起重机设计计算毕业论文.doc

毕业设计（论文） 第 59 页 共 59 页起重机设计计算毕业论文目录设计任务书2摘要5ABSTRACT 5第1章 绪论 7第2章 QTZ63型塔式起重机的整体参数152.1 QTZ63塔式起重机基本参数152.2 QTZ63塔机校核计算原则17第3章 内力分析及计算原则 27第4章 QTZ63型塔机标准节的基本设计计算324.1 塔身结构的校核计算324.2 塔身腹杆校核计算43 4.3 塔式起重机结构校核计算结论46第5章 QTZ63型塔机的有限元分析验算465.1 塔机有限元计算的意义及发展465.2 计算载荷的确定465.3 计算工况的确定475.4 计算载荷处理475.5 有限元计算结果分析48结束语 50致谢51参考文献52附录 53一、设计内容（论文阐述的问题） 1. QT630型塔式起重机折叠标准节设计 2. QT630型塔式起重机折叠标准节的所有零件图 3. QT630型塔式起重机折叠标准节的有限元分析计算 4. QT630型塔式起重机折叠标准节零件的强度计算 5. QT630型塔式起重机折叠标准节受力分析二、设计原始资料（实验、研究方案） 1. QT630型塔式起重机非折叠标准节图集 2. QT630型塔式起重机设计说明书 3. QT630型塔式起重机使用说明书 三、主要技术指标 1. QT630型塔式起重机折叠标准节满足使用要求 2. QT630型塔式起重机折叠标准节零件的强度满足使用要求四、设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件）1、计算说明书部分： 1. 有限元分析计算 2. 各个部分零件的强度计算 3. 杆件的受力分析2、图纸部分： 1. QT630型塔式起重机折叠标准节总装配图 2. QT630型塔式起重机折叠标准节的零件图五、主要参考资料 1. 材料力学 2. 结构力学 3. 起重机设计计算 4. 塔式起重机应用技术摘 要本次设计采用POTAIN MC系列塔机为基础，对其结构进行改进，对角改用两个销轴连接，在拆卸时把标准节一个对角的铰接点释放，使其可以展开，所有标准节可以堆叠起来，然后叠放在一个专门设计的支架上，这样就大大减少了搬运所占空间，从而拆卸运输都大大方便，转移工地迅速。该标准节的主要特点是：（1）结构新颖、合理、经济性能好（2）自重较轻、起重性能好（3）安装迅速省力、使用可靠、不变形、保养简单、适应性强（4）采用波坦的套架顶升方式，销轴连接，简单安全关键词： 起重机 折叠式标准节 有限元分析ABSTRACTThis design is based on the POTAIN MC serial cranes, Improving its structures；Connecting the opposite angles with two axis, Releasing hinge joint of the standard knobs one opposite angles，when it disassembled；So as to make it can be spread out, All of the standard knobs can be stacked，then put them on a peculiar designed，thus the space for carrying can be largely reduced，so the dismantling and transportation are convenient，shifting construction site quickly。 The main features of this crane：(1) New and reasonable structure 、Good characters。(2) Light weight、Good weighting characters。(3) Assembling quickly and saving energy、reliable usage not be deformed、easy to maintain 、good suitable characters。(4) Using the POTAINs pushing way that with cover frame, axis connecting simple and secure。Keywords: crane folded standard knob finite element 第1章 绪 论塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。据记载第一项有关塔机专利颁于1900年，1905年出现了塔身固定的装有塔臂的起重机，1923年成功试制了近代塔式起重机，同年出现了比较完整的近代塔机。1930年当时德国开始批量生产塔机，并用于建筑施工，1941年有关塔机的德国工业标准DIN9670公布。二战以后，由于许多城市夷为废墟，庞大而艰巨的家园重建工作，要求建筑施工实现机械化，以加快建设进度。作为建筑机械化主导机械，塔机乃得以迅猛发展。19481957年首先出涌现一批起重能力在100KN.m以下的雏形塔机；19551957年又相继制成一批采用大尺寸回转支承（滚珠转盘）、水母底架、塔身可以伸缩、小车变幅，小车变幅水平臂架的下回转、折叠式整体托运的快速安装塔机；20世纪50年代末期至60年代初，由于高层建筑比重加大和施工需要，出现了采用不同顶升系统和按不同方式自升接高的塔机。此后不久，这种塔机又逐渐发展为目前广泛应用的所谓三用或四用（轨道式、固定式、附着式、内爬式）塔机，在此期间，西欧塔机产量猛增。进入20世纪80年代，由于西方发达国家和中东盛产石油的一些国家的建筑业趋向衰落，国外塔机行业进入不景气状态。例如意大利是欧洲大陆排名第三的塔机生产国家，20世纪70年代共有57家塔机生产厂家，80年代减为23家，现今尚存不足6家，一些实力单薄的小厂纷纷倒闭，另一些小厂则转产，还有一些厂家则联合起来以谋生存和发展，自1980年以来一直处于低谷境界。世界塔机发展趋势及技术特点：1：20世纪末20余年国外塔机技术发展的主要特点：（1） 组合塔机（combination crane）或模块塔机（Modular crane）得到迅猛发展 ，所谓组合塔机，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔机分解为若干部分，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并设计成若干模块，根据参数要求，选用适当模块分别组拼成具有不同技术性能特点的塔机，以满足施工的具体要求。推行组合式塔机有助于加快塔机产品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。（2） 一些超重型塔机相继问世，近年来，由于大功率电站、高坝、近海石油转井平台、天然气转井平台以及石油化工业发展的需要，对重型和超重型塔机，提出了更高的要求。目前，幅度7090m的塔机产品已非罕见。现今世界最大的超重型塔机当退POTAIN厂2000年推出的MD22500型塔机，其最大幅度100m时的起重量为18t，起升高度为99m。（3） 适应都市改建的需要的城市塔机（city crane）应运而生并得到发展，城市闹区改建工程的特点是，场地狭窄，建筑基地面积小；建筑密度大，道路交通拥挤，塔机回转障碍多；地质条件差，地下管道多；但道路交通不能中断，所在地区银行、商业办公设施必须继续正常营业。为适应这种都市改建工程的特点，西方某些工厂率先推出400700kN.m级的城市塔机。在德国，把这种适应闹区施工需要的“城市改建塔机”也称为“见缝插针塔机” (Baulticken crane)或称“经济建筑施工塔机”(Economic Baureihe Crane)，简称为ECrane、经济塔机或E塔机。其特点是： 1) 采用短平衡臂，便于在建筑密集地区进行架设、拆除，以避免在回转过程中与建筑物突出部分发生矛盾。 2) 采用尺寸可在4m6m范围内进行调节的X形底架，以利于在人行道上和马路旁安装固定。 3) 塔机的塔尖(塔帽)、转台、司机室、起升机构、回转机构、小车牵引机构、小车、吊钩滑轮、平衡臂以及臂架根部拼装成一个扩大组件。安装后，接通电源即可投入运行。4)运输方便快捷，一般只需三、四辆重型拖车便可将塔机全部部件运至工地，并可立即交付安装。5）安装架设速度快，450900kN.m级E塔机借助液压伸缩臂汽车起重机作为安装辅机，在46h内可安装完毕。6）采用比较完善的调速、操纵系统和电子仪表。2：步入21世纪的国外塔机产品技术开发动向 20世纪70年代初期，国外专业人员在展望世界起重设备发展前景时曾预言：今后起运输设备的三大组成部分是：汽车起重机、空中起重机(起重运输专用直升飞机)和塔机，到2000年起重技术将不会出现重大突破。现时已进入21世纪，实践表明，上述预言已经兑现。看来，塔机技术将在今后一定时期内将不会有重大突破；但是当今国外塔机生产厂商均非常注重国际市场动向，不断总结经验，改进产品设计，及时推出适销对路的产品。在21世纪初始年代中后期，国外塔机权威厂家LIEBHERR和POTAIN都先后分别推出了各有特色的新塔机产品。 LIEBHERR投入市场的是HC-L系列动臂式自升塔机和EC-H系列小车变幅水平臂架自升塔机。HC-L系列是在HC-K系列基础上发展而成。最大幅度为50m至65m，最大起重量12t，额定起重力矩11201800kNm，采用折曲式两用臂架。作为小车变幅水平，臂架塔机最大吊钩高度为96m，当作折曲动臂塔机使用时，最大起升高度为200m，最宜用于冷却塔、电视塔、超高层建筑施工。EC-H系列是经济型城市塔机(Economic City Crane)的改进产品，起重性能较初期城市塔机有所提高，其特点仍是采用块体构造，塔顶、转台和平衡臂组合成一个块体、起重臂自成为一个块体、十字底架为一个块体，塔身基础节另成一个块体。采用3辆重型拖车可将塔机全部部件包括压重、平衡重运至工地，可于45h内安装完毕投入施工。起升机构和小车变幅机构采用变频调速系统，工作性能稳定、功效高。 POTAIN同期推出的供高层建筑施工用的塔机共有3个系列，即：MC系列、MD系列和MR系列。前两个系列为小车变幅水平臂架自升塔机，而后一种则为俯仰变幅动臂自升式塔机。MR系列先有11种型号，MR405型的最大幅度为50m，臂端起重量为8t，最大起重量20t，适合钢结构高层建筑施工需要。POTAIN经营塔机生产业务数十年，MR塔机乃其首次生产的动臂自升塔机，想系市场利益所在使然。MD系列共有9种型号，每种型号又有两种不同轨距，最大幅度为5575m，固定式最大吊钩高度为5070m，最大起重量为812t。在外形上，MD系列与1990年以前生产的Topkit系列大致相同，在构造设计上的特点是：塔身标准节和顶升套架均采用钢管焊接结构，塔身标准节有3种尺寸：10m、5m和3.33m，塔身节之间采用承插式销轴联接。塔身标准节内爬梯改为斜置式并设有较宽敞的休息平台。起重臂配用2台变幅小车，2倍率时用一台小车，4倍率时用2台小车。司机室的构造设计和仪表板安排上亦有所改进。另外，可视客户需要装设微机运行监控系统、微机故障诊断系统、微机辅助保养系统以及微机辅助驾驶系统以利使用人员的操作和维护。在塔机工作机构上，除部分塔机大车走行机构外，均采用变频调速系统，变幅小车速度提高到80mmin，回转速度提高到0.8rmin，大车走行速度提高到3050mmin并且都是无极变速，生产功效高。 MC系列塔机是城市塔机(City crane)，最初有6种型号，起重能力介乎5002800kNm，现在最大的一种型号是MCl20，其额定起重力矩为1200kNm，其次为MC80，现今这两种型号城市塔机在我国塔机市场中均占有一定份额。MC系列塔机的主要特点是：单吊点臂架，最大幅度为55m；采用2台变幅小车，3t以下用单小车与2倍率工作，3t6t用4倍率双小车工作；起升机构和小车变幅机构均安装在起重臂的根部；塔顶直接座在转台结构上；起重臂和平衡臂分别装在转台前后挑出的牛腿上。MCl20的工作机构与POTAIN20世纪80年代中期生产的TOPKITFl515C型塔机(起重能力亦为1200kNm)工作机构大致相似，塔身基础节长105m标准节长3m，标准节结构以及标准节的联接构造、塔机的安全装置等则完全与FO23B相同。 POTAIN在其MD“Mantic系列的塔机中，还可根据客户需要，在客户订购的塔机上装设微机辅助保养系统以及微机辅助驾驶系统。前一系统归一台名为保养计算机(maintenance computer)执行，而微机辅助驾驶系统则由名为SJZ90系统执行。 微机辅助保养系统能记录53种参数，对20种故障以及10种与易损件磨耗程度和使用寿命直接有关的信息数据进行贮存处理。技术人员可定期抽查储存在微机里的信息数据。无论塔机是在工地进行吊装施工或是在堆放场内进行保养，微机均可给出同该塔机实际情况相适应的经济有效的预防性保养程序。 微机辅助保养系统还可对有关电源供电条件、制动器及其他部件技术状况的23项信息进行处理。如记录的数据超出允许极限值时，系统便会向塔机驾驶员发出灯光警告信号，并在司机室内荧屏上显示出应及时进行检修的项目及修理部位。根据微机辅助保养系统提供的信息，塔机驾驶员还可视需要和可能通过手机召唤技术人员前来工地。技术人员来到工地后，可在地面上通过手提微机直接对塔机故障情况继续进行深入查询，判明故障紧急程度、故障实际情况和个人能否处置。如此时塔机驾驶员适巧在两次作业循环之间有数分钟休息时间，则驾驶员本人可利用一个简单程序查明哪一个部件使用寿命已近尾声或存在严重缺陷，通知备件库送来待更换的零部件。世界上有两大每年举办一次的建筑起重机械与工程设备展览会，一个是在德国举办的BAUMA，另一个是在意大利Verona城举办的SAMOTER。国际上建筑工程机械新产品均首先在此两展览会上亮相，故可从中看出建筑塔机新产品的动向。在2001年BAUMA上展出的多种系列快装塔机新产品的共同特点是：在立塔的同时，吊臂能展开并在空中进行组拼；可随带压重(平衡重)转移施工现场。国外对这些新型快装塔机的技术先进性的评价指标是：(1)架设、拆卸(拆装)需要多少时间? (2)拆装需要多少人力? (3)拆装时需要多少拆装工具、辅助设施和附件? (4)自行安装需占用多大空间? (5)需借助何种支承以保持底架的水平状态(螺旋千斤顶、支承垫)? (6)吊臂在空中组拼时能否避开障碍物? (7)塔机自备转场拖运轮轴可否方便迅速地装在底架上或从底架上拆去。总之，从闻名于世的BAUMA所展示的塔机新产品得出的根本印象是：世界步入新的世纪，但塔机技术并无根本性的改变，塔机新产品仍在不断地涌现；塔机构造细节在改进，高新技术开始在塔机新产品上得到更多的应用。综上所述，国外塔机生产厂家非常注意国际塔机市场需求变化，并不断总结经验，改进并完善产品设计。正是由于新产品的相继推出，诸生产厂家的生存和竞争发展能力乃得以增强。总之，近年国外塔机新产品虽无根本性突破，但在生产效能、操作简便、保养容易和运行可靠诸方面均有提高。在一些细部构件做法上，各生产厂家的产品则互相学习渗透，形成你中有我，我中有你的局面。为适应世界塔机的发展趋势，减少搬运所占空间，满足拆卸运输方便，迅速转移工地的要求，本次设计采用POTAIN MC系列塔机为基础，并对其结构进行改进，其对角采用销轴连接，在拆卸时只需把一个对角的角铰接点释放，就可以展开，使所有标准节可以堆叠起来，然后叠放在一个专门设计的运输架上，这样就可以满足节省装载所占空间，拆卸方便的要求。第2章 QTZ63塔式起重机整体参数最大起重量 t5最大起重力矩kNm630工作幅度m2.5-50(50、42、36、30)塔机工作级别A4最小工作幅度2.5机构参数起升机构起升速度 m/min43.4322.55.45吊 重 t2.555电机功率 kW24245.4回转速度r/min0.65/0.49功率3.7/2.6 kW变幅速度m/min40/20功率2.4/1.8 kW顶升速度m/min0.65功率 5.5 kW提升高度独立式 m40附着式 m120最大工作风压 Pa250工作环境温度C-2040整机质量平衡重 t10.5自重(标塔)t29.5单节标准节重t0.87总重(标塔高度)t40总功率 kW352.1 QTZ63 塔式起重机基本参数R(m)2.514.8202530354050Q(t)53.552.752.251.851.61.2表1-1 QTZ63 塔式起重机基本起重性能参数表图2-2 QTZ 塔式起重机起重性能参数图2.2 塔机校核计算原则1 起重机的工作制度 起升机构 JC = 40 % 回转机构 JC = 25 % 牵引机构 JC = 15 %2 金属结构所受载荷2.1自重：起重臂重心见表1-2，各部件自重及重心位置见表2-3表2-2 起重臂重心序号部 位单节臂长（m）重量（t）单节重心XcMx0（tm）单节重心 YcMy0（tm）1起重臂第一节6.90.73.3942.87980.25430.57392起重臂第二节6.90.653.427.7160.30528.42323起重臂第三节4.60.382.3086.394640.34616.32224起重臂第四节6.90.513.45011.51070.34622.322195起重臂第五节5.750.442.87512.71380.34619.258366起重臂第六节5.750.432.87514.897350.34618.820677起重臂第七节6.90.483.45019.66560.34621.009128起重臂第八节5.750.392.87518.445050.34617.699109起重臂臂尖节1.9040.151.0817.687650.1706.538950合计50米臂长时4.1324.54510.13743.741180.64944米臂长时3.7422.1738.29343.738163.57937米臂长时3.2619.4056.32643.733142.569注：以地面塔身回转中心为原点，以原点到其重臂端部为X轴正方向，以原点到塔顶方向为Y轴正方向。表2-3 塔机各部件自重及重心位置分布表序号名 称Gi (t)Xi (m)GiXiYi (m)GiYi1平衡臂1.65-7.33-12.094543.52471.81462起升机构1.25-9.74-12.17543.84854.813平衡臂拉杆0.63-5.985-3.7705546.49729.293114回转机构0.39-0.819-0.3194142.17916.449815变幅机构0.199.3451.7755544.0418.367796塔帽1.04-0.237-0.2464846.31148.163447起重臂拉杆I0.2337.2581.69111446.98810.94828起重臂拉杆0.5419.32810.4371247.30225.543089吊钩0.162.50.4406.410牵引小车、0.192.50.47543.2618.2195911司机室0.440042.75718.8130812上支座 1.070042.5145.485713下支座1.3390041.37755.403814套架1.9010038.4573.0934515顶升装置0.450038.34517.2552516标准节12.80020.7264.9617回转支承0.430041.77517.9632518固定支座0.67000.360.241220平衡重10.05-12-12642441合计40.003-38.4571394.874综合上表，50 m臂长时 不加配重 加配重空车时整机总重 29.503t 40.003 t平衡臂部分重 4.96 t 15.46t平衡臂后倾力矩 -28.605 tm -116.149 tm平衡臂重心位置 -5.767 m -10.000 m起重臂部分重 5.443t起重臂前倾力矩 116.149 tm 起重臂重心位置 21.339m 塔机在中线部分重 19.1 t 空车时整车重心位置 未加配重 2.967 m加配重 -0.961 m空车时整车重心高度 未加配重 32.331 m加配重 34.869 m2.2 起升荷载P起升荷载P是指起升载荷质量的重力，起升质量包括最大的额定载荷和吊具的自重。当起升高度大于50m时，还包括钢丝绳的自重。考虑起升载荷的起升载荷的起动和制动影响，起升载荷应乘以动力系数，值一般在1.051.25之间，起升速度愈大对动力数影响愈大。塔式起重机起升载荷的动力系数可按公式（2-1）计算：=1+0.35V （2-1）式中：V载荷上升速度（m/s）吊具自重包括小车、吊钩动载系数 = 1.2 (3 t 以下)或 = 1.15 (3 t 以上)表2-4 各种吊重下的起升载荷R（m）2.514.8202530354050Q（t）53.552.752.251.851.61.2P（t）6.15254.4853.5653.122.532.24251.78252.3水平荷载离心力塔式起重机在回转时，起升载荷质量合塔机回转部分质量产生的离心力P（如图2-1所示）1、起升载荷产生的离心力P按式（2-3）计算。 P= （2-2）式中：P=塔机回转时起升载荷质量产生的离心力（t）； Q额定起升载荷；R起升载荷离塔机回转中心的距离（m）；N塔机回转速度（r/min）；y载荷至起重臂的距离（m）。2、塔机回转部分的质量产生的离心力P（如图2-3）按式（2-3）计算：。P= （2-3）式中： P由塔机回转部分的质量产生的离心力（t）；r回转部分的重心离回转中心轴的距离（m）。图2-3塔机回转离心力P的计算简图 3、变幅小车起、制动时得惯性力P变幅小车制动时产生惯性力的有小车、吊钩合重物所以 P=（G小车+Q+G吊钩）V1/（gt） (2-4)式中：g时重力加速度，V是小车初始运行速度，t是小车制动时间。回转惯性力、制动时间：t = 8 s变幅小车制动： t = 5 s2.4 坡度载荷倾斜度取1 %2.5风荷载吊重上的风力 W=CKhqA （2-5）表2-4 风压高度系数Kh离地（海）面高度（h）102030405060708090100110陆上1.001.231.391.511.621.711.791.861.931.992.05海上及海岛1.001.151.251.321.381.431.471.521.551.581.61C风力系数Kh高度系数q计算风压 A迎风面积，金属结构的实有面积在垂直风向上的投影 机构计算时qI = 150 N/m2结构计算时qII = 250 N/m2 结构非工况qIII = 700 N/m22.6试验载荷动载按1.1倍额定荷载、静载按1.25倍额定载3 载荷组合3.1工作状态最大载荷包括自重、吊重、惯性力、工作状态的最大风压、基础最大坡度。选择危险的载荷组合，进行结构和机构的强度、稳定性和整机倾翻的稳定计算。3.2非工作状态最大载荷包括自重、非工作状态的风荷以及起重机基础允许的最大坡度，进行强度和自身稳定性计算。4 选用材料及许用应力(235)和20钢n = 1.45工作状态170 MPa (拉、压、弯)98 MPa非工作状态210 MPa (拉、压、弯) 120 MPa16Mn和45#钢(45#需经调质处理)工作状态240 MPa (拉、压、弯)145 MPa非工作状态300 MPa (拉、压、弯) 173 MPa40Cr(调质处理)工作状态360 MPa (拉、压、弯)210 MPa4.2焊缝(自动焊或用精确方法检查的手工焊)(235)和20#钢，用T42焊条对接焊170 MPa 120 MPa贴角焊 120 MPa16Mn用T50焊条对接焊240 MPa 170 MPa贴角焊 170 MPa4.3 焊缝(用普通方法检查的手工焊)(235)和20#钢，用T42焊条对接焊 136 MPa 96 MPa贴角焊 96 MPa16Mn用T50焊对接焊 192 MPa 136 MPa 贴角焊 136 MPa第3章 内力分析及计算原则塔式起重机的塔身通常是由四片桁架组成的。平面桁架只能承受作用在桁架平面内的外力，而不能承受垂直于桁架平面的力。对由四片平面桁架组成的塔身结构，可将外载荷分解到各片平面桁架中去，分别单独地计算各片桁架中杆件的内力，然后再将同一杆件中的内力叠加起来。塔身所受的载荷有：起升载荷P，塔身自身重力P，上回转部分的重力P，起重机起、制动惯性力P，起重小车行走起、制动惯性力P，回转惯性力P和离心力P，风力P等。为了便于分析，把所有惯性力、风力当作水平载荷，把起升载荷、自身重力等视为垂直载荷。在实际计算中，应根据最不利的载荷位置和相应的工作状态进行载荷组合，将外载荷逐项地对塔身的每片桁架进行计算。外载荷在各片片面桁架中的分解1. 水平载荷的分解当载荷作用在对称的矩形截面中间时，可平均分配到两个于平行的侧面桁架上见图（3-1a）。如果外载荷不作用在截面中间，可按杠杆比例分解到两侧面桁架上。如果外力沿对角线方向作用在正方形截面色空间结构上，则各片桁架受力见图（3-1b） 图3-1 横向载荷分解 2垂直载荷的分解当垂直载荷P作用在E点（见图3-2轴向载荷分配），力作用点离片桁架距离为b，离AD片桁架的距离为a，将P分解到桁架BC和AD上后，作用在BC片桁架上的力为P，作用在AD片桁架上的力为P。图3-2 轴向载荷分配 弯矩的分解3.弯矩的分解一个对称的正方形截面的塔身，如在对称轴上受弯矩时，则平分配AB和CD两片上（见图3-2弯矩分解a）。如果在任意方向受弯矩时，则将分解为，然后再将和分别分解到AB、BC、AD、BC四片桁架上（见图弯矩分解b）。4.扭矩的分解塔身受扭时，扭矩的分解及各片桁架的腹杆对扭转刚度的影响是个比较复杂的问题。一般假设矩形等截面形状保持不变。这样在扭矩作用下顶部截面只转动了某一角度，见图（3-3） 和见图（3-3）是C点在两个平面上的位移分量，对于每一侧得平面桁架来说，相当于分别在外力Pxh、Pyh的作用下而产生的弹性位移。 图（3-3）扭矩的分解设边长为a的侧面平面桁架及边长为b的侧面平面桁架在顶部截面的水平力作用下所产生的位移为及（亦称柔度），则：=Pxh，=Pyh （3-1）由平衡条件得扭矩： （3-2）解式和式联立方程得：= （3-3） （3-4）式中对于正方形的起重机塔身，因塔身侧面各片桁架都完全相同a=b，则m=1，K=1，由式（3-4）得 （3-5）5. 内力计算原则当各种载荷按一定的支承情况分配到各平面以后，就可按照分配到的作用力，分别计算各平面桁架的杆件内力，并把共用的弦杆内力迭加起来，再用迭加起来的内力计算各杆件的强度和稳定性。各片桁架的支承情况由其支座结构而定。若不需要求出每一根杆件的内力，只需要对塔身危险截面进行验算时，可以不将外载荷进行分解，因为塔身是正方形截面，其腹杆内力主 图3-4 正方形截面空间桁架内力分析要平衡剪力内力主要平衡该截面上的弯矩及轴向力，所以，可以根据外力求出该截面上的弯矩M及轴向力（垂直力）P，然后就可以求得弦杆内力。图（3-4）所示弦杆内力计算简图。根据图（3-4），可得弦杆内力：N=（M平行x轴或y轴）N=（M在对角线方向）第4章 QTZ63型塔机标准节的基本设计计算图4-2 有风动载工作状况3.1. 塔身结构的校核计算(起吊高度为40米时)已知：Q0塔机最大起吊重量，Q0=5 t； Q钩塔机吊钩重量，Q钩=0.24 t；Q小车塔机变幅小车重量，Q小车=0.19 t；B1塔机最大起吊重量所在位置，B1=14.8 m。图4-1 有风动载工作状况图4-3 有风动载工作状况计算项目计算原理及说明计算结果一）塔身最危险内力的计算1有风动载工作状况（如图4-1）M不平衡 = 35.12 tm（整机计算）M吊= (Q0Q钩)kQ小车B1= (50.24)1.150.1914.8 = 92 tm式中 k风载下载荷的增大系数，k=1.15。根据风载计算得：Mw = 45.78 tm 回转惯性力：Pn=（5+0.16）tg3。=0.271 t ; 回转惯性弯矩：Mnx =Pn40= 10.86 tmGiYi=953.873 tm (整机空载) 塔机安装因地面不平整产生的弯矩：=0.01(GiYi +Qi40)=0.01(953.873+540) =11.54 tm对地面A截面的弯矩MxA =（M不平衡M吊）（MwMnxMx坡）=（35.1292）（45.7810.8611.54） = 56.8868.18 = 125.06 tm式中 H1塔机整体高度，H1=43 m；h1塔身底座高度，h1=0.725 m；h2塔身重心高度，h2=14.25 m。MxB= MxC + M工况(H1h1)/ H1=56.8868.18(430.725)43 = 123.91 tmMxD=MxC + M工况(H1h2)/ H1=56.8868.18(4314.25)43 = 102.47 tm式中 G0塔机整体重量，G0=40 t； G塔身塔身重量，G塔身=19.05 t；G配重平衡臂配重，G配重=10.5 t。NA = G0(Q0Q钩)kQ小车 =40(50.24)1.150.19 = 46.216 tQxA= PwmaxPnx = 2.6140.271 = 2.885 tPwmax侧向风载，Pwmax = 2.614 t对于C截面 Nc = G0G塔身+ G配重=4019.05+10.5=31.45 t对于B截面NB = NAG底= 46.1244.13 = 41.994 t QxB= QxA = 2.885 t对于D截面ND = NAG底G下塔身 = 46.1244.131.275 = 40.719 t 2有风动载风从侧面吹来 MxA= MxMw =123.745.78=77.92 tm MxB= MxC +(M工况Mw)(H1h1)/ H1 =56.8822.4(430.725)43 = 78.90 tm MxD= MxC +(M工况Mw)(H1h2)/ H1=56.8822.4(4314.25)43 = 71.86 tm 在垂直平面内，风荷见风载工况 I 的计算MywA= 89.657 tm Pw = 2.613 t Yc = MywA / Pw =89.6572.613 = 34.31 mMywB= Pw(Ych1) = 2.613(34.310.725) = 87.76 tm123.91 tm根据以上计算，合力矩在无风状态下，小于风作用在起吊平面工况，校核计算满足安全要求。3暴风袭击工况（如图4-3）风荷见风载工况 III 的计算结果MwA= 107.38 tm = 11.54 tm M空=38.41 tmMxA = M空+MwA+Mx坡=38.41107.3811.54 = 80.51 tm123.91 tm 所以，为满足风动载状态的要求，取下塔身的强度为MxB = 123.91 tm,上塔身的强度为MxD = 102.47 tm M不平衡 = 35.12 tmM吊= 92 tmMw= 45.78 tmPn=0.27tMnx= 10.86 tmGiYi=953.87 tm=11.54 tmMxA =125.06 tmMxB=123.91 tmMxD=102.47 tmNA =46.22tQxA=2.89 tPwmax=2.61 tNc=31.45 tNB=41.99 tQxB=QxA= 2.89tND=40.72tMxA=77.92 tmMxB=78.90 tmMxD=71.86 tmMywA= 89.66 tmPw=2.62tYc=34.31 mMywB=87.76 tmMwA=107.38 tm =11.54 tm=-38.41 tmMxA=80.51 tm- 教务处印二) 塔身宽度三) 塔身主弦杆面积计算四) 塔身截面特性的计算五）主弦杆稳定性计算六) 塔身标准节连接销轴的计算七) 塔身标准节连接板厚度计算八）塔身标准节连接板处焊缝强度计算九）塔身腹杆搭接焊缝设计该塔式起重机的塔身采用角钢16016(F=49.067 cm2)作为主肢，采用角钢908(F=13.941 cm2)作缀条。塔身角钢的形心矩bx=76 cm，2bx= 152 cm。1. 主弦基本角钢选取：160161. F = 49.067 cm2 Ix = 1175.08 cm4 ix = 4.89 cmJGX=42F =4249.067=785对于上回转塔机，采用公式（4-1）进行核算： (4-1)2. 下塔身标准节MxB = 123.91106 Ncm NB = 41.994 t=419940 N 将参数代入上述公式(4-1)得= 46.82 cm247 cm249.067 cm2 满足要求。3. 对于上塔身标准节 MxD