重机。
关键字：塔式起重机 机构 平衡 回转
Abstract
The abstract tower crane is we constructs the machinery the essential equipment, the this aircraft performance is advanced, the structure is reasonable, operation use safe reliable. Its main characteristic is lifts heavy objects highly in a big way, the work scope is wide. Mainly has the overall concept design, the complete machine to the this aircraft design anti-pours out the stability, the principle of design and the related computation.The related computation mainly has the tower machine wind power computation, the counterbalance computation, the lazy arm design calculation, the prm support structural design computation.The tower machine metal structure by the erector beam, the tower body, the turnplate, the altar, the balance arm, the chassis, the spire and so on is composed, other spare parts also have the pulley, the rotation supporting, the lift hook and the brake and so on, the tower machine operating mechanism have five kinds: Lifts the organization, the amplitude organization, the car hauling organization, the rotation organization and the large cart walks the good organization (walks -like tower machine).Through I had more thorough research to the tower machine design calculation to the tower crane, along with the country infrastructure construction rapid development, the tower crane important further manifests, therefore we must the more thorough research tower crane.
Keywords：tower crane mechanism balance slew
目录
第一章 前言....................................................................1
第二章 总体设计…………………………………………………………3
第一节 概述………………………………………………….…….….... 3
第二节 总体设计方案的确定……………………………………….......…3
第三节 设计原则……………………………………………...………....12
第四节 塔机的风力计算………………………………………………14
第五节 平衡重的计算…………………………………………………19
第六节 固定基础稳定性计算…………………………………………..20
第七节 整机的抗倾翻稳定性………………………………………….21
第三章 吊臂的设计计算………………………………………..............25
第一节 吊臂的结构方案 ………………………………………………...25
第四章 臂架结构设计计算…………………..………...............…….... 29
毕业设计小节…………………………………………………………....53
参考文献………………………………………………………………....54
第一章 前言
塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于1900年。1905年出现了塔身固定的装有臂架的起重机，1923年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。1930年当时德国已开始批量生产塔机，并用于建筑施工。1941年，有关塔机的德国工业标准DIN8770公布。该标准规定以吊载(t)和幅度(m)的乘积(tm)一起以重力矩表示塔机的起重能力。
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水平并跻身于当代国际市场。
五十年代初，我国塔机的仿制开始起步生产的是一些小型塔机，六十年代自行设计制造了25TM、40TM、60TM、160TM四种机型，多以摆臂为主；七十年代，随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求。于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式等都由我国自己设计并制造；八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的的250TM塔机也应运而生。特别是1984年，首先在北京建工集团建机厂引进世界先进的法国POTAIN（波坦）公司技术并于次年成功试制了FO/23B塔机，这可以说是我国塔机发展史的里程碑，它大大缩缺了我国与国外的差距，使我国塔机发展步入快行道。
本机性能先进，结构合理，操作使用安全可靠．其主要特点是起重高度大，工作幅度宽．塔机上部能借助于液压顶升机构，根据施工的建筑物的增高而相应地升高，使司机操作方便，视野宽并始终保持高清晰．这种塔机广泛地适用于多层和高层民用建筑，多层大跨度工业厂房，以及采用滑模施工的高大烟囱和筒仓等塔型建筑物的施工，也可用于港口，货场的装卸．这种塔机有多种形式．设计正在不断的完善中．此次设计的形式为固定上回转液压顶升自动加节．
产品技术性能含金量不高塔式起重机是建筑机械唯一可移动垂直运输工具，其技术性能高低不仅关乎工程进度，更关系着安全生产。目前，我国塔机性能基本处于八、九十年代的机械化水平，与现代国外智能化、数字化控制技术还有很大差距，跟不上市场的需要。由于可靠性较差，造成机械、电器事故率较高。代表当代塔机技术性能的全无极调速、PLC控制在发达国家中已十分普及，而在我国充其量在2%；而我国目前刚刚启动，可以说还是空白。分析原因是用户群的不确定性制约了技术进步。由于建筑市场繁荣，发展迅速，大量中小建筑企业应运而生，很多新生建筑企业由于缺乏长运规则，资金不雄厚，只得购入技术含量低，一次性投入少的一般塔机或淘汰下来的"二手货"。这方面，我国法规上还没有明确的限制，或有限制但执行力度也不够，造成购入技术先进，投资大的企业竞争力反而下降；再有陈旧的观念也是制约技术进步的因素，先进的技术，良好的监控系统无疑对保障工程速度、质量和安全生产都会产生积极的效果，同时必不可少地要进行学习或培训已掌握现代技术，这又会引起固有传统观念用户的反感，他们误认为原来的好使、 方便。
从塔机的技术发展方面来看，虽然新的产品层出不穷，新产品在生产效能、操作简便、保养容易和运行可靠方面均有提高，但是塔机的技术并无根本性的改变。塔机的研究正向着组合式发展。所谓的组合式，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔身分解成若干部分，并依据系列化和通用化要求，遵循模数制原理再将各部分划分成若干模块。根据参数要求，选用适当模块分别组成具有不同技术性能特征的塔机，以满足施工的具体需求。推行组合式的塔机有助于加快塔机产吕开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。
塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。其中前者的承载力要高于后者，在许多的施工现场我们所见到的就是上回转式上顶升加节接高的塔机。按能否移动又分为：走行式和固定式。固定式塔机塔身固定不转，安装在整块混凝土基础上，或装设在条形式X形混凝土基础上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
塔式起重机的动臂形式分水平式和压杆式两种。动臂为水平式时，载重小车沿水平动臂运行变幅，变幅运动平衡，其动臂较长，但动臂自重较大。动臂为压杆式时，变幅机构曳引动臂仰俯变幅，变幅运动不如水平式平稳，但其自重较小。
为了确保安全，塔式起重机具有良好的安全装置，如起重量、幅度、高度和载荷力矩等限制装置，以及行程限位开关、塔顶信号灯、测风仪、防风夹轨器、爬梯护身圈、走道护栏等。司机室要求舒适、操作方便、视野好和有完善的通讯设备。
第二章 总体设计
第一节 概述
总体设计一般由技术负责人主持进行，在接受设计任务以后，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，力求结构合理，技术先进，经济性好，工艺简单，工作可靠。制定设计总则以后，便可以编写设计任务书，在调研的基上运用所学的知识，从优选择确定总体方案，保证设计的成功。
总体方案的设计
上回转塔机是回转支撑在塔身顶部的起重机．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，电气控制系统及安全保护装置等几大部分组成。
金属结构
塔式起重机金属结构部分由：塔身，塔头或塔帽，起重臂架，平衡臂架，回转支撑架等主要部件组成．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，它承受着起重机自重以及作业时的各种外载荷，是塔式起重机的主要组成部分．其重量通常占整机重量的一半以上．
本次设计采用X形整体钢筋混凝土基础．这种形式适用于有底架固定式自升塔式起重机．它的形状与平面尺寸大致与塔式起重机X形底架相似塔式起重机的X形底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上。这种基础不仅起着承上启下的作用将塔机的荷载传给地基，同时发挥部分压重作用，保证塔机的稳定性。
混凝土外轮廓尺寸约为5000×5000×1500mm（长×宽×高），密度为2.4t／m3，总重为90t．基础表面平整．
1.底架结构
塔机底架结构水塔身的结构特点及爬升方式而异。
小车变幅水平臂架自升塔机采用的底架结构可分为：十字行底架，带撑杆的十字行底架，带撑杆的井字行底架，带撑杆的水平框架式杆件拼装底架，和塔身偏置式底架。
本设计采用十字型底架，由一根通长的纵梁和铰装在纵梁中部的两根活动短梁组成，这种底架可直接固定在混凝土基础之上。
优点：无需特殊的预埋地脚螺栓，通过调整活动短梁的张开角度可分别构成3.4×3.4，4×4，以及5×5的底架，混凝土基础块可根据施工底盘特点采用方行混凝土墩变成长方形混凝土墩。
基础节位于十字底梁中心位置，有四根撑杆为两端焊有连接耳板的无缝钢管，上下连接耳板用销轴分别与底节和十字底梁四角的耳板连接，撑杆可使危险截面上移。
2.塔身结构
塔式起重机的塔身是塔机结构的主体，支撑着塔机上部的重量和载荷的重量．从结构形式可分为空间桁架结构和薄壁圆筒结构．按受力特点分为以承受轴向力为主的旋转塔身和受压，弯，扭转作用的不旋转塔身．
上回转塔机的塔身固定不旋转，但可以顶升接高.通常由多个标准节组成．标准节，就是一段上，宽，高都统一的塔身．这样便于用工装制作，具有互换性．标准节的长度有2.5m、3m等多种规格．它主要由四根主弦杆，三个水平框架，其间有斜腹杆，上下有连接套等组成一空间结构．
主弦杆要承受压力和拉力，其合成力矩来平衡起重力矩和附加力矩；水平腹杆和斜腹杆用于传递扭矩和水平剪力；连接螺栓传递各节之间的拉力．上回转塔机的塔身以受弯为主，受压为辅，这是其突出的结构特点．因此塔身必须结实，有足够的强度，刚度和局部失稳的储备．
3.1塔身结构断面形式
塔身结构断面分为圆形断面、三角形断面及方形断面三类。
现今国内外生产的塔机均采用方形断面塔身结构，本设计的塔机亦是方形断面。这类方形断面分为：角钢焊接格桁结构塔身，主弦杆为角钢铺以加强筋的矩形的断面格桁结构；角钢拼接方钢管格桁结构塔身及无缝钢管焊接格桁结构塔身。本次设计采用角钢拼接方钢管格桁结构塔身。其中1.6m×1.6m为本次设计的塔身截面尺寸。
根据承载能力的不同，同一种截面尺寸其主弦杆又有两种不同截面之分。主弦杆截面加大的标准节用于下部塔身，主弦杆截面较小的标准节则用于上部塔身。常用的尺寸是2.5m和3m。
3.2塔身结构腹杆
塔身结构腹杆采用角钢或无缝钢管制成,腹杆可焊装于角钢主弦杆内侧或外侧.斜腹杆和水平腹杆可采用同一规格,腹杆有多种布置方式,有三角形，Ｋ字型等多种布置形式．腹杆体系的不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定性．本次设计主弦杆采用方钢管，其原因如下：对角线撑杆，水平腹杆，斜腹杆以及连接套都要与主弦杆相连，方钢管的接触面积大，安全性较大，连接套的焊缝等不易开缝．腹杆采用Ｋ字型布置．优点是：避免将斜腹杆与对角线撑杆，水平腹杆，连接套同时连接在主弦杆上，致使结构性变差．采用Ｋ字型布置后斜腹杆与中间的水平腹杆连接主弦杆的Ａ位置处，结构性较好．滑梯置于起重机结构内部，与水平面呈90°角，故为直梯．直立梯两撑杆间宽度不小于300mm；梯级间隔为250—300mm；踏杆直径不小于16mm．
3.3塔身标准节的联接
塔身标准节的联接方式有：盖板螺栓联接、套柱螺栓连接、承插销轴联接、插板销轴联接和瓦套法兰盘联接。
4.1套架
套架本身就是一个空间桁架结构。套架有框架，平台，栏杆。支承踏块组成等组成。安装套架时，大窗口应与标准节焊有踏块的方向相反。套架的上端用螺栓与回转下支座的外伸腿相连接，其前方的上半部没有焊腹杆，而是引入门框，因此其弦必须作特殊的加强，以防止侧向局部失稳。
4.2 顶升机构
1）.顶升接高方式的不同，可分为上顶升加节接高、中顶升加节接高和下顶升加节接高和下顶升接高三种形式。
2）.顶升机构的传动方式不同，可分为绳轮顶升机构、轮顶升机构、条顶升机构、丝杠顶升机构和液压顶升机构等五种。
3）.顶升液压缸的布置，顶升接高方式又可分为中央顶升和侧顶升两种。
5. 回转支撑装置
5.1 柱式回转支撑又有定柱式和转动式两类
5.2 滚动轴承式回转支撑回转部分固定，在大轴承的回转座圈上，而大轴承的固定座圈则于塔身（底架或门座）的顶面相固结。
平衡臂选用角钢组焊而成的平面桁架，臂长12.076米。分为前后两节。
自升塔机塔身向上延伸的顶端是塔顶。
自升塔机的塔顶有直立截锥柱式，前倾或后倾截锥柱式，人字架式及斜撑架式等形式。
6.司机室
悬挂式司机室，设于转台之上臂根一侧。在塔机转场运输中，司机室可单独装车运输，不受刚结构搬运作业的影响，方便，经济，并且不易损坏，在性能指标上能较好的满足使用要求。
司机室的使用要求：塔式司机室应能为司机提供一个较舒适的工作空间，不受风雨及沙尘的袭击及捆扰，有良好通风及隔声构造，保证满足劳动卫生要求。
7.起重臂
塔式起重机臂架的结构形式有三种：桁架压杆式，桁架水平式和桁架混合式．上回转塔机大多数是小车变幅式，故本次设计采用桁架水平式臂架利用沿臂架弦杆运行的起重小车的移动实现变幅．
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．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的影响最
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