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机械毕业设计全套

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JX04-056@QTZ40塔式起重机—臂架优化范艳东 毕业设计,机械毕业设计全套

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河北建筑工程学院 毕业设计（论文）任务书 课题 名称 QTZ40 塔式起重机 臂架 优化 设计 系： 机械工程 学院 专业： 机械设计制造及其 自 动化 班级： 机 092 姓名： 范艳东 学号： 2009307201 起迄日期： 2013 年 3月 25日 2013 年 6月 21日 设计（论文）地点 : 综 405 指导教师： 李常胜 辅导教师： 发任务书日期： 2013 年 3 月 5 日 nts 1、 毕业设计（论文）目的： 毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工 作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所 创新 、解决 相关 技术问题。通过毕业设计，使学生掌握塔式起重机的总体设计、吊臂的设计、整体稳定性计算等内容，为今后步入社会 、走上 工作岗位打下良好的基础。 2、毕业设计（论文）任务 内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： （ 1） 设计任务： 总体参数的选择（ QTZ40 级别） 结构形式 （ 2） 总体设计 主要技术参数性能 设计原则 平衡重的计算 塔机的风力计算 整机倾翻稳定性的计算 （ 3） 吊臂的设计和计算 吊臂的形式及尺寸（变截面）（双吊点 ） 吊臂的强度、稳定性及刚度验算 （ 4） 设计要求 主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸 ， 独立撰写一 份 毕业论文，并绘制有关图表。 知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的 理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化 理论认识、 扩展 知识领域、延伸 专业技能。 能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务， 完成 资料的调研、收集、加工与整理 ， 正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、 图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 nts 综合素质要求：通过毕业设计，学生应 掌握 正确的设计思想；培养学生严肃认真的科 学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观 与全局观。 设计成果要求： 凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分 ， 不应出现缺页、少图纸现象。 1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械 结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定 了解。 2） 说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。 3） 对国内外塔式起重机情况有一般的了解，对各种塔式起重机有一定的分析、比较能力。 其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。 nts 3、毕业设计（论文） 成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： 计算说明书一份 内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、 批准 ，字数要求不少于 2 万字；撰写中英文摘要； 提倡 学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 图纸一套 不少于四张零号图纸量。 4、主要参考文献： 1 哈尔滨建筑工程学院主编 .工程起重机 .北京：中国建筑工业出版社 2 董刚、李建功主编 .机械设计 .机械工业出版社 3 机械设计手册 .化学工业出版社（ 5 册） 4 GB/T9462 1999 塔式起重机技术条件 5 GB/T13752 1992 塔式起重机设计规范 6 GB5144 1994 塔式起重机安全规程 7 邢静忠 ANSYS应用实例与分析 科学出版社 2006 8 刘坤 ANSYS有限元方法精解国防工业出版社 2005 9GB/T9462 1999 塔式起重机设计条件 10 GB/T13752 1992 塔式起重机设计规范 11 GB/T5144 1994 塔式起重机安全规程 12刘鸿文材料力学北京：高等教育出版社 2002 13李柱，徐振高互换性与测量技术北京：高等教育出版社 2002 14 张东升机械零件及建筑机械重庆：重庆大学出版社 .2003 15 现行建筑机械规范大全北京：中国建筑工业出版社 .1995 16 吴庆鸣，何小新工程机械设计武昌：武汉大学出版社 .2006 17刘佩衡塔式起重机使用手册北京：机械工业出版社 .2002 18 张质文，虞和谦等 起 重机设计手册 北京：中国铁道出版社 1997 19 顾迪民 工程起重机北京：中国建筑工业出版社 1988 20 王金诺，于兰峰起重运输机金属结构北京：中国铁道出版社 .2002 21 张凤山，董红光塔式起重机构造与维修 .北京：人民邮电出版社 2007 22 张青工程起重机结构与设计化学工业出版社 2008 nts 5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2013.3.25-2013.3.28 2013.3.29-2013.4.13 2013.4.14-2013.4.20 2013.4.21-2013.5.15 2013.5.16-2013.6.5 2013.6.6-2013.6.19 2013.6.20-2013.6.21 熟悉整理资料 方案选择及总体设计 绘制总图 臂架设计 绘制臂架装配及结构图纸 绘制零件图纸 准备论文及答辩 教研室审查意见： 教研室主任签字 ： 年 月 日 系审查意见： 系主任签字 ： 年 月 日 nts 河北建筑工程学院 毕业实习报告 系 别 机械工程 学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机 092 姓 名 范艳东 学 号 2009307201 指导教师 李常胜 实习成绩 nts 实习报告 转眼间四年的大学生活就快结束了，然而大多数学生对于本专业的认识还是不够，为了使我们更多地了解机械产品及设备，提高对机械设计制造及其自动化的认识，加深机械在工业各领域应用的感性认识，开阔视野，老师安排了我们到长春会展中心实习。 长春国际会展中心是由市政府和长春经济技术开发区共同投资兴建的大型现代化展览场所，是集展览、住宿、餐饮、会议、娱乐、体育、旅游、商贸、科技、信息等为一体的多功能活动中心。 一、 实习目的 毕业实习是学生完成了教学计划所规定的全部理论课程的基础上进行的总结性实习 ，是培养和检验学生综合运用所学专业的基本理论、基本技能，理论联系实际，独立的分析问题、解决问题的重要环节。实习在于培养实践动手能力，使所学的专业理论知识与实践相结合，为更好地适应社会的需求打下良好的基础。通过到长春国际会展中心的实习，让我们对各种工程机械，如装载机、挖掘机、起重机等，以及各种数控机床、精密仪器等 有了更进一步的认识和了解。 通过参观，综合自己所学知识，以及查阅资料，这次实习我学到了不少东西。 二、 实习内容 本次毕业实习，我们跟随毕业设计导师李常胜老师，来到长春国际会展中心，为期一天。 摆在国际会 展中心门口的有装载机 ，挖掘机，汽车吊车等等， 而塔式起重机是 我着重了解的对象。 （ 1）装载机 装载机 是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。 （ 2）挖掘机 挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。 其 挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后 的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。 （ 3）塔式起重机 塔式起重机又称塔机，具有适用范围广，回转半径大，操作方便，工作效率高及安装拆卸比较简便等特点，从而广泛使用在建筑安装工程中，并成为重要的施工机械之一。 塔机组成一般来说塔机按各部分功能可分为：基础、塔身、顶升、回转、起升、平衡臂、起重臂、起重小车、塔 顶、司机室、变幅等部分。塔机安装在地面上需要基础nts 部分；塔身是塔机身子，也是升高的部分；顶升部分是使得塔机可以升高；回转是保持塔 机上半身可以水平旋转的；起升机构用来将重物提升起来的；平衡臂架是保持力矩平衡的；起重臂架一般就是提升重物的受力部分；小车用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，也是直接受力部分；塔顶当然是用来保持臂架受力平衡的；司机室是操作的地方；变幅是使得小车沿轨道运行的。 塔机工作机构分为 5 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。在此，就让我们简单的看一下：动臂式塔机设臂架变幅机构，兼有架设及变幅两种功能。小车变幅水平臂架塔机设小车牵引机构，或称小车变幅机构。固定式塔机不设大车走行机构。起升机构、变幅机构及小车牵引机构在构造上极为近似，均由电动机、联轴器、制动器、减速器和卷筒等部件组成。 其具体介绍如下： 起升机构：起升机构是起重机机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、钢丝绳、滑轮组和吊钩组成。 回转机构 :塔机 是靠起重臂回转来保障其工作覆盖面的。回转运动的产生是通过上、下回转支座分别装在回转支承的内外圈上并由回转机构驱动小齿轮。小齿轮与回转支承的大齿圈啮合，带动回转上支座相对于下支座运动。我们设计的 QTZ500 塔式起重机的回转机构设成单回转式，通常由回转电动机、液力耦合器、回转制动器、回转减速器和小齿轮组成。 变幅机构 :变幅机构是实现改变幅度的工作机构，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅机构由电动机、减速器、卷筒和制动器组成。功率和外形尺寸较小。变幅机构按其构造和不同的变幅方式分为运行小车式和吊臂 俯仰式。 塔机都设有安全保护装置，包括：起升高度限制器、起重量限制器、力矩限制器。 为了提高塔机生产率，加快吊装施工进度，无论是起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车走行机构均应具备较高的工作速度，并要求从静停到全速运行，或从全速运行转入静停的全过程 (即启动和制动过程 )，都能平缓进行，避免产生急剧冲动，对金属结构产生破坏性影响。对于高层建筑施工用的自升塔机来说，由于起升高度大，起重臂长，起重量大，对工作机构调速系统有更高的要求。 由于我的毕业设计是塔机的吊臂，通过查阅资料，我了解到：吊臂是塔机的关 键零件之一，她是由数节臂架通过臂架接头用销轴连接在一起的结构式焊接件，其制造质量直接影响塔式起重机的使用安全和寿命，特别是吊臂下弦杆，它既是受力杆件又是小车的轨道。为使小车运行平稳，两下弦杆必须满足直线度、平面度、平行度和垂直度等技术要求。因此，吊臂下弦杆接头的制造质量直接影响整个吊臂的制造质量。 三、 实习结果 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，通过 这次 实习，我学到了很多知识： （ 1） 了解了装载机 和挖掘机 的用途； （ 2） 了解了塔式起重机的特点和结构，并对其 工作机构 和臂架做了详细了解， nts 对我的毕业设计 起 到了很重要的作用 。 四、 实习总结 在这短暂的实习过程中，我采用了看、问、查阅资料等方式，对工程机械有了更进一步的认识和了解，我深深的感觉到了自己所学知识的肤浅和在实际运用中专业知识的匮乏，这使我真正领悟到什么叫“学无止境”。实习结束并不代表什么，它让我发现了更多的不足，所以在今后的学习和工作中，我会更加用心，去充实自己，完善自己，以求知者的身份警戒自己，争取在今后的工作中做一名合格的员工。 nts 河北建筑工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 QTZ40 塔式起重机 臂架优化设计 系 别： 机械工程 学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机 092 学生姓名： 范艳东 学 号： 2009307201 指导教师： 李常胜 nts 导师课题 课题类别 工程设计 （一）塔式起重机的研究现状及发展趋势 塔式起重机是现代工业与民用建筑的重要施工机械之一。在高层建筑施工中，它的幅度利用度比其他类型起重机高。塔机由于能靠近建筑物，其幅度利用率可达整体幅度的 80。塔式起重机的变幅及回转机构是可以同时实现重物在垂直方向和水平方向移动的机构，所以可以扩大起重机的工作范围，提高生产率。应用塔机对于加快施工速度、缩短工期、降低工程造价能够起到重要作用。塔式起重机已经成为建筑工程业必要的技术装备，成为衡量建筑工程业生产力水平高下的重要标志 之一，成为加快工程建设、确保工程整体质量、降低工程造价、提高社会效益与经济效益的重要手段。 塔 机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。自塔式起重机在建筑施工中显露身手并逐渐成为工程机械一个重要分支以来，已经有 50 余年历史，其间利经了曲折复杂的发展阶段。 70 年代末，由于种种原因，国外塔式起重机制造业陷入了低谷，不少中小工厂纷纷停业或转产，仅少数大厂得以维持。直至 80 年代末才呈现逐渐复苏态势，1994 年为复苏年头，复苏势头最好的 国家为德国。据有关资料介绍，在塔机制造业鼎盛的 70 年代，西德拥有各式塔机 48500 台， 80 年代总量减至 1/3，而近几年，东西德合并，基建规模扩大，塔机产量上升，现有塔机近 40000 台，其中半数机龄不足 5 年。 我国的塔机行业于 20世纪 50年代开始起步 ,相对于中 西欧国家 由于建筑业疲软造成的塔机业的不景气 , 我国的塔机业正处于一个迅速的发展时期。 到 20 世纪 90 年代以后，塔式起重机 行业随着行业建筑任务的增加而进入了新兴时期，年产量连年猛增，而且也有部分产品出口到了国外。全国塔式起重机的拥有总量也从 20 世纪 50 年代的几十台到2000 年的 60000 台左右。至此，无论从生产规模、应用范围、塔式起重机总量等各个角度来衡量，我国都可以称为塔式起重机大国。 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品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。 nts当前塔机的发展具有如下一些特点和趋势： 1、吊臂长度加长 在六十年代初，吊臂长度超过 40m 的较少，七十年代吊臂长度已能做到 70m，快速拆装下回转塔式起重机的吊臂长度可达 35m。自升式塔式起重机吊臂是可以接长的，标准臂长一般为 30 45m，可以接长到 50 60m。重型 塔式起重机吊臂则更长。吊臂加长可带来更好的技术经济效果。随着塔式起重机设计水平的提高，能解决由臂长加大带来的一些技术问题 (如安装和运输问题 )。低合金高强度钢材及铝合金的广泛采用亦为加长吊臂提供了非常有利的条件。 2、工作速度提高，且能调速 由于调速技术的进步，滑轮组倍率可变，双速、三速电动机及直流电动机调速的应 用，使塔式起重机工作速度在逐渐提高。起升机构普遍做到至少具有 3 种工作速度，重物起升速度超过 100m min 者也很多。构件安装就位速度可在 0-10m min 范围内进行选择。回转速度一般可在 0-1r min 之间进行调节。小车牵引和塔式起重机行走大多也有 2-3 种工作速度，小车牵引速度最快可达 60m min。 3、改善操纵条件 随着塔式起重机向大型、大高度方向发展，操纵人员的能见度愈来愈差。因此需要 在吊臂端部 (动臂变幅 )或小车上 (小车变幅 )安装电视摄象机，在操作室利用电视进行操作。有的还采用了双频道的无线电遥控系统，不但可由地面的操作人员控制吊装；还可根据事先编排的程序自动进行吊装。 4、更多地采用组装式结构 为了便于产品的更新换代，简化设计制造、使用与管理，提高塔式起重机使用 的经 济效益，国外塔式起重机专业厂已做到产品系列化，部件模数化。以不同模数塔身，臂 架标准节组合成变截面塔身和臂架，不仅能提高塔身、臂架的力学性能，减轻塔式起重 机自重，而且可明显减少使用单位塔架，臂架的储备量，为降低成本，简化管理创造了 条件。 （二） ANSYS 介绍 有限单元法 是 随着 电子计算机 的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是 50年代首先在连续体力学领域 -飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的 数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、 流体力学 等连续性问题。 有限元思想的核心就是把实际结构离散化，假想地使实际的结构离散为有限数目个类似结构的个nts体，然后通过分析这些有限个体的性能来求出满足实际工程要求的计算结果，从而代替对于具体复杂实际结构的求解。经 过离散化，应用有限元思想，可以解决很多实际复杂的工程问题，并在理论研究和工程应用两方面都具有极其重要的实用价值。 ANSYS 作为一个大型通用软件，广泛应用于结构、流体、声场、热、耦合场、电磁场上面，利用 ANSYS 软件，能够将实际模型置于各种各样不同的复杂实际工况之中，准确并合理的分析，优化设计，减少实际试验的物质和人力投入，提高工作效率，缩短研发周期从而能够为提高利润做出贡献。使用 ANSYS 软件分析，包含以下几个过程：建立模型、划分网格、加载和求解、结果后处理。若在实际应用过程中想对其中的某一个步骤进行改动和变化，则依然需要重新完成其中的每一个步骤，无形中浪费了太多的工作时间。针对现实情况， ANSYS 提供了 APDL 参数化设计语言来处理类似问题，通过 APDL 语言及 UIDL 语言或类似 VB、 VC 编程语言开发应用界面，即可完成在 ANSYS 中的二次开发。 二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创新、解决相关技术问题。 通过毕业设计，使学生掌握塔式起重机的总体设计、吊臂的设计、整体稳定性计算等内容，为今后步入社会、走向工作岗位打下良好的基础。 塔机臂架作为塔机的工作装置 ,在塔机产品的设计内容中处于核心地位 , 采用有限元分析的方法进行 塔机臂架 的设计计算将会极大地提高设计效率、保证其设计质量。 我们只需借助通用有限元软件建立模型并进行仿真分析 ,就能真实地反映机械产品的尺寸外形特征和工作过程 ,并进行各种类型的力学分析 ,尽早发现设计缺陷 ,从而有效地缩短研发周期 ,降低生产成本 ,使产品的结构和性能更加合理。 三、主要内容、研究方法、研究思路 1、主要内容 （ 1） 设计任务： 总体参数的选择（ QTZ40 级别） 结构形式 （ 2） 总体设计 主要技术参数性能 设计原则 nts 平衡重的计算 塔机的风力计算 整机倾翻稳定性的计算 （ 3） 吊臂的设计和计算 吊臂的形式及尺寸（变截面）（双吊点） 吊 臂的强度、稳定性及刚度验算 （ 4） 设计要求 主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一份毕业论文，并绘制有关图表。 知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化理论认识、扩展知识领域、延伸专业技能。 能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘 制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。 设计成果要求： 凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。 1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达 机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定了解。 2） 说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹nts均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。 3） 对国内外塔式起重机情况有一般的了解，对各种塔式起重机有一定的分析、比较能力。 2、 研究方法 （ 1） 资料的准备 通过上网和毕业实习，搜集同类已研发产品相关资料，了解国内外塔式起重机总体设计和起升系统的设计的已研发的产品，借鉴这些 产品的设计思路为自己的设计做准备。了解所做设计中的标准部件的相关信息，为以后设计做好准备。 （ 2） 参数确定 根据所查资料，了解到起重机的相关参数，和对标准部件的了解，选择能免租条件的相关零件。根据传统设计方法并结合相似的产品结构进行具体的设计，在设计中确定个关节的合理尺寸和形状。整体和各个部件的形状和尺寸确定后，用二维作图工具（ autoCAD 等）绘制出各 主要部件的图形图和总装图。明确产品的具体设计尺寸和形状。 3、 研究思路 伴随着计算机技术的进步 ,目前国内外先进的机械产品设计制造都离不开有限元分析 (Finite ElementAnalysis, FEA)计算 ,在工程设计和分析中受到越来越广泛的重视 ,其计算结果不仅详尽 ,更具可靠性。采用有限元分析的方法进行机械产品的设计计算将会极大 提高设计效率、保证其设计质量。设计者只需借助通用有限元软件建立模型并进行仿真分析 ,就能真实地反映机械产品的尺寸外形特征和工作过程 ,并进行各种类型的力 学分析 ,尽早发现设计缺陷 ,从而有效地缩短研发周期 ,降低生产成本 ,使产品的结构和性能更加合理。本文应用有限元软件对塔机总体 及 臂架结构进行快速校核分析。 四、总体安排和进度（包括阶 段性工作内容及完成日期） 2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理资料 2013.3.29-2013.4.13 方案选择及总体设计 2013.4.14-2013.4.20 绘制总图 2013.4.21-2013.5.15 臂架 设计 2013.5.16-2013.6.5 绘制塔身装配及结构图纸 2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸 2013.6.20-2013.6.21 准备论文及答辩 nts五、主要参考文献 1 哈尔滨建筑工程学院主编 .工程起重机 .北京： 中国建筑工业出版社 2 董刚、李建功主编 .机械设计 .机械工业出版社 3 机械设计手册 .化学工业出版社（ 5 册） 4 GB/T9462 1999 塔式起重机技术条件 5 GB/T13752 1992 塔式起重机设计规范 6 GB5144 1994 塔式起重机安全规程 7 邢静忠 ANSYS应用实例与分析 科学出版社 2006 8 刘坤 ANSYS有限元方法精解国防工业出版社 2005 9GB/T9462 1999 塔式起重机设计条件 10 GB/T13752 1992 塔式起重机设计规范 11 GB/T5144 1994 塔式起重机安全规程 12刘鸿文材料力学北京：高等教育出版社 2002 13李柱，徐振高互换性与测量技术北京：高等教育出版社 2002 14 张东升机械零件及建筑机械重庆：重庆大学出版社 .2003 15 现行建筑机械规范大全北京：中国建筑工业出版社 .1995 16 吴庆鸣，何小新工程机械设计武昌：武汉大学出版社 .2006 17刘佩衡塔式起重机使用手册北京：机械工业出版社 .2002 18 张质文，虞和谦等 起重机设计手册 北京：中国铁道出版社 1997 19 顾迪民 工程起重机北京：中国建筑工业出版社 1988 指导教师意见： 指导教师签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系领导签名： 日 期： 系盖章 nts nts 河北建筑工程学院 毕业设计（论文）外文资料翻译 系 别 ： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机 092 姓名： 范艳东 学号： 2009307201 外文出处 Ocean Engineering 附 件： 1、 外文原文 ； 2、外文资料翻译译文。 指导教师评语： 签字： 年 月 日 注：请将该封面与附件装订成册。 nts nts 海洋工程 29（ 2002） 1463 1477 通过油水界面性能数值模拟的威尔斯涡轮机设计参数分析 A.布里托 -梅洛， L.M.C.加托， A.J.N.A.萨尔门托 机械工程系，西班牙优秀设计员，里斯本技术大学 av. Rovisco Pais， 1049-001里斯本，葡萄牙 2001年 5月 22日收到，于 2001年 8月 30日接受 文摘 本文通过研究数值模拟威尔斯涡轮机空气动力学设计对整个设备的影响，通过涡轮机最大效率和流率范围对涡轮机能够有效运转有影响。涡轮机振荡水柱（油水界面）的匹配问题是通过捕捉气候波动和亚速尔群岛电源转换器的油水界面被阐明的。这项研究是通过采用一个基于线性水波理论和在波槽中的 实验模型的时域数学模型被执行的。结果是由考虑到威尔斯涡轮机几个空气动力学设计的数值模拟提供的，这个涡轮机可以有或者无导流叶片，且使用旁通压力安全阀。 2002 爱思唯尔科学有限责任公司版权所有。 关键词：波能量；振荡水柱；设备；威尔斯涡轮机。 1.介绍 在振荡水柱（油水界面）波能量转换中，威尔斯涡轮机已经是最常用来解决空气 -电能量转换问题的办法。这些本质上是由一个开放在底部的入射波前的捕捉气室、涡轮机和发电机组成的。这个入射波移动激发在气室中夹有水质量的内部自由表面振动，并且产生一种低压往复流量驱动涡轮机。一些 全面的涡轮机原型已经在欧洲国家建造和安装在发电厂并且并网发电，例如安装在亚速尔群岛的 500 千瓦导流叶片威尔斯单翼机涡轮机（法尔考， 2000年）和安装在英格兰的 2 250千瓦双翼飞机反转涡轮机。 设计者的最大挑战是设备波能量转换器的振荡性质和随机分布的波能量资源。这些特性不存在或者几乎没有与其他资源技术的竞争。空气涡轮机在油水界面转换器中主要是与效率相关的受流条件（随即往复流），比几乎任何其他应用程序中的涡轮机要求更高。与传统涡轮机相比，威尔斯涡轮机达到仅有的一个适度的最高效率，可以在不需要整流阀的往 复流系统运行。涡轮机，一方面必须从空气的流量中提取能量，在零和一个振荡的最大值的每两个方向，它反过来有极其大的变化。另一方面，转速一定时，一般来说，威尔斯涡轮机特别的地方是它只在一个有限范围的流动条件围绕最高效率点，可以高效率的操作。威尔斯涡轮机的能量输出在小流量（流量在一个波周期中两次经过零）时被认为是低的（或消极的），在nts 大流量时快速下降，由于气动损失导致转子叶片失速。因此，涡轮机在非常充满活力的海洋国家或每当暴力波峰出现时将表现不佳。根据亚速尔群岛的工厂，顶部安装有旁路溢流阀的空气室可能防止这个问题。阀 门是以控制限制空气室（根据涡轮机转速）最大压力和吸力来防止瞬时空气流量通过涡轮超标值土面的空气动力失速转子在秋季叶片锁所产生的功率输出。数值模拟（布里托梅洛等人， 1996年法尔考和胡思迪诺 1999年）表明，减小涡轮尺寸和大幅度增加年度生产的电能有可能通过使用一个旁路释放压力阀来实现。此外，最近的研究（理论和模型测试）表明，威尔斯涡轮转子叶片部分的特别设计可以明显扩大流率的范围，在这个范围内与其他的涡轮叶片设计相比较，这种涡轮可以高校的运作并减少空气动力损失。且在一个窄范围的流量通过通过涡轮时可以给一个更高的 峰值效率。这就提出了一个问题：针对总年度的生产电能和考虑采用水动力性能的油水界面设备它更适合空气动力设计的涡轮，这样的涡轮在高效运作时允许一个更大范围的流率通过。给一个更高的效率值和降低流量范围使涡轮更高效运作。此外，有趣的是这个问题可能在和大程度上依赖于压力释放阀。 现在工作的主要目的是探讨威尔斯涡轮机对整个 设备的影响。因为涡轮可以有效运行受涡轮的最高效率和流率范围的影响使旁路溢流阀也被认为是涡轮机的现实特征。因为空气室内才生的压力变化是依赖于涡轮机特性，压力安全阀会影响涡轮机运行，并且能量萃取的水动力过 程也被修改了。在萨尔门托和布里托梅洛（ 1996 年）的描述中，通过使用时域数学模型，流体力学的波能量可以转化为气动能源，而这种时域数学模型基于线性水波理论和在波槽中的实验模型。根据结果推测，从空气动力学试验研究比例模型和实证近似电机损失（布里托梅洛等人， 1996 年）预测起飞设备功率，空气动力能源转换为电能是一个合适的计算模型。本文介绍了一些考虑威尔斯涡轮机空气动力学设计，是否有导流叶片和使用压力释放阀时数值模拟的结果。涡轮机油水界面的匹配问题是通过捕捉气候波动和亚速尔群岛电源转换器的油水界面被阐明的。 2.线性模型 2.1工厂操作 这个波线模型考虑一个油水界面配备一个威尔斯涡轮机，一个无限容量的旁通阀和一个变速涡轮发电机在一组代表海况条件下的操作问题。 众所周知，威尔斯涡轮机是展示涡轮压力降 ()pt 和流量 ()tqt之间的一个近似线性关系。然后我们可以把涡轮机特性写作为 ( ) / ( ) ( ) / ( )t s sK p t q t p q 在这个式子中， ()sp 和()sq 是压力和流量（涡轮机转子叶片开始停止之前 ） 的最 大值，这（对于一个给定的涡轮机）取决于涡轮机的旋转速度。使用一个旁路压力释放阀可防止涡轮机转子叶片失速的发生。nts 控制阀门是为了确保 / ( )/ ( )sp t p,然后确保 / ( )/ ( )sq t q.多余的流量 ()vqt通过阀门进入大气。 旋转部门的惯性是假定足够大了，以至于旋转速度 可能被认为是在模拟给定的海况条件下大约恒定的时间间隔（约 15分钟）。为了电气能源生产最大化，这可以优化为每一个记录的典型海况。涡轮机转速是 允许不同的同步速度发电机和其价值的两倍。总结产品的实测表面，卡尔输出功率与发电频率为整体年均电能输出提供了所有的记录数据。 2.2 水动力模型 水动力模型是萨尔门托和法尔考（ 1985 年）在压力模型的基础之上提出的。根据油水界面性能的描述提出了 2.1节，封闭气室控制表面的质量平衡是 0 ()() ( ) ( )vaV d p tpt q t q tK P d t （ 1） 在式子中， ()qt 是气室内由自由表面移动的体积流率 ， Vo表示安静条件下空气在气室中的体积； Pa 是大气压力， 是比热比。与 2.1 节中提到的 ( ) 0vqt 一样（即当阀门不工作时） ,如果 / ( )/ ( )sp t p。根据线性水波理论，气室内由自由表面移动的体积流率可以分解为( ) ( ) ( )drq t q t q t, ()dqt是衍射流量，由于入射波作用假设内部和外部在恒定大气压力下，()rqt是辐射流量，由于在平静水面只有压力震荡 P(t)。在线性波浪理论的假设条件下，我们可能会应用卷积定理，以得到一个依据脉冲响应的线性问题的解决方案（管道和哈维尔，1970），如下所示： ( ) ( ) ( )trrq t h t p d （ 2） 其中 p（ t）是空气室内部压力的时间导数， t 表示滞后的时间，方程（ 2）中的积分上限表示本瞬间的滞后时间，因为这个过程是因果关系（康明斯， 1962年）。脉冲影响函数 hr（ t）可以以下方式获得，即计算数值模型油水界面的水动力系数，如 wamit（ lee等人， 1996年）或 aquadyn（布里托美罗等人， 1999年），或电坦克测试。在这里，我们通过亚述尔群岛油水界面波电 T1:35的规模测试，使用一个估计的脉冲响应函数获得自由振荡的瞬态实验（见萨尔门托和布里托美罗， 1996年）。 nts 绕射流的时间序列， ()dqt也成为被获得的能量，优化实验的相似模型收到亚速尔群岛电网站的一组 44海况代表。在这些实验中生产一个等价的空气压降模型涡轮设备。流量 ()tqt可以从函数 ()pt 的校准曲线上获得。衍射流量时间序列通过求解方程对每个 44海况进行估计（ 1）（ ( ) 0vqt ）使用记录的压力从实验中提取能量，并且预先获得在瞬间实验中进行试验性的估计。 2.3动力输出设备 动力输出设备是基于从结果推断小规模涡轮机测试（加托等人， 1996 年，韦伯斯特和加托， 1999年 a， b）和涡轮机以及发电机损失的经验数据（布里托美罗等人， 1996）。涡轮机轴段 t的平均功率已经给出了 t 0 ( , ( ) ) ( )Ts t mW L q t L d tT （ 3） 其中 L是空气动力学产生的涡轮扭矩和 Lm扭矩，这是由于机械损失（尤其是轴承损失）。对于失速自由条件下， L接近于一个二阶多项式。为了提供必要的性能数据来研究动力输出设备和气动式的匹配，考虑到转子稳定性比率，利用一个简单的线性涡轮流量分析方法修改小型涡轮测试的数据。当雷诺数增加时忽略停转的推迟，应考虑修正转矩曲线的涡轮机的规模效应。这样做是为了倍增（分）正（负）值 L通过 f=0.8/0.706。（它纠正了无后掠 NACA0015转子叶片的扭矩曲线，导叶匹配的峰值效率为 max 0.80 。假定初步设计的涡轮叶片速度的最大值为 160ms1，平均输出电能是由涡轮机轴上的平均功率减去发电机损失得到。这个模型的发电机损失包括焦耳的损失，铁损失，通风损失和机械损失（布里托美罗等人， 1996）。 nts 1 设计项目 计算与说明 结果 前言 概述 发展趋势 总体设计 概述 第 1 章 前言 1.1 概述 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 末期水平并跻身于当代国际市场。 QTZ40 型塔式起重机简称 QTZ40 型塔机，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%。 QTZ40 型塔式起重机 是 400kN m 上回转自升 式 塔机。上回转自升塔式起重机是我国目前建筑工程中使用最广泛的塔机，几乎是万能塔机。它的最大特点是可以架得很高，所以所有的高层和超高层建筑、桥梁工程、电力工程，都可以用它去完成。这种塔式起重机适应性很强，所以市场需求很大。 1.2 发展趋势 塔式 起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。在六十年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机。并在工作机构中采用了比较先进的技术，如可控硅调速、涡流制动器等。进入七十年代后，它的服务对象更为广泛。因此，幅度、起重量和起升高度均有了显著的提高。 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。 第 2 章 总体设计 2.1 概述 nts 2 设计项目 计算与说明 结果 确定总体设计方案 塔机金属结构 塔 顶 总体设计是毕业 设计中 至关重要 的一 个环节 ，它是 后续设计的基础和框架。只有在做好总体设计的前提下，才能更好的完成设计。 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 由总工程师负责设计。 在接受设计任务以后，应进行深 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，并进行分析比较，制定总的设计原则。设 计原则应当保证所设计的机型达到国家 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。 2.2 确定 总体设计方 案 QTZ40 塔式起重机 是 上回转液压自升式 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，电器控制系统及安全保护装置等五大部分组成。 2.2.1 金属结构 塔式起重机金属结构部分由塔 顶，吊臂，平衡臂 ， 上、下支座，塔身，转台 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，承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷，是塔式起重机的重要组成部分，其重量通常约占整机重量的一半以上，因此金属结构设计合理与否对减轻起重机自重，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。 1. 塔顶 自升塔式起重机塔身向上延伸的顶端是塔顶，又称塔帽或塔尖。其功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部载荷，并通过回转塔架、转台、承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。 自升 式 塔机的塔顶有直立截锥柱式 、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑式等形式。截锥柱式塔尖实质上是一个nts 3 设计项目 计算与说明 结果 吊臂 构造型式 转柱，由于构造上的一些原因，低部断面尺寸要比塔身断面尺寸为小，其主弦杆可视需要选用实心圆钢，厚壁 无缝钢管或不等边角钢拼焊的矩形钢管。 人字架式 塔尖部件由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。 而斜撑式塔尖则由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。 这两种型式塔尖的共同特点是构造简单自重轻，加工容易，存放方便，拆卸运输便利。 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 1/7-1/10，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 前倾截锥柱式塔顶，断面尺寸为 1.36m1.36m。腹杆采用圆钢管。塔顶高 6.115米。 塔冒用无缝钢管焊接而成，顶部设有 连接平衡臂拉杆和吊臂拉杆的铰销吊耳，以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮，顶部应装有安全灯和避雷针。其结构如图 2-1所示： 图 2-1 塔顶结构图 2. 起重 臂 1） 构造型 式 塔式起重机 的 起重臂简称臂架或吊臂，按构造型式可分为：小车变幅水平臂架； 俯仰变幅臂架，简称 动臂；伸缩式小车变幅臂架；折曲式臂架。 采用前倾截锥柱式塔顶 nts 4 设计项目 计算与说明 结果 分节问题 截面形式及截面尺小车变幅水平臂架，简称小车臂架，是一种承受压弯作用的水平臂架，是各式塔机广泛采用的一种 吊 臂。其优点是：吊臂可借助变幅小车沿臂架全长进行水平位移 ，并能平稳准确地进行安装就位。因此此次设计采用小车变幅水平臂架。 小车臂架可概分为三种不同型式：单吊点小车臂架，双吊点小车臂架和 起重机与平衡臂架连成一体的 锤头式小车臂架。 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。 幅 度在 40m 以下的小车臂架大都采用单吊点式构造；双吊点小车变幅臂架结构一般幅度都大于 50m。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。这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。 2） 分节问题 臂架型式的选定及构造细部处理取决于塔机作业特点，使用范围以及承载能力等因素，设计时，应通盘考虑作出最佳选择，首先要解决好分节问题。 小车臂架常用的标准节间长 度有 6、 7、 8、 10、 12m 五种。为便于组合成若干不同长度的臂架，除标准节间外，一般都配设 12 个 35m 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，配有小车牵引绳换向滑轮、起升绳端头固定装置。此端头节长度不计入臂架总长，但可与任一标准节间配装，形成一个完整的起重臂。本次设计选用标准节长度为 6m，另加上 3.84m长的延接节 。其示意图见图 2-2： 图 2-2 臂架分节 3） 截面形式及截面尺度 采用小车变幅水平臂架 选用标准节长度为6m， 另加上3.84m 长的延接节 nts 5 设计项目 计算与说明 结果 度 腹杆布置和杆件材料选用 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，本次设计的 QTZ40 采用正三角形截面。选用这种 方式的优点是：节省钢材，减轻重量，从而节约成本。其尺寸截面形式如 图 2-3 所示 ： 图 2-3 臂架截面及其腹杆布置 1-水平腹杆 2-侧腹杆 3-上弦杆 4-下弦杆 臂架 1-7节： B=1020mm H=800mm 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影响最大。截面宽度主要与臂架全长有关。设计臂架长度为 40m，共七 节。 4） 腹杆布置和杆件材料选用 矩形截面臂架的腹杆体系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹杆体系既可采用人字式布置方式，也可 采用顺斜置式。此两种布置方式各有特点。 当采用顺斜置式式，焊缝长度较短、质量不易保证。焊接变形不均匀，节点刚度较差，且不便于布置小车变幅机构。因此本设计选用人字式布置方式。其优点在于，这种布置方式应用区段不受限制，焊缝长度较长，强度易于保证，焊接变形较均匀，节点刚度较好，便于布置小车变幅机构。 臂架杆件材料有多种选择可能性。一般情况下，上吊点小车变幅臂架的上弦以选用 Q345 实心钢为宜，但造价要高。因此本设 计选用 20 号无缝圆钢管。其特点是：惯性矩、长细比要小，抗失稳能力高。下弦采用等边角钢对焊的箱型截面杆件，经济实用，具有良好的抗压性能。因此上弦杆选用 83采用正三角形截面 nts 6 设计项目 计算与说明 结果 吊点的选择与构造 平衡臂和平衡重 平衡臂的结构型式 6、 89 7、 108 8，下弦选用的角钢型号为： 63 5、 70 6，臂间由销轴连接。 5） 吊点的选择与构造 吊点可分为单吊点和双吊点。其设计原则是：臂架长度小于 50m，对最大起吊量并无特大要求，一般采用单吊点结构。若臂架总长在 50m 以上，或对跨中附近最大起吊量有特大要求应采用双吊点。 采用单吊点结构时，吊点可以设在上弦或下弦。吊点以左可看作简支梁，以右可看作悬臂梁。 在设计中采用 双吊点 。 3. 平衡臂 与平衡重 QTZ40塔式起重机是 上回转塔机 。 上回转塔机均需配设平衡臂，其功能是支撑平衡重（或称配重），用以构成设计上所需要的作用方向与起重力矩方向相反的平衡力矩，在小车变幅水平臂架自 升式塔机中，平衡臂也是延伸了的转台，除平衡重外，还常在其尾端装设起升机构。起升机构之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一则可发挥部分配重作用，二则增大钢丝绳卷筒与塔尖导轮间的距离，以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳现象。 1） 平衡臂 的 结构型式 平衡臂的构造设计必须保证所要求的平衡力矩得到满足。短平衡臂的优点是：便于保证塔机在狭窄的空间里进行安装架设和拆卸，适合在城市建筑密集地区承担施工任务的塔机使用，不易受邻近建筑物的干扰，结构自重较轻。长平衡臂的主要优点是：可以适当减少平衡重的用量，相应减少塔身上部的垂直载 荷。平衡重与平衡臂的长度成反比关系，而平衡臂长度与起重臂之间又存在一定关系，因此，平衡臂的合理设计可节约材料，降低整机造价。 常用平衡臂有以下三种结构型式： （ 1） 平面框架式平衡臂，由两根槽钢纵梁或由槽钢焊成的箱形断面组合梁河系杆构成。在框架的上平面铺有走道板，走到板两旁设有防护栏杆。其特点是结构简单，加工容易。 （ 2） 三角形断面桁架式平臂，又分为正三角形断面和上弦 选用20 号无缝圆钢管 、 下弦选用角钢 采用双吊点 nts 7 设计项目 计算与说明 结果 平衡重 倒三角形断面两种形式。此类平衡臂的构造与平面框架式平衡臂结构构造相似，但较为轻巧，适用于长度较大的平衡臂。从实用上来看，正三角形断面桁架式平衡臂 似不如倒三角形断面桁架式平衡臂。 （ 3） 矩形断面格桁结构平衡臂，其特点是根部与座在转台上的回转塔架联接成一体，适用于小车变幅水平臂架特长的超重型自升式塔机。 平衡臂结构选用型式的原则是：自重比较轻；加工制造简单，造型美观与起重臂匹配得体。故此次 设计选用平面框架式平衡臂。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。平衡臂的长度是 11.67m。 如图 2-4 所示 ： 图 2-4 平衡臂 2） 平衡重 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 3 4t，重型自升式塔机要装有近 30t平衡重。 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，迎风面积较小，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，迎风面积大，对塔身结构及稳定性采用平面框架式平衡臂 采用固定式平衡重 采用钢筋混凝土式nts 8 设计项目 计算与说明 结果 拉杆 上、下支座 塔身 塔身结构断面型式 均有不利影响。但是构造简单，预制生产容易，可就地浇注，并且不怕风吹雨淋，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 。 4. 拉杆 QTZ40 塔式起重机采用双吊点式拉杆结构，拉杆由焊件组成，其材料为 Q345，拉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用 。 5. 上、下支座 上支座上部分别与塔顶、起重臂 、平衡臂连接，下部用高强螺栓与回转支承相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。 下支座上部用高强螺栓与回转支承连接、支承上部结构，下部四角平面用 4 个销轴和 8 个 M30 的高强螺栓分别与爬升架和塔身连接。 6. 塔身 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。 1） 塔身结构断面型式 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。因此本设计采用的也是方形断面结构。按塔身结构主弦杆材料的不同，这类方形断面塔架可分为：角钢焊接格桁架结构塔身，主弦杆为角钢辅以加强筋的矩形断面格桁架结构；角钢拼焊方钢管格桁架结构塔身及无缝钢管焊接格桁架结构塔身。由型钢或钢管焊成的空间桁架，其成本比较低，且能满足工作需要。因此主弦杆采用由等边角钢拼焊成的方管。这种样式具有选材方便、灵活的优点。 常用的矩形尺寸有： 1.2m 1.2m， 1.3m 1.3m， 1.4m 1.4m， 1.5m 1.5m， 1.6m 1.6m， 1.7m 1.7m， 1.8m 1.8m，2.0m 2.0m。 此次 设计的尺寸为 1.6m 1.6m。 根据承载能力平衡重 采用方形断面结构 设计的尺寸为 1.6m 1.6m 选用标准节 长 度为nts 9 设计项目 计算与说明 结果 塔身结构腹杆系统 标准节间的联接方式 塔身结构设计 的不同，同一种截面尺寸，其主弦杆又有两种不同截面之分。主弦杆截面较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。塔身标准节的长度有 2.5m， 3m，3.33m， 4.5m， 5m， 6m， 10m等多种规格，常用的尺寸是 2.5m和 3m。 选用 标准节 长度为 2.5m。 2） 塔身结构腹杆系统 塔身结构的腹杆系统采用角钢或无缝钢管制成，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， K字型等多种布置形式。腹杆不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定。 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。 3） 标准节间的联接方式 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。 盖板螺栓联接和 套柱螺栓联接 应用最广。 本次设计的 QTZ40 塔机采用套柱螺栓联接，其特点是：套柱采用企口定位，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。 4） 塔身结构设计 （ 1） 轻、 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。 QTZ40属于 中型自升 式 塔机，综合 各种型式的 特点，塔身结构 采 用整体式塔身标准节 ，如图 2-5所示： 2.5m 采用 三角形 采用套柱螺栓联接 采用整体式塔身标准节 nts 10 设计项目 计算与说明 结果 塔身的接图 2-5 塔身结构示意图 （ 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 40m 起升高度的塔机塔身宜采用两种不同规格的塔身标准节，而起升高度达到 60m 的塔机塔身宜采用 3 种不同规格的塔身标准节。除伸缩式塔身结构和中央顶升式自升塔机的内塔外，塔身结构上、下的外形尺寸均保持不变，但下部塔身结构的主弦杆截面则须予以加大。 （ 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） 塔身节内必须设置爬梯，以便司机及机工可以上下。在设计塔身标准节，特别是在设计拼装式塔身标准节时，要处理好爬梯与塔身的关系，以保证使用安全及安装便利。爬梯宽度不宜小于 40mm，梯级间距应上下相等，并应不大于30mm。当爬梯高度大于 5m 时，应从高 2m 处开始装设直径为nts 11 设计项目 计算与说明 结果 高问题 转台装置 回转支承 650 800mm 的安全护圈，相邻两护圈间距为 40mm.。当爬梯高度超过 10m时，爬梯应分段转接，在转接处加一休息平台。 对于高档的塔机，可根据用户要求增设电梯，以节省司机的体力，充分体现人机工程学的应用。 5） 塔身的接高问题 在遇 到塔身需要接高问题时，应按下述两种不同情况分别处理： （ 1） 在额定最大自由高度范围内，根据工程对象需要增加塔身标准节，使低塔机变为高塔机。 （ 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。 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。 7转台装置 转台是 一个直接坐在回转支承（转盘）上的承上启下的支撑结构。 上回转自升式塔机的转台多采用型钢和钢板组焊成的工字型断面环梁结构，它支撑着塔顶结构和回转塔架 ，并通过回转支承及承座将上部载荷 下传给塔身结构。 8 回转支承装置 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。按滚动体的不同，回转支承可分为两大类：一是球式回转支承，另一类是滚柱式回转支承。 1） 柱式回转支承 柱式回转支承又可分为：转柱式和定柱式两类。定柱式回转支承结构简单，制造方便，起重回转部分转动惯量小，自重和驱动功率小，能使起重机重心降低。转柱式结构简单，制造方便，适用于起升高度和工作幅度以及起重量较大的塔机。 2） 滚动轴承式回转支承 滚动轴承式回转支承装置按滚动体形状和排 列方式可分为：单排四点角接触球式回转支承、双排球式回转支承、单nts 12 设计项目 计算与说明 结果 底架 附着装置 排交叉滚柱式回转支承、三排滚柱式回转支承。滚动轴承式回转支承装置结构紧凑，可同时承受垂直力、水平力和倾覆力矩是目前应用最广的回转支承装置。为保证轴承装置正常工作，对固定轴承座圈的机架要求有足够的刚度。滚动轴承式回转支承，回转部分固定，在大轴承的回转座圈上，而大轴承的的固定座圈则与塔身（底架或门座）的顶面相固结。 设计选用球式回转支承，其优点是：刚性好，变形比较小，对承座结构要求较低。钢球为纯滚动，摩擦阻力小，功率损失小。 根据构造不同和滚动体使用 数量的多少，回转支承又分为单排四点接触球式回转支承、双排球式回转支承、单排交叉滚柱式回转支承和三排滚柱式回转支承。 设计采用单排四点接触球式回转支承，它是由一个座圈和齿圈组成，结构紧凑，重量轻，钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。 9底架 塔机底架构造随着塔身结构特点（转柱式塔身或定柱式塔身），起重机的走形方式（轨道式、轮胎式或履带式）及爬升方式（内爬式或外附着自升式）而异。 小车变幅水平臂架自升塔机采用的底架结构可分为：十字型底架，带撑杆的十字型底架，带撑杆的井字型底架，带撑杆的 水平框架式杆件拼装底架和塔身偏置式底架。 本次设计采用的是带撑杆的 x 底架。底架用工字钢焊接成框架结构，在四角安装有四条辐射状可拆卸支腿，该支腿用槽钢焊接而成，用螺栓与框架结构连接，底架通过 20 个预埋地脚螺栓与基础固定，螺栓为 M36，底架外轮廓尺寸约为：长宽高 =4600 4600 250 mm。 撑杆的作用是使塔身基础节与底架的四角相连，形成一个空间结构，增加塔机整体稳定性。由于塔身撑杆的设置，塔身危险断面由塔身根部向上移到撑杆的上支承面，同时塔身根部平面对底架的作用减小，从而改善底架的受力情况。 底架安 装时，将底架拼装组合，放置于混凝土基础上，对正四角的放射形支腿地脚螺栓，使底架垫平牢实，要求校选用球式回转支承 0 11 45 1400 采用带撑杆的 x底架 nts 13 设计项目 计算与说明 结果 套架与液压顶升机构 爬升架 平，平面度小于 1/1000，拧紧 20个 M36的地脚螺栓。 10. 附着装置 附着装置由一套附着框架，四套顶杆和三根撑杆组成，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撑杆的长度可以调整，以满足塔身中心线到建筑物的距离限制 塔身附着装置是用角钢对焊组合成的附着框架，由螺栓联接成框形，包箍于塔身标准的外表面，在附着框架下方的塔身主弦杆上分别固定一个小抱箍，以支持附着框架的重量，再由三 根可伸缩调整的附着撑杆，通过销轴把该框架与建筑物连接，使塔机在规定高度与建筑物附着。 附着装置如图 2-6所示 ： 2-6 附着装置 11. 套架 与液压顶升机构 1） 爬升架 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，节高 4.94米 ，截面尺寸 2.0 2.0米 2。 外侧设有平台和套架爬升导向装置 爬升滚轮。在套架内侧的下方，还设有支承套架的支块，当套架上升到规定位置时，需将此nts 14 设计项目 计算与说明 结果 顶升机构 套架 液压顶升 支块连同套架支托于塔身标准节的踏块上。 为便于顶升安装的安 全需要特设有工作平台，爬升架内侧沿塔身主弦杆安装 8 个滚轮，支撑在塔身主弦杆外侧，在爬升架的横梁上，焊上两块耳板与液压系统油缸铰接承受油缸的顶升载荷，爬升架下部有两个杠杆原理操纵的摆动爪，在液压缸回收活塞以及引进标准节等过程中作为爬升架承托上部结构重量之用 。 2） 顶升机构 顶升机构主要由顶升套架、顶升作业平台和液压顶升装置组成，用于完成塔身的顶升加节接高工作。 3） 套架 上回转自升塔机要有顶升套架。整体标准节用外套架。外套架就是套架本体套在塔身的外部。套架本身就是一个空间桁架结构。套架由框架，平台，栏杆， 支承踏 步 块等组成。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。门框内装有两根引入导轨，以便与标准节的引入。 4） 液压顶升 （ 1） 按顶升接高方式的不同，液压顶升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。上顶升加节接高的工艺是由上向下插入标准节，多用于俯仰变幅的动臂自升式塔是起重机。下顶升加节接高的优点：人员在下部操作，安全方便。缺点是：顶升重量 大，顶升时锚固装置必须松开。中顶升加节接高的工艺是由塔身一侧引入标准节，可适用于不同形式的臂架，内爬，外附均可，而且顶升时无需松开锚固装置，应用面比较广。 本次设计的 QTZ40塔式起重机采用 上顶升加节接高。 （ 2） 按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。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相类似，采用较少。齿条顶升机构在采用上顶升加节接高 nts 15 设计项目 计算与说明 结果 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 QTZ40 塔式起重机采用液压顶升机构。液压顶升机构由电动机驱动齿轮油泵，液压油经手动换向阀、平衡阀进入液压缸，使液压缸伸缩，实现塔机上部的爬升和拆卸。其主要优点是构造简单、工作可靠、平稳、安全、操作方便、爬升速度快。本机构另有一套手动操作的爬升吊装装置与顶升液压系统配合工作。液压顶升系统如图 2-7所示 ： 985310671 242-7 液压顶升系统 1- 电动机 2-联轴器 3-齿轮泵 4-滤油器 5-溢流阀 6-压力表开关 7-压力表 8-手动换向阀 9-油缸 10-平衡阀 （ 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，是指挥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。液压缸的大腔在上，小腔在下压力油不断注入液压缸大腔，小腔中液压油则回入油箱，从而使液压缸将塔式起重机的 上部顶起。所谓侧顶升式，是将顶升液压油缸设在套架的后侧。顶升时，压力油不断泵入油采用侧顶式 nts 16 设计项目 计算与说明 结果 基础 缸大腔，小腔里的液压油则回流入油箱。活塞杆外伸，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 1-1.5m。由于液压缸上端铰接在顶升套架横梁上，故能随着液压缸活塞杆的渐渐外伸而将塔机上部顶起来。侧顶式的主要优点是：塔身标准节长度可适当加大，液压缸行程可以相应缩短，加工制造比较方便，成本亦低廉一些。本次设计的 QTZ40 塔式起重机采用 侧顶式。 12. 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。该基础应根据不同地质情况，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用。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。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基础。 1） X形整体基础的形状及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，此种形式多用于轻型自升式塔式起重机，如图 2-8所示 ： nts 17 设计项目 计算与说明 结果 图 2-8 X形整体基础 2） 长条形基础由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁组成，其功能犹如两条钢筋混凝土的钢轨轨道基础，分别支承底架的四个支座和由底架支座传来的上部荷载。如果塔机安装在混凝土砌块人行道上，或是安装在原有混凝土地面上，均可采用这种钢筋混凝土基础。 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重及载荷。钢筋混凝土块体构造尺寸视塔机 支反力大小基地耐力而定。由于基础仅承受底架传递的垂直力，故可作为中心负荷独立柱基础处理。其优点是：构造比较简单，混凝土及钢筋用量都比较少，造价便宜。 4） 无底架固定式自升式塔机的钢筋混凝土基础，必须是整体大块体式大体积混凝土基础。塔机的塔身结构通过塔身基础节、预埋塔身框架或预埋塔身主角钢等固定在钢筋混凝土基础上。 由于塔身结构与混凝土基础联固成整体，混凝土基础能发挥承上启下的作用：将塔机上不得载荷全部传给地基。由选用 x基础 nts 18 设计项目 计算与说明 结果 工作机构 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， 因而能确保塔机在最不利工况下均可安全工作，不会产生倾翻事故。基础预埋深度根据施工现场地基情况而定，一般塔式起重机埋设深度为 1-1.5米，但应注意须将基础整体埋住。 本次设计的 QTZ40塔式起重机，选用的混凝土基础 为 x基础（ 如图 2-9所示 ）。 混凝土外轮廓尺寸约为：长宽高=7000 7000 1100 mm（长宽高）， 总混凝土方量约 11立方米，基础重量约 25吨 ， 承载能力 为 10N/cm2。 基础用钢筋混凝土捣制，混凝土标号为 300号 ，在基础内预埋有地脚螺栓、分布钢筋和受力钢筋等。基础的制作应严格按图施工。基 础的土质应坚固牢实，要求承载能力大于 0.15Mpa， 混凝土 基础 的深度 1100mm 。 nts 19 设计项目 计算与说明 结果 起升机构 图 2-9 塔机设计基础 2.2.2 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。对于自升式塔式起重机，主要包括起升机构，回转机构，变幅机构和顶升机构。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。 为了提高塔机生产率，加快吊装施工进度，无论是起升机构、变幅机构、回转机构均应具备较高的工作速度，并要求从静 止到全速运行，或从全速运行转入静停的全过程，都能平缓进行，避免产生急剧冲动，对金属结构产生破坏性影响。对于高层建筑施工用的塔机来说，由于起升高度大，起重臂长，起重量大，对工作机构调速系统有更高的要求。 1. 起升机构 nts 20 设计项目 计算与说明 结果 起升机构的传动方式 起升机构的驱动方式 起升机构是塔式起重机使用频繁而又最重要的工作机构。它主要由电动机、减速机、卷筒和制动器 、 钢丝绳、滑轮组和吊 钩等组成。 为了提高起重机的工作效率和安全可靠性，要求起升机构具有适合的调速性能。 起升机构 简 图如图 2-10 所示 。 2-10起升机构简图 1-三速电机 2-联轴器 3-液力推杆制动 器 4-ZQ40 圆柱齿轮 减速器 5-卷筒 6-高度限位器 根据使用说明书， 起升机构由一合三速电动机驱动， 电动机型号 YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/ 144r p m。通过弹性联轴节与 ZQ40型圆柱齿轮变速箱驱动起升卷筒，本机构采用液力推杆制动器。起升速度由电控三速电动机实现其“两快一慢”的动作，本机构还备有高度限位装置，避免起升时卷筒发生过 卷现象，通过调整高度限位装器行程开关的碰块的位置，以实现吊钩在最大高度时，起升机构断电，保护高度限位的安全。高度限位器只是一种安全装置，不允许用来作工作装置使用。 1) 起升机构的传动方式 按照起重机的传动方式不同，起升机构有机械传动，电力 -机械传动（简称电力传动），和液压 -机械传动（简称液压传动）等形式。 （ 1） 机械传动：其动力是由发动机经机械传动装置传至起升机构起升卷筒，同时也传至其它工作机构，由于集中驱动，为保证各机构独立运动，整机的传动比较复杂。起升机构的调速困难、操作麻烦、但工作可靠。 采用电力传动 nts 21 设计项目 计算与说明 结果 起升机构的减速器 起升机构的制动器 滑轮组 倍率 （ 2） 电力传动：由直流或交流电动机通过减速器带动起升卷筒。直流电动机传动的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但直流电的获得较为困难。交流电机传动由于能直接自电网取得电流，结构简单、机组重量轻。 （ 3） 液压传动：有高速液压马达传动和低速大扭矩液压马达传动。前者重量轻、体积小、容积效率高。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。 交流电机传动由于能直接自电网取得电流，结构简单，机组重量轻，故 电力 传动在 起升机构上被广泛采用 。 考虑经济性、工作情况、工作效益等，本次设计采用 电力传动。 2） 起升机构的 驱 动方式 按照起重机的 驱 动方式不同 ，可分为以下大类 ： 多速电机起升机构 ： 这种起升机构构造简单，它是由一个多速电动机配上减速器、钢丝绳卷筒组成。其制动器可以是电机本身带的电磁盘式制动器，也可以是独立的液压推杆制动器。 绕线转子异步电动机串接可变电阻调速起升机构 ： 这种由绕线转子异步电动机驱动、串接可变电阻调速的起升机构主要用于轻型快装塔机。由于绕线式电动机本身具有良好的启动特性，通过在转子绕组中串接可变电阻，以凸轮控制器进行控制，从而实现平稳启动和均匀调速的要求。 配用电磁换挡减速 器的 3 极笼型电动机驱动起升机构 ：这种调速起升机构具有较前一类更高的调速性能，由三极笼型电动机、电磁换挡 2 挡减速器、传动系统和钢丝绳卷筒组成。采用这种起升机构，可使调速档数增加一倍，从而使工作速度与吊载更相适应，提高起升机构的生产效率。这种调速起升机构由于具有较好的价格性能比，其应用正日趋普及。 本设计选用多速电机起升机构。这种起升机构特点是：结构简单、运行可靠，成本低，维护工作量小，并且可以带载变速。但在变换极速时，速度冲击和电流冲击都比较大，故只适用与小容量的电机。 3） 起升机构的减速器 选用多速电机起升机构 选用圆柱齿轮减速器 采用块式制动器 nts 22 设计项目 计算与说明 结果 回转机构 起升机构采用的 减速器通常有以下几种：圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星齿轮减速器等。 圆柱齿轮减速器效率高，功率范围大，使用普遍，但体积大。蜗轮减速器的尺寸小，传动比大，重量轻，但效率低，寿命短。行星齿轮减速器包括摆线针轮行星减速器和少齿差行星减速器，具有结构紧凑、传动比大、重量轻等特点，但价格较贵。比较上述性能，选用圆柱齿轮减速器。 4） 起升机构的制动器 起升机构的制动器可布置在高速轴上，也可布置在低速轴上。制动器布置在高速轴上时，所需制动力矩小，但制动时冲击较大，通常采用块式制动器。布置在低速轴上的制动器，所需制动力 矩较大，通常采用带式制动器或点盘式制动器。本设计将制动器布置在高速轴上，采用块式制动器。 5） 滑轮组倍率 在起升机构中， 滑轮倍率装置是为了使起升机构的起重能力提高一倍， 而 起升速度 会 降低一倍，这样起升机构能够更加灵活地满足施工的需要。 塔式起重机一般都为单联滑轮组，故倍率 a等于承载分支数 Z。起升速度有 6种，见表 2-1： 表 2-1 起升特性参数表 倍率 a=2 a=4 起重量（ t） 1 2 2 0.818 4 4 速度(m/min) 68 34 6.5 34 17 3.3 四倍率与二倍率转化方便、快捷 ，起 升机构钢丝绳缠绕示意图及倍率转换 如图 2-11所示： nts 23 设计项目 计算与说明 结果 图 2-11 起升机构钢丝绳缠绕示意图 1-起升卷筒 2-塔顶滑轮 3-起重量限制器滑轮 4-载重小车 5-臂端固定点 6-上滑轮 7-吊钩滑轮组 变换倍率的方法如下： 将 上 滑轮 6用销轴与 吊钩 滑轮 组 7的两滑轮 的杆交点连接起来，此时即为四倍率状态；拔出销子， 上滑轮 6 上升到 载重小车 4 处 固定后，就变为二倍率状态。 2. 回转机构 塔机是靠起重臂回转来保障其工作覆盖面的。回转运动的产生是通过上、下回转支座分别装在回转支承的内外圈上并由回转机构驱动小齿轮。小齿轮与回转支 承的大齿圈啮合，带动回转上支座相对于下支座运动。 回转机构是重负荷工作机构，不仅要附带很重的吊载和臂架等结构部件转动，而且要克服很大的迎风阻力。这些均是影响回转机构设计及电动机功率选择的因素。 目前采用的回转机构有以下几种： 1） 电动机 液力耦合器 减速器 小齿轮回转机构 这种回转机构呈“ 1” 字型立式安装，由于中间装有液力耦合器，可减缓电机启动时的速度冲击，因此运动比较平稳。但靠电机反接制动，特别在就位时，只能靠操作人员 “ 点动”。回转机构采用单 回转 nts 24 设计项目 计算与说明 结果 变 幅机构 特点是：结构简单，运行可靠，造价相对较低，但调速性能 不好。 2） 带 涡流制动器的力矩电机 行星减速机 小齿轮回转机构 这种机构在启动和减速时，引入了涡流制动器，使之达到起、制动平稳。但造价较高。 3） 变频调速回转机构 该机构由变频调速电机（鼠笼型） 行星减速机 小齿轮组成。通过变频器调整电源频率，从而改变电机转速，结构最为简单，但目前尚无回转机构专用变频器。 4） 由多档速度的绕线转子异步电动机 液力耦合器 行星减速器 电磁片式制动器的回转机构 这是一种较好的回转机构，能保证力的传递平稳而无磨损。其对风荷调控作用在于风载转矩增大超越限度时，电动机接电后，制动 器便首先转动，从而使塔机免去不必要的倒转，风停止后，制动器又会立即松开。当工作班结束后，塔机非作业时，通过随风转电控或机械操作装置使制动闸松开，令塔机犹若一座风向标可随风转动，但不至于被巨风强吹扭毁。 考虑在满足使用要求条件下，降低成本，本次设计的QTZ40 型号塔式起重机回转机构选用第一种结构型式。 回转机构由一台双速电动机驱动， 电动机型号 YD132M 8/6。 经过力偶合器 至行星齿轮减速机到主动小齿轮，再驱动回转支承大齿轮。本机构由于采用了液力偶合器联结，使其运转平稳，冲击惯性小，进而改善了塔机的工作状况。 回 转机构工作原理见图 2-12。 采用水平臂小车变幅 nts 25 设计项目 计算与说明 结果 安全装置 图 2-12回转机构简图 1-双速电动机 2-液力偶合器 3-Xx4-100型行星齿轮减速器 4-驱动小齿轮 5-单排四点接触球式回转支承 6-回转大齿轮 3. 变幅 机构 变幅机构是实现改变幅度的工作机构，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅机构由电动机、减速器、卷筒和制动器组成。功率和外形尺寸较小。 变幅机构按其构造和不同的变幅方式分为运行小车 式和吊臂俯仰式。 此次 设计的 QTZ40 型塔式起重机采用水平臂小车变幅，实现小车的水平移动。 按照小车沿吊臂弦杆行走方式，小车式变幅机构分为自行式和绳