塔式起重机吊臂设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 工程建设有一个显著的特点 材料用量特别大、质量特别重，对于高层建筑或大型的建筑更是明显。就这一个因素便可以决定在工程建设中，要提高效率就必须发展用于运输的机械。 塔式起重机（以下简称塔机）作为建筑施工现场的主要建筑机械，因其起升高度大，覆盖面广等特点而被广泛使用于建筑施工现场，担负着主要的垂直运输任务 ， 塔式起重机是各种工程建设中广泛应用的重要起重设备 ，吊臂作为塔式起重机金属结构的主要部件，其设计计算方法将直接影响整台塔机的设计质量和塔机运行的安全可靠性。而随着塔机向大型、重载和超高 超长的方向发展，吊臂的设计尤其显得重要。 本次设计是 吊臂结构形式选择桁架水平压弯式臂架。吊臂的截面采用正三角形。上弦杆用圆管，两下弦通常采用 角钢焊接而成的方 钢 ，并兼作载重小车的轨道，腹杆（斜腹杆，水平腹杆）采用圆管。 吊臂采用等强度变截面设计，两个侧面桁架采用三角式体系，水平桁架采用带竖杆的三角式体系。需要计算吊臂各种情况所受的风载荷，自重时的各种载荷，以及各个受力点的主要受力计算，并进行整体的验算。 【 关键词 】 塔式起重机 吊臂 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 目录 1. 绪论 . 3 概述 . 3 论文所要研究的问题 . 3 文的内容安排 . 3 2. 吊臂的设计计算 . 4 吊臂的结构设计 . 4 吊臂 结构方案确定 . 4 1. 起重臂的形式 . 4 2. 起重臂的构造 . 4 3. 起重臂结构的选择 . 4 吊臂的主要尺寸 . 6 吊臂的吊点位置确定 . 6 运输单元 . 6 吊臂受力计算 . 6 吊臂所受载荷组合 . 6 初估 臂架自重和小车移动机构的重量 . 7 吊臂所受的风载荷 . 7 吊臂自重及小车变幅机构自重产生的内力 . 8 1. 选择工况 . 8 2. 自重载荷引起的内力计算 . 10 3. 工况 1载荷内力计算 . 11 4 工况 2内力计算 . 13 . 20 作总结 . 20 题展望 . 20 参 考 文 献 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 绪论 概述 塔式起重机是 动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组 成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。 论文所要研究的问题 吊臂是属于塔机的金属结构部分，是除塔身外另一重要受力部分，而且主要的工作单元都在安装在吊臂上。受力大 ，受力形式多。在工作中承受着压力、弯矩，回转时还受到惯性力。而且在有风的环境下还要受到风力作用。 本论文所要研究的问题是 机的吊臂设计，主要解决的问题是吊臂在各种情况下的受力问题。 文的内容安排 本论文的内容安排如下： 第一章绪论，主要介绍塔机的历史及国内外现状、发展。第二章 吊臂的设计计算及强度验证，对吊臂结构形式的确定，以及吊臂在各种形式下的受力计算。第三章吊臂的焊接，主要说明了吊臂焊接采用的方法以及焊接后的检验。 第四章结论与展望，主要阐述了对此次设计的总结以及对本课题的展望。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2. 吊臂的设计计算 吊臂的结构设计 吊臂结构方案确定 1. 起重臂的形式 塔式起重机起重臂的形式一般有三种：桁架压杆式臂架，桁架水平压弯式臂架，桁架混合式臂架。 架主要承受轴向压力。依靠改变臂架的倾角来实现塔机的工作幅度来改变，压杆式臂架亦称动臂式臂架。 作时臂架组要承受轴向力以及弯矩作用，依靠起重小车的移动来实现塔式起重机的工作幅度的改变 一种综合了动臂变幅和小车变幅的优点的折臂式臂架。这种 臂架是由钢丝绳、人字架以及后臂架组成的平行四边形后段和由钢丝绳、 后段用铰链连接而成。当变幅钢丝绳收进时，两段相对曲折，前臂架始终处于水平状态。当前后段折弯成 90度时，后段垂直接高塔身，提高了起升高度。 塔式起重机的臂架长，自重较大，臂架设计得是否合理将直接影响起重机的承载能力。在保证臂架的强度、刚度和整体以及局部稳定性的条件下，如何减轻臂架的重量是一个备受关注的问题。 目前塔式起重机常采用桁架压杆式臂架和水平压弯式臂架两类。压杆式臂架的截面以矩形为主，而水平压弯式臂架常以 三角形截面为主。臂架的弦杆和腹杆可以采用型钢或无缝钢管制成。 2. 起重臂的构造 桁架压杆式臂架，臂架在起升平面的受力情况相当与一根两端简支梁，在回转平面内相当于一根悬臂梁。起升平面内臂架中间部分通常采用等截面平行弦杆，两端为梯形。在回转平面内，臂架通常做成顶部尺寸小，根部尺寸大的形式。为方便运输、安装和拆除，以及满足不同施工对相对塔机最大工作幅度的不同要求，臂架通常制成若干段臂架节，其中中部的几节制作成可以互换的便准节，以 实现臂架长度的不同组合。 臂节之间采用螺栓或销轴连接。臂架结构 的根部和顶部都需要加强，一般采用钢板代替幅杆体系。 桁架水平压弯是臂架亦称小车变幅式臂架，其截面多为三角形的空间桁架结构，以正三角形最为常见。上弦杆多用圆管、方管（常用角钢拼成），两下弦通常采用方管、槽钢，并兼作载重小车的轨道，腹杆（斜腹杆，水平腹杆）多采用圆管。 同样，为了方便运输、安装和拆除，满足不同的施工对象对塔机最大工作幅度的不同要求，以及减轻起重臂结构自重，臂架通常制成若干段臂架节，其中几节制作成可以互换的标准节，以实现臂架长度的不同组合。各种规格的臂架节的上、下弦杆和腹杆 的截面尺寸根据其所处的位置受力状况而有所不同，各臂架节在整个臂架中的位置是固定的。因此，在安装时要严格遵守安装使用说明中的规定，严禁将臂架节装错位置，以免发生重大生产安全事故 。 3. 起重臂结构的选择 本论文是 臂长 40 米，臂端吊重量 ，最大吊重量 3 吨。 此吊臂采用 桁架水平压弯式臂架，截面采用正三角形。上弦杆用圆管，两下弦通常采用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 角钢焊接而成的方 钢 ，并兼作载重小车的轨道，腹杆（斜腹杆，水平腹杆）采用圆管。 吊臂采用等强度变截面设计，两个侧面桁架采用三角式体系，水平桁架采 用带竖杆的三角式体系。 图 2臂截面图 图 2臂下轩杆截面图 吊臂主要部件材料的选用： 表 种材料许用应力表 材料 s 工作状态 工作状态 说明 n n n n 30 173 138 98 200 160 115 1630 248 198 140 287 230 166 2000 300 240 170 348 278 201 调质 4000 376 301 213 435 348 251 调质 20 240 180 174 123 218 174 110 45 360 270 216 153 313 250 181 调质 35 270 203 162 115 235 188 135 暂取 上弦杆 下弦杆 缀 条 20 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 吊臂的主要尺寸 表 照 机的主要参数 m Q/t t:L/m B/m H/m 36 : 定 机的主要参数 m Q/m t:L/m B/m H/m 40 : 2臂截面尺寸 ； 吊臂的吊点位置确定 本吊臂长度为 40m ，根据塔式起重机设计规范，采用双吊点吊臂设计。双吊点的结构可以有效的减轻吊臂的自重。 吊点将臂架分为三部分 ,由经验公式，初选 ,1 如图 1 2）。 图 2- 4 吊点位置 图 2臂运输单元 运输单元 考虑到运输条件和原材料长度限制，将起重臂做成各个节段，即运输单元。见图（吊臂总装图）。各节段在工厂制成后，运到工地，在现场将各节段用销轴相连，拼装成整体起重臂，然后再和塔身等其他部件装配成塔吊。考虑到标准化，将起重臂中间段做成若干标准节段，以利加工制造。所以 将吊臂划分为 9个运输单元。 图 2臂运输单元 吊臂受力计算 吊臂所受载荷组合 起重机臂架采用下列三种载荷组合 等级吊重 +工作状态风载荷 +平稳惯性力或其他水平力； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 最大额定吊重 +工作状态风载荷 +急剧惯性力或其他水平力； 非工作状态风载荷 +起重小车及吊钩重。 由于 1、 3 种组合对本起重臂不起控制作用，因此可仅按第种载荷组合进行设计在和确定。 初估 臂架自重和小车移动机构 的 重量 臂架自重 初估定臂自重为 2560幅机构重 260矩传感器装置重 10 G=（ 2560+260+10） *g=28300N 吊臂自重可以看成沿吊臂全长均匀载荷 q /自 小车移动机构重量 初估为 重 包括起重小车、吊钩及吊重。吊重是移动载荷，起重起重小车重量和吊钩重量是沿臂架移动但数值不变的载荷，初估起重小车为 钩重为 吊臂所受的 风载荷 按照我国塔式起重机设计规范（ 13752 92）进行计算。 臂架受风载荷 式中 风力系数，臂架为三角形结构，取 计算风压，工作状态取 250A 迎风面积。 A= 21 其中 1A 前片结构迎风面积，（ 2m ）， 1A ， 1 为结构充实率，对于桁架取 2A 后片结构迎风面积，（ 2m ） 222 ， 2 为结构充实率，对于桁架取 1 2前后外形轮廓尺寸，即 (图 1 4)。 为前片对后片的挡风折减系数，与前片桁架充实率 以及两片桁架间隔比 B/H 有关，查表得本塔吊 =取 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 2 5 桁架挡风折简系数 由上 所述，在回转平面内，本塔吊起重臂风载荷 7 ）w 吊重受风载荷 wF额定起重量重力的 3%计算，且不得小于 500N，由于各种工况吊重不同所以吊重风载分工况分别进行计算。 其他水平力 作用在臂架回转平面内 R 除风载荷外，还有回转惯性力以及起吊时由于钢丝绳倾斜引起的水平力等，可近似地取 T=Q 为吊重），并且按所吊货物为 8t 和 别计算。 吊臂自重及小车变幅机构自 重产生 的内力 1. 选择工况 由于吊重是移动载荷，因此首先要确定小车在什么位置是臂架所产生的内力为最大。以下 三种工况可能对臂架产生最不利的影响： 工况 1 最大幅度 ,40m所吊货物为 即吊重作用在 D 处， 2 6） 工况 2 幅度 R=20 m，所吊货物为 即吊重作用在 E 处，图 2 7）。 工况 3 最小幅度 R=3m,所吊货物为 3t，（即吊重作用在 G 处，图 2 8）。 图 2 6 吊重在 D 处 图 2 7 吊重 在 E 处 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 2 8 吊重在 G 处 计算的截面为： 1，吊臂根部截面 A； 2，根部到第一个吊点的截面 E； 3，第一个吊点到第二个吊点的截面 F； 4，第二个吊点的截面 C。 各截面图 2示： 图 2臂计算截面位置 在起升平面内（即竖直平面内）作为 伸臂梁 计算，如下图示： 图 2升平面计算简图 在回转平面（即水平 平面）内，作为悬臂梁计算，如图 2示： 图 2转平面计算简图 载荷组成：自重 +吊重 +工作状态风载（风向垂直吊臂） +其他惯性力。 计算中忽略离心力的影响，因为塔式起重机的工作级别为 以不验算钢结构的疲劳强度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 2. 自重载荷引起的内力计算 双吊点吊臂为一次超净定结构，解除多余约束，得到静定组合，如图 2 12 所示。 图 2 12 吊臂计算简图 由叠加原理， B 点竖向位移1，（臂架自重载荷在 B 点产生的竖直位移， 1B 为未知力 生的竖直位移。） A s 所以 s 222123211212123212122121 s i n)(2 )l()(12 )2(24 )3( l 2221212122211B s s 3s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 11s 式中 1l 、 2l 、3l 吊臂根部铰点到第一吊点、第一吊点到第二吊点、第二吊点到吊臂端部最大幅度处的距离 、 A 拉杆 截面积 、 拉杆 吊臂间的夹角 q 臂架自重均布载荷 、 CB 杆 长度。 吊臂在自重载荷作用下的内力，就是自重载荷 q 单独作用下的内力和 1X 单独作用产生的内力之和。吊臂上到根部铰点距离为 x 的任一点弯矩为： )()(2)()(s i n)(2)(s i )(2)(s i （支反力： )(2)(s i ll s 2 s 321112321 轴向力： co s N co s由吊重引起的臂架内力 3. 工况 1载荷内力计算 在最大幅度起吊额定载荷，计算简图如图 1 10 所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 图 2 13 工况一起吊平面计算简图 吊臂 B 点的竖直位移，应该等于由起升载荷 点竖直位移由未知力 1X 单独作用所引起的 B 点的竖直位移 1B 之和。 根据力法方程： 1，即l s 。 根据计算，有 2221 321121 21321 s i n)()()(6)2( 11s 吊臂在起升载荷作用下的内力，就是起升载荷单独作用下的内力和由单独作用产生的内力之和。吊臂上到根部铰点距离为 z 的任一点弯矩为： )()()()(s i s i n)()(s i n)(支反力： )(s ll 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 拉杆拉力： ll s s 2111321 轴向力： co s N co s在工况 1 下，起升平面内由臂架自重载荷和起升载荷共同作用所引起的臂架内力为以上两种情况下载荷单独作用所引起的臂架内力的叠加。 即： )()()(Mx 回转平面内： 计算简图如下图 2 14 所示 图 2 14 回转平面计算简图 图中 风q 为均部风载荷 为其他水平力，包括回转惯性力、钢丝绳倾斜水平力等其它水平力 为吊重受风载荷 在回转平面内吊臂上到根部铰点距离为 z 任一点弯矩为 2)zL)(M 2 （ 风 L 起重臂最大回转半径 4 工况 2 内力计算 吊重在 E 处，在跨中位置起吊载荷 ,计算由吊重引起的臂架内力，计算简图如图 1 12 所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 2 15 工况二起吊平面计算简图 由力法方程：1，即A s 。 根据计算，有 22111121122112BQ s i n)()()(221)(3)( 式中 a 第一个吊点 B 到臂架跨中 E 的距离 b 臂架跨中 E 到第二个吊点 C 的距离 11s 在 工 况 二 下 ， 吊 臂 到 根 部 铰 点 距 离 为 z 的 任 一 点 弯 矩 为)(0)()(s i n)()()(s i n)()(s i n)()(s i n)()()(s i n)(21211112122111121221121221支反力： )()(s i ll 拉杆拉力： 1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 ll s s 21111 轴向力： co s N co s工况二载荷引起的内力和自重载荷引起臂架的内力叠加，得工况二臂架内力公式： 即 )()()(Mx 回转平面内： 计算简图如下图 2 15 所示 图 2 16 工况二回转平面臂架内力计算简图 在回转平面内吊臂上到根部铰点距离为 z 任一点弯矩为： 5. 工况 3内力计算 吊 重 在 G 处 ， 在 最 小 幅 度 起 吊 载 荷 ， 计 算 简 图 如 图 2 17 所 示 ：图 2 17 工况三起吊平面计算简图 )2/(2)2/()2/)(2)22风风买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 由力法方程：1，即A s 。 根据据计算，有 22112122122121BQ s i n)()(22/)(3)( 式中 a 臂架根部 A 到起吊载荷 G 的 距离 b 起吊点 G 到第一吊点 B 的距离 11s 在工况三下，吊臂到根部铰点距离为 z 的任一点弯矩为： )(0)()(s i n)()()(s i n)()()()(s i n)()()(s i n)(2121112121211212121212121支反力： )()(s ll 拉杆拉力： 1ll s s 轴向力： co s N co s工况三载荷引起的内力和自重载荷引起臂架的内力叠加，得工况二臂架内力公式： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 即 )()()(Mx 回转平面内： 计算简图如下图 1 15 所示 图 2 18 工况二回转平面臂架内力计算简图 在回转平面内吊臂上到根部铰点距 离为 z 任一点弯矩为： )(2)()(2)22风风至此 三种工况臂架任一点内力计算公式推导完毕。 工况 1 ： R=40m Q=0.7 t q=t 图 2计算工况 1 =1809N s 222123211s i n)(2 )l(F)(12 )2(3(F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 所以：11s 代入数据计算得： 9473N Q = c 以： 2168 N Y=0 c=31006 N 剪力 12168N 12168N 7350N 8838N 弯矩 8838 712677350 13=225550 2168 47010轴力 + =227717N 217045N 工况 2 R=20m Q=1.5 t q=t 图 2计算工况 2 Q+q=0205t=21609 N Q = c A=24503 N Y=0 c=27058 N 4053 5743剪力： 24503 N 27731 N 轴力： 56809 N 217045N 工况 3 R=3 m Q=3 t q=t 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 图 2计算工况 3 Q+q=3+9984 N Q = c 以： 4850 N 01234 74850 c=15711 N 剪力： 4850 N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 作总结 毕业设计是对我们四年的学习的一个总结。在这做毕业设计的 3 个月的时间里，感受很深。发现自己已经要离开这学习生活了四年的大学校园了。希望毕业设计能给这美好的四年画上个美好的句号。 这次毕业设计的课题是 式起重机吊臂的设计。这个课题在四年的学习中是没有学过的，知识略带介绍。就是在这种几乎零的基础上，我通过各种途径，学习到了吊臂的设计方法。并且学到很多没有学到的知识。虽然没有见过这个课题，但是我依然在老师的指导下完成了本次的设计，并且将自己学习 到的知识运用到了其中。这让我学以致用，感到四年的学习是值得的。但是从中我也发现有很多知识我是没有学习好的，很是后悔。而且发现自己学到的东西还是很少，有点眼高手低，并没有好好的运用这四年的时间。 通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，学习什么时候都是要努力的。时间真是不能再浪费了。 虽然这次设计困难是很多的，但是通过在网上查找资料，在图书馆借阅相关书籍，还有老师很同学的知道帮助下，还是基本完成了。在这里很感谢帮助我的人。这此设计的计 算部分基本是套用经典公式的，不是很懂原理。这说明我的力学学的不够扎实。以后一定要加强这方面的学习。 最后发现检验知识是否学的好还是得靠实践。这次的毕业设计就是一次非常好的实践，能让我知道自己的不足。这让我提高很多。并且在设计的过程中学习到了很多的新