塔式起重机总体及动臂部分设计（全套含CAD图纸）
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塔式起重机
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本科毕业设计（论文） 题 目 塔式起重机总体及动臂部分设计 学 院 专 业 班 级 姓 名 指 导 教 师 塔式起重机总体及动臂部分设计 I 摘要 塔 式起重机是一种塔身竖立而起重臂转动 的起重机械。它具有适用范围广，回转半径大， 效率 较 高、 起升高度较高、 操作简单 ， 装卸较为方便等特点。目前在我国建筑 工程中已得到广泛 的应用，特别是在高层工业和民用建筑中，成为 必不 可少的施工机械 之一 。 本 设计在参靠 同类塔式起重机基础上，对 在塔身设计过程 中，应用有限元法对塔身结构 进行分析计算 。首先按照整体主要技术 参数，确定各 个 机构类型及钢结构型式，塔身的结构参数 ， 设备组成及功能分析，重物起升、小车平移和塔身回转驱动能 力计算、 驱动元件的选择。 并对 平行于起重臂方向的 风载荷 ，与起重臂方向呈 45 度角 的 风载荷 ， 两种工况分析 。 通过对塔机各个结构部位进行受力分析，最终在满足额定载荷的前提 下，对 在 不同工 作情 况下对塔机的安全性和稳定性进行计算 、 校核，以 确保塔机在安装使用时的安全性 、稳定性 和良好的使用性能。 关键词 ： 塔式起重机 回转 起升机构 稳定性 机构 塔式起重机总体及动臂部分设计 he is a It of of At ne it in of is on of In of is to in to of of of a to of a 5 of of of of of to of to in of 式起重机总体及动臂部分设计 0 目录 第 1章 绪论 1 第 2章 总体设计 2 3 4 5 工作机构 17 21 翻稳定性 24 第 3章 动臂部分设计 28 吊点与双吊点的优缺点 线 28 29 29 架的主要参 数选择计算 30 第 4章 驾驶室设计 42 48 48 致谢 44 参考文献 45 附 : 外文 原文 外文译文 实习报告 查重截图 塔式起重机总体及动臂部分设计 1 第 1 章 绪论 塔式起重机简称 塔机 ，亦称 塔吊 ，起源于 西欧 。 动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。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。 作业空间 较 大，主要 应 用于 建筑 施工中材料 的垂直和水平输送及建筑构件的安装 ， 在建筑施工中有着 着重要作用，我国 只用了 六十年左右 的 时间走完了 发达国家上百年塔机发展的路程， 现 如 今已达到发达国家 二十一世纪 九十年代 末的 塔机 水平并跻身于当代国际 塔机 市场 ， 占有一席之地 。 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 已经 开始批量 地 生产 塔式起重机 ，并 将其应 用于建筑施工。 1941年， 和塔机 相关 的德国工业标 准 众 。该标准规定 塔机的起重能力 以 吊载 (t)与 幅度(m)的乘积 (出的 重力矩 来 表示。塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。其中 上回转塔机 的承受 载 荷能 力要 大 于 下回转塔机 ， 我们 通常 所见到的 许多 施工现场 上的塔机就是上回转式上顶升加节增高 塔机。 主要原因 ；此类塔机 有 以下 优点： 1. 随建筑物 高度的 增加 而 增加 ，对高层建筑物 作业施工 有 较高 的 适应性； 2. 在基础施工阶段就 可 以 即装即用 ， 使 机械 构件 的利用率 得以改善 ，缩短工期，提高工作 生产率； 3. 施工 场地 占用很小 甚至 可以 不占用 ，特别适合于大城市改建时，施工现场狭窄的“插入式”建筑工程； 机视野好； 用自行升高 高度 的方法，可以避免 产生较大 安装应力， 也 因此 结构可避免 很笨重，节约 钢材料的用量 ； 6. 方便 安装和拆卸。 塔式起重机简称 塔机，是一种结构合理 ，性能比较优异的产品，比较国内同规格同类型的塔机具有更多的优点，能够满足高层建筑施工的需要，可用于建筑材料和预制构件的吊运和安装，并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施工。 高层建筑施工中，它的幅度利用率比其他类型起重机高，其幅度利用率可达全幅度的 80%。 该机采用塔帽结构，上回转、水平臂架、小车变幅、液压自升塔机。起重力矩为400KN m 。独立式起升高度为 30米。附着高度可达 120米，最大起重量为 4t， 最大 工作幅度为 40米。该机设计合理，采用有塔帽结构，安装十分方便 ，质量安全可靠 。 它的最大特点是 塔身 可以架得很高， 因此所有的高层和超高层建筑、桥梁工程、电力工程，都可以由 它去 作业 完成。这种塔式起重机适应性很强，所以市场需求很大 。 就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面： 整机性能：由于先进技塔式起重机总体及动臂部分设计 2 术和材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻 20%左右； 高性 能、 高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好 ,性能得到充分发挥； 电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用； 操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善 ； 向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。 塔式起重机总体及动臂部分设计 3 第 2 章 总体设计 概述 总体设计是塔机设计中最为关键的环节之一，它是对满足塔机技术参数及形式的总的构想，总体设计的成败关系到塔机的经济技术指标，直接决定了塔机设计的成败。总体设计指导各个部件和各个机构的设计进行，一般由技术负责人（总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行探入细致的调查研究，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，并进行比较分析，制定总体设计原则。设计原则应当保证所设计的机型达到国家的 有关标准的同时，力求结构合理，技术先进，经济性好，工艺简单，工作可靠。 总的设计原则： 化”即零件标准化、产品系列化、部件通化。 新”：即新技术、新结构、新材料、新工艺。 好”：即好制造、好使用、好维修。 制定设计总则以后，便可以编写设计任务书，在调研的基础上运用所学的知识，确定总体设计方案，保证设计的成功。 定整体设计方案 择确定总体参数 本次设计的课题是 本次设计的塔式起重机的结构形 式为上回转平衡臂架液压自升式。 机的 主要技术参数机 400 4t 40m 3m a=2 a=4 1t 0米处最大起升重量： 9. 独立 ： 32m 附着： a=2 120m 塔式起重机总体及动臂部分设计 4 a=4 30m 表 2率 a=2 a=4 速度 (m/70 35 5 表 2率 a=2 a=4 速度 (m/ 7 15/r ： 3/m : 1 m ： t : 设计原则 根据 13752式起重 机设计规范选取本次设计的自升式建筑用塔机的工作级别为 用等级为 荷状态为 升等级为 根据参考书 13752式起重机设计规范取定起升机构、回转机构、牵引机 的工作级别如表 2 3所示 表 2作机构级别 起升机构 回转机构 变幅机构 顶升机构 2 3 4 2 1 1 注： T机构使用等级； L机构载荷状态； M机构工作级别 3. 安全系数的选定 塔式起重机总体及动臂部分设计 5 结构工作状态 n = 工作状态整体 稳定性： n 非工作状态整体稳定性： n 起升钢丝绳 n 5； 小车牵引钢丝绳 n 5。 结构非工作状态： n = 塔式起重机的金属结构主要由塔身、吊臂、平衡臂、上下支承座、转台等主要部件组成。金属结构是塔式起重机的重要组成部分 之一 ，一般 占整体塔 机的 70%左右， 对于 个别特殊 用途 的塔式起重机，由于 存在机构 构造上的差异， 有所增减 个别部件 金属 分量 。 金属结构是塔式起重机的骨架 。 因而 必须 要使 塔机金属结构的强度、刚度、稳定性及其他方面的 安全 性、 可 靠性 得到 一定的保证 。 金属结构设计 是 否合理对减轻起重机自重，提高起重性能，节约钢材以及提高起重机的可靠性等都有重要意义。 塔机金属结构的设计必须满足以下要求：（引用） 1 重量轻、材料省。 金属结构应适应建筑施工的作业空间大小 ，保证工作高度和作业半径 满足作业要求 ，另外还要求 适应塔机各工作机构的布置并且与之 协调。 金属结构 的重量占据着 塔式起重机 总 重量的 很 大部分，而整 个塔 机 的总 重量是塔机的技术经济指标 。因此降低金属结构的重量可以节约钢材，减轻工作及整机的负荷，降低整机的造价。 机结构设计 基基础 固定式塔式起重机，可靠的地基基础是保证塔机安全使用的必备条件。 实践证明有不少重大安全事故都是由于塔吊基础存在问题而引起的，它是影响塔吊整体稳定性的一个重要因素。做塔吊基础的时候，一定要确保地耐力符合设计要求，钢筋混凝土的强度至少达到设计值的 80%。 该基础应根据 此设计参考书目塔式起重机 同地质情况要 严格按照规定制作。除在坚硬岩石地段可采用锚桩地基（分块基础）外，一般情况下均采用整体钢筋混凝土基础。 钢筋混凝土基础有多种形式可供选择 。对于有底架的固定自 升式塔式起重机，可视工程地质条件，周围环境以及施工现场情况选用 X 形整体基础，四个条块分隔式基础或者四个独立块体式基础。 而 对于无底架的自升式塔式起重机则采用整体式方块基础。如 果 这种塔机必须安装在深基坑近旁，或者塔机安装位置地质条件较差，则应采用钻孔灌注桩承台塔式起重机总体及动臂部分设计 6 基础。 （ 1） 面尺寸 大小 大致与塔式起重机 的 如图 2塔式起重机的 X 形底架通过预 先 埋地脚螺栓固定在混凝土基础上，此种形式 一般 多应 用于轻型 的 自升式 的 塔式起重机 。 图 22)长条形基础由两条或四条并列平行的钢 筋混凝土底梁组合而 成，其功能 如同两条钢筋混凝土的钢轨轨道 ，支承底架 四个支座和由底架支座传 第过 来的上部 分 荷载。如果塔机安装在混凝土砌块 的 人行道上，或是安装在原有 的 混凝土地面上，均可采用这种钢筋混凝土 试的 基础，如图 2示 图 2条型基础 (3)分块式基础由四个独立的钢筋混凝土块体组成，分别承受由底架结构传来的整机自塔式起重机总体及动臂部分设计 7 重及载荷。优点：构造 相对简单，混凝土和 钢筋 的使用量 较少，造价 较为 便宜，如图 2 图 2(4)独立式整体钢筋混凝土基础适合应 用于无底架固定式自升式塔式起重机。构 造特点： 塔身基 础节、预埋塔身框架或 着 预埋塔身主角钢等 方式固定在钢筋混凝土地基 上， 使塔身结构与混凝土基础联 和凝 固成 一 整体， 且 将塔机上部 的载荷全部传递 给地基。由于整体钢筋混凝土基础的体形尺寸是考虑塔式起重机的最大支反力、地基承载力以及压重的 需求而选定的，因而能够保证塔机在最不利工况下都可以安全正常的工作，不会发生 倾翻 大事故，如图 2 图 2立整体基础 1 预埋塔身标准节 2 钢筋 3 架设箍筋 综上所述 本设计采用 筋混凝土基础 塔式起重机总体及动臂部分设计 8 底架有工字钢焊接成整体框架结构。在四角辐射状安装有四 条可拆支腿，该支腿有工字钢焊接而成，运输时拆除支腿，以减小运输尺寸。底架上有 20个预埋地脚螺栓，规格混凝土外轮廓尺寸约为 5000 5000 1000宽高），基础表面平整。 图 2身的结构 塔身结构也称塔架，是塔机结构的主体 ，支撑着塔机上部结构的重量和承受载荷，并将这些载荷通过塔身传至底架或直接传递给地基基础。 有转与不转之别，并有内塔身和外塔身之分。按高度不同可分为固定式、伸缩式、折叠式和接高式。根据构造的不同又可分为整体式和分片拼装式两种。下回转快速安装塔机 的塔身结构采用整体构造是可转的并可折叠，且有些采用塔身可伸缩式结构；上回转自升式塔机的塔身是固定不动的，但其最大的优点是可以顶升接高。 本次设计的 机采用的是上回转液压顶升结构，其塔身固定不转，但可以顶升接高 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。圆形断面和三角形断面现在基本上不用，现金国内外生产的塔机均采用方形断面结构。 按塔身结构主弦杆材料的不同可分为：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。常用的断面尺寸有： 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 2. 塔身标准节 长度有 3m， 5m， 6m， 10m 等多种规格，常用的尺寸是 m。 本次设计采用角钢拼接方钢管格桁结构塔身，其中塔身截面尺寸采 用 准节的长度为 塔式起重机总体及动臂部分设计 9 图 2塔身标准节用无缝钢管焊接而成，高 2500。在标准节下部管口处车有定位止口，而另一端则焊有定位凸台，靠相应的接合面定位。上下端各用 8个 0栓联结。各标准节均设有供人上下的爬梯，每三个标准节设置一个休息台。 塔身标准节的联接方式有：盖板螺栓联接，套柱螺栓联接，承插销轴联接和瓦套法兰联接。本次设计的 机采用套柱螺栓联接，其特点是：套柱采用止口定位，螺栓受拉，用低合金结构钢制作。 适用于方钢管和角钢主弦杆塔身标准节的联接， 虽 加工工艺要求比较复杂，但安装速度比较快。 塔身结构主线杆可以是角钢，角钢拼焊方钢管，无缝钢管或实心圆钢，取决于塔机的起重能力，供货条件，经济效益以及开发系列产品的规划和需要。 腹杆可焊装与角钢主弦杆内侧或焊装于角钢主弦杆外侧。 斜腹杆和水平腹杆可采用同一规格，腹杆有三角形， 杆不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定 塔身标准节腹杆选材多为角钢和圆管。相比而言，单肢角钢的力学特性不如圆管，相同截面面积的腹杆，角钢的承载能力小于圆管，且管结构的迎风面积小于角钢，但角钢的价格远 低于圆管 。 本次设计腹杆采用三角形布置。 适合于中等起重能力塔身结构采用的腹杆布置方式。 4. 塔身结构设计 1）中型自升塔机和内爬式塔机宜采用整体式塔身标准节。附着式自升式塔机和起升高度大的轨道式以及独立式自升塔机宜采用拼装式塔身标准节。拼装式塔机塔身标准节的加工精度要求比较高，制作难度比较大，零件多和拼装麻烦，但拼装式塔身标准节的优越性更不容忽视：一是堆放储存占地小；二是装卸容易；三是运输费用便宜，特别是长途陆运和运洋海运，由于利用集装箱装运，其抗锈蚀和节约运费的效果极为显著。 塔式起重机总体及动臂部分设计 10 2）为减轻塔身的自重，充分发 挥钢材的承载能力，并适应发展组合制式塔机的需要，对于达到 40起升高度达到 60种不同规格的塔身标准节。 3）塔身的主弦杆可以是角钢、角钢拼焊方钢管、无缝钢管式实心圆钢，取决于塔身的起重能力、供货条件、经济效益以及开发系列产品的规划和需要。 4）塔身节内需要 设置 有 爬梯，以 方 便司机及机工 人员 可以上下 爬动 。爬梯 的宽度不应比 500梯级 之间的 间距应 该 上下 大小 相等，并 且其大小不 应大于 30爬梯 的 高度大于 5m 时，应从高 2m 处开始装设直径 为 650 800安全护圈，相邻两护圈间距为500当爬梯高度超过 10梯应分 阶段 段转接， 且在转接处添加设置 一休息平台。 休息平台应 该 能 够 承受相当于 3000N 大小 的移动 且 集中载荷。休息平台 的 铺板可 以 用防滑花纹 的 钢 板或穿孔板、拉网板 。休息平台 应 必须设置 有非常 牢固的护栏，护栏 的 立柱高度 大小应该 不小于 1000柱间距不宜过大，立柱之间需 设置 有 水平 的横栏杆，第一道水平栏杆距 铺板 的 高度宜为 450柱 的底部需设置 有高度不小于 70栏 的 任何一处 都 应能承受 任何方向 1 生 破坏。 5塔身的接高问题 当遇到塔身需要接高 时，应按下述两种情况处理： 1）在额定 的 最大 的 自由 高度范围内，依据工程吊装对象 增加塔身标准节，使低塔机 高度得以增加变为高塔机。 2）根据施工需要，增加塔身标准节，使塔身高度略超越固定式塔机的规定最大自由高度。由于接高塔身超越了原来固定式自升塔基的最大自由度，实质上式对原来设计的一种否定，因此，理所当然必须函请生产厂家合作，就能否如愿接高给予肯定的答复，并提供所需的塔身标准节部件。 在进行具体接高操作之前，还应制定相关的安全操作规程，以保证拆装作业的安全顺利进行。 架和液压顶升机构 爬升架主要由套架，平台，液压顶升装置及标准节引进装置等组成。套架是套在塔身标准节外部。 套架用无缝钢管焊接而成 ,上部用销轴与下支座相连，高 面 ， 外侧设有平台和套架爬升导向装置 爬升滚轮。 1） 按顶升接高方式的差异 ，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三种形式：上顶升、中顶升、下顶升 本次设计的 式起重机采用的是中顶升接高 方式。中顶升加节接高的工艺方法是从塔身一侧接入标准节，可应 用 于不同形式 结构 的臂架，内爬，外附均可，而且顶升时不必松开锚固装置，应用面 较广 泛 。 2）根据顶升机构的传动方式不同，可分为绳轮顶升机构、链轮顶升机构、齿轮顶升机塔式起重机总体及动臂部分设计 11 构、丝杠顶升机构和液压顶升机构等五种。绳轮顶升机构的特点是构造简单，但不平稳。链轮顶升机构与绳轮顶升机构类似，采用较少。齿条顶升机构在每节外塔架内侧均装有齿条，内塔架外侧底部安装齿轮。齿轮在齿条上滚动，内塔架随之爬升或下降。丝杠爬升机构的丝杠装在内塔架中轴线处，或装在塔身的侧面内外塔架的空隙里。通过丝杠正、反转，完成顶升过程。 本次设计的 式起重机采用液压顶升机构。 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。 所谓中央顶升，是指顶升液压缸布置在塔身的中央，并设上，下横梁各一个。液压缸上端固定在横梁铰点处。顶升时，活塞杆外身，通过下横梁支在下部塔身的托座或相应的腹杆节点上。 所谓侧顶升，是将顶升液压油缸设在套架的后侧。顶升时，压力油不断流入油缸大腔，小腔里的液压油则回流入油箱。活塞杆 向 外伸 出 ，通过顶升横梁支撑在焊接于塔身主弦杆上的专用踏步块间距视活塞有效行程而定（一般取 1 本次设计的 液压顶升机构主要由 液压泵、管路、工作油缸、电动机等 部件组成，是目前市场上应用最广泛 的一种 机构 。其优点构造简单、工作 平稳 、 可靠 、安全、操作 简单、 方便、爬升速度 较 快。液压顶升系统如图 2 图 2压顶升示意图 1 虑 油 器 2 齿 轮 泵 3 电 动 机 4 手 动 换 向 阀 5 平 衡 阀 6 顶 升 油 缸 7 精 虑 油 器 8 压 力 表 9 溢 流 阀 1 0 油 箱 顶升的接高过程 ： （ 1）将 顶升横梁 两端的轴头放入 踏步 的半圆槽内； （ 2）启动动液压系统使活塞杆伸出，找正塔机顶部的平衡；继续启动液压系统直至两个爬升销轴 能担在 上面一个 踏步 上； （ 3）将两个爬升销轴推进同时操纵换向阀停止顶升而后转为活塞杆收缩，直到 顶升横梁两端的轴头能放入上面一个踏步的槽内为止； 塔式起重机总体及动臂部分设计 12 （ 4）再次使油缸活塞杆伸出，直到塔身上方恰好有能装入一个标准节的空间。 然后引入标准节，由以上过程可以看出：标准节踏步、顶升横梁和爬升销轴等件在塔机的顶升过程起着关键作用。 自升塔机塔身向上延伸的顶端是塔顶又称塔幅或塔尖。其功能是承受起重臂拉杆和平衡臂拉杆传来的上部载荷，通过回转塔架转台，轴承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。 塔顶高度与起重臂 架承载能力有密切关系，一般取为臂架长度的 1/70，长臂架应配用较高的塔尖。但是塔尖高度超过一定极限时，弦杆应力下降效果便不显著，过分加高塔尖高度不仅导致塔尖自重加大，而且会增加安装困难需要换用起重能力更大的辅助吊机。因此，设计时，应权衡各方面的条件选择适当的塔顶高度。 本设计采用主弦杆为角钢拼焊的前倾截锥柱式塔顶，腹杆采用圆钢管。杆采用圆钢管。塔顶高 6 米。顶部设有连接平衡拉杆和起重臂拉杆的铰销吊耳，以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮 。塔冒用无缝钢管焊接而成，顶部应装有安全 灯和避雷针。塔顶结构如 2图 2衡臂 平衡臂的构造设计 要求设计所要求的平衡力矩得到 保证 。 短平衡臂的优点： 有利于 保证塔机在较窄空间 仍能进行安装 、 架设和拆卸，一般 适合城市建设密集的区域承担吊装 ，不易受到 附近 建筑物的干扰，结构自重 相对 较轻。 长平衡臂优点 ：适量 减少平衡臂的 金属 用量，相应的减少 了 塔身上部的垂直 负 荷。 塔式起重机总体及动臂部分设计 13 （ 1）平面框架式平衡臂，有两跟槽钢纵梁或者有槽钢焊接成德箱形断面组合梁和系杆组成。在框架的上平面上铺有走到板，走道杆两 旁设有防护栏。这种平衡臂的特点是结构简单，加工容易。有些动臂式上回转塔机也采用这种平衡臂。 （ 2）三角形断面桁架式平衡臂，又分为正三角形和倒三角形两种形式。此类平衡臂的构造与起重臂的构造类似，但较为轻巧，适用于长度较大的平衡臂。 （ 3）矩形断面格桁架结构平衡臂，其特点主要是根部与座在转台上的回转塔架连结成一体，适用于小车变幅水平臂架超长的超重型自升塔机。 在平衡臂结构选择中本着的原则是：自重比较轻，加工制造简单，造型美观与起重臂配合得体。 臂架不超过 50 米，起升重力矩没 有超过 1600 的自升塔机采用平面框架式平衡臂较为合适。 它由两根槽钢纵梁或由槽钢焊成的箱形断面组合梁和系杆构成。在框架的上平面铺有走道板，走道板两旁设有防护栏杆。这种平衡臂的优点是结构简单，加工容易 。 平衡臂的构造设计必须保证所要求的平衡力矩得到满足。 平衡力矩的计算公式 ： )(21)(平 式中 B 平衡重（ t） l 自平衡重重心至塔机回转中心线的水平距离（ m） G 起重臂自重（ t） a 自起重臂重心至塔机回转中心线的水平距离（ m） Q 吊载（最大幅度吊载）（ t） q 变幅小车及吊钩及滑轮重量（ t） L 自起重臂端头变幅小车重心至塔机回转中心线水 平衡臂重的用量与平衡臂长度成反比关系，而平衡臂长度与起重臂长度之间的关系如表2 塔式起重机类型 起重臂长度 /m 平衡臂 与起重臂的长度比 承担城市建设改建，进行见缝插针式施工的城市塔机一般高层建筑施工用塔机长臂架、重型和超重型塔机 4050 560 060 35 6080 2塔式起重机总体及动臂部分设计 14 则根据 知臂架的总长度为 45m ，则初选平衡臂的长度为 9m 。 衡重 平衡重属于平衡臂系统的组成部分，它的用量甚是可观， 轻型塔机一般至少要用 34t，重型自升式塔机要装有近 30因此在设计平衡重过程中，应对平衡重的选材、构造以及安装进行认真考虑并作妥善安排 。 平衡重一般可分为固定式和活动式两种。活动平衡重主要用于自升式塔机，其特点是可以移动，易于使塔身上部作用力矩处于平衡状态，便于进行顶升接高作业。但是，构造复杂，机加工量大，造价较高。故国内大部分塔机均采用固定式平衡重。 平衡重可用铸造或钢筋混凝土制成。铸 铁平衡重的构造较复杂，制造难度大，加工费用贵，但体形尺寸较小 ，有 利于减少风载荷的不利影响。钢筋混凝土平衡重的主要缺点是体积大，受风载荷面大，对塔身构造和稳定性都产生不利影响。但是构造相对简易，预制生产方便 ，可 以 就地 直接进行浇注，且不用考虑 风吹雨淋，便于推广。 因此，本次设计的塔式起重机采用钢筋混凝土式平衡重。 平衡重如图 2 图 21. 起重臂的结构形式 起重臂简称臂架或吊臂，按构造形式可分为： 1）小车变幅水平臂架 2）俯仰变幅臂架，简称 动臂 3）伸缩式小车变幅臂架 4）折曲式臂架 综合考虑各构造形式的优缺点，本设计采用小车变幅水平臂架。 小车变幅水平臂架又概分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车变幅臂架。单吊点小车变幅臂架是静定结构，而双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重性能的单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻 5% 10%。小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种塔式起重机总体及动臂部分设计 15 臂架的下 弦杆上平面均用作小车运行轨道。 本 索吊点设在上弦处。 2 臂架构造设计的几个问题 1）分节问题； 小车臂架常用的标准节长度有 6、 7、 8、 10、 12m，为便于组合成若干不同长度（例如35、 40、 45、 50m）的臂架，除标准节间外，一般都配设 1 2 个 3 5m 长的延接节，一个根部节，一个首部节和端头节。端头节构造应当简单轻巧，配有小车止挡缓冲总长，但可与任一标准节配装形成一个完整的起重臂。 本设计的 机工作幅度为 45m，为了便于安装及运输，选用 7 个 6m 标准节 间和 1个 5 图 25米臂架示意图 2）截面形式及截面尺寸 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。 本次设计的截面高度主要与臂架全长有关 系 ，臂架越长，截面 宽 度应越宽，上弦杆受力可 以 随 着截面宽 度增大而减小一些，但 是 如果臂架截面 太大，由 腹杆 增大而增加 的重量可能会抵消上弦杆的减重效果。增大臂架 的 宽度可 以 减轻臂架下弦的受力 情况 ，臂架 的 重 量 也可能由于下弦杆截面积 的 减少而减轻，但 增大 截面高度和截面宽度，也 可能会 产生 负面 影响。添加了 装运作业的麻烦和恶化 了小车作业条件，故参考同类塔 机选取截面尺寸如图 2 图 2其中 3）臂架材料选择 臂架上弦杆材料选择 16其优点是，迎风阻力小，吊点构造简单，不易发生撞击变形，万一产生弯曲，容易调整复原，实心圆钢上弦杆与腹杆连接处刚度比较好，臂架的下弦以采用等边角钢对箱形截面杆件最为经济实用， 具有良好的 抗弯曲性能。 因此上弦杆选用 76 8，下弦选用的角钢型号为： 70 5，臂间由销轴连接。 塔式起重机总体及动臂部分设计 16 4）起重臂腹杆形式 三角形截面起重臂的腹杆体系采用人字形布置方式， 有时限于弦杆选用材料的特性，在臂架的某一区段的人字式腹杆体系中加设竖腹杆，以增大弦杆节间的抗压、抗弯能力。 5）吊点位置确定 当小车行驶到吊臂端部时，在吊点处桁架弦杆中产生的最大值与小车行驶到吊点内跨中某处时，该处桁架弦杆 中的最大应力值相等的等强度或等稳定度条件。 双吊点吊臂是超静定结构， 一般可初选 L 为吊臂总长）。 6)拉杆 杆由焊件组成，其材料为 16杆节之间用过渡节连接，由受力特性计算出其拉杆点作为位置，其中在平衡臂和吊臂上设有拉板和销轴用来连接。 7)上、下支座 上支座上部分别与塔顶、起重臂、平衡臂连接 ，在支承座两侧安装有回转机构，它下面的小齿轮准确地与回转支承外齿圈啮合，另一面设有限位开关。 下支座 部用高强螺栓 与回转支承连接、支承上部 分 结构，下部 分 四角平面用 4 个销轴和 8个 回转支承简称转盘，是塔式起重机的重 要部件，由齿圈、座圈、滚动体、隔离快、连接螺栓及密封条等组成。按照滚动体的差异 ，回转支承可分为两大类： 球式回转支承和滚柱式回转支承。本设计采用球式回转支承，其优点是：刚性好，变形 小，对轴承座结构要求较低。钢球为纯滚动，摩擦阻力 较 小，功率损失小。 根据构造 结构的差异 和滚动体 安装应用的 数量，回转支承又分为单排四点接触球式回转支承、双排球式 试 回转 支承、单排交叉滚柱式回转支承和三排滚柱式回转支承。 这次 设计 选取 单排四点接触球式回转支承，它由 一个座圈和 一个 齿圈 构成 ，结构紧凑，重量轻，钢球 和 圆弧滚道 多处 接触，能 够 同时承 载 轴向力、径向力和倾翻力矩。 回转支承和 回转支承装置 结构 简图如下图 2 图 2转支承及回转支承装置简图 1 2 3 45 6 78 9着装置 塔式起重机总体及动臂部分设计 17 附着装置是由一套附着框架，四套顶杆和三根承杆组成，通过 它们将起重机塔身的中间节段锚固在建筑物上，以增加塔身的刚度和整体稳定性承杆的长度可以调整，以满足塔身中心线到建筑物的距离限制通常这个距离以 5着装置如图 2 图 2着机构示意图 机工作机构 工作机构是为实现起重机不同的运动要求而设置的。 塔 机的工作机构大致有五部分：起升机构、变幅机构、回转机构、小车牵引机构和大车走行机构。 依靠这些机构完成起吊重物、运送重物到指定地点并安装就位三项运动在内的吊装作业。 本次设计的 升机构、变幅机构、回转 机构等。而行走机构不必设计，故此塔机属于固定式塔式起重机。 本次设计要求 改善 提高塔机 的 生产 效率 ，加快 本 起重机吊装 物品 施工 的 进度，起升机构、变幅机构和回转机构 进行 作业时 工作速度都 应 较高 ，并 且 要求从静止 启动 到全速运行工作 ，或从全速运行 工作状态进入静止的过程（即启动和制动过程）都能 过度 平缓的 进行 ，避免 产生 剧烈冲击 碰撞 ，使金属结构破坏。高层建筑施工多 采 用自升式 塔式起重机 ， 要求起升 高度高 ，起重臂 够 长，起重 重 量大，就要 求 塔机工作机构的调速系统 更敏捷，稳定。 升机构 起升机构是塔式起重机功率最大的机构，调速 范围广、重 载荷 下工作， 也 因此是 塔式起重机工作时 最难 驾驭 的机构。 起升机构是起重机械的 重 要机构， 用来使 重物 实现上升下降。起升机构一般组件分是原动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组和吊钩等 。 机械传动：动力 由发动机经 过 机械传动装置 传递给 起升机构 带动 卷筒，同时也 传递给其它 的 工作机构，由于 是靠 集中驱动，为 使 各机构 可以 独立运动，整 个塔 机的传动 是 比较复杂 的 。起升机构调速 有些困难、操作繁琐 、但 是 工作可靠 性高 。 电力传动：由直流或交流电动机通过减速器带动起升卷筒。直流电动机 的 传动机械特性 适用于 起升机构工作要求，调速性 好，但是要获取直流电较为不易。交流电机传动的电塔式起重机总体及动臂部分设计 18 流可由 电网 直接获取 ，结构简单、机组 较 轻。 液压传动：分为 高速液压马达传动和低速大扭矩液压马达传动。 高速液压马达 重量轻、体积小、容积效率 较 高。后者传动零件少，起、制动性能好，但容积效率较低，易影响机构转速，体积与重量较大。 综上，考虑经济性、工作情况、工作效益等，本次设计采用电力传动。 柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星齿轮减速器等。 卷筒单轴式和双卷筒双轴 式三种型式。卷筒单轴式起升机构是最基本的型式，只有一个卷筒 安 装在一根轴上，结构简单，一般中小型轮胎起重机及塔式起重机的起升机构上 使用 。 本设计的 过联轴器带动减速器驱动卷筒，使卷筒获得三种速度，根据吊重可选择不同的滑轮倍率，当选用 2绳时，速度可达到 70/30/分三种，若选用 4绳时，则速度可达到 35/ /分三种。联轴器处装有电力液压推杆制动器，起升机构不工作时制动器永远处在制动位置，在卷筒轴另一端装有高度限位器。高度限位器可 依据 实际的需
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