QTZ40塔式起重机—变幅机构的优化设计【14张CAD图纸与说明书全套资料】
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14张CAD图纸与说明书全套资料
QTZ40
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14
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【温馨提示】====设计包含CAD图纸 和 DOC文档，均可以在线预览，所见即所得，，dwg后缀的文件为CAD图，超高清，可编辑，无任何水印，，充值下载得到【资源目录】里展示的所有文件======课题带三维，则表示文件里包含三维源文件，由于三维组成零件数量较多，为保证预览的简洁性，店家将三维文件夹进行了打包。三维预览图，均为店主电脑打开软件进行截图的，保证能够打开，下载后解压即可。======详情可咨询QQ：414951605
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新金刚石和前沿碳处理技术2005年第4卷MYU东京NDFCT 486用于高速磨削的高性能cBN和金刚石砂轮的发展Nofihiro Funayama和Junichi Matsuda*日本千叶市，290-0515，朝日金刚石工业有限公司研究与开发（2004年11月29日至2005年3月19日）关键词：高速磨削，cBN viMfied结合剂砂轮，金刚石砂轮高速磨削用的cBN轮是一般的研磨方法，对这种方法的改进技术是必要的。因此，有限元法（FEM）被用来优化车轮的形状，并设计爆破试验验证。为了重复研磨实验，一个适合用于高速研磨优化的车轮（的技术必须要）很发达。轮的表现在这磨削实验里验证了，通过整修和换药，车轮表面的调整是可能的。然后（才能）执行用于金刚石砂轮性能确认测试一个类似的实验。1.介绍虽然对高速磨削效率的提高已经研究了近六十年，但是破坏还是发生在常规轮圆周速度旋转达到60米/秒的时候。cBN晶体高速磨削研究一直以来都是出现在市场上。 高速主轴的发展加快了其实际用途的发展。因为cBN 晶体的硬度，热稳定性，尤其重要的是，切削刃的磨料颗粒，都适合用于高速研磨，因为它必须保持工作很长一段时间。在20世纪80年代，使用（磨料，轮毂，磨床）高速磨削相关技术的发展，决定了它的实际用途。特别是，高速研磨技术被应用到到高效率的齿形磨削加工汽车零部件上。圆周速度达到160米/秒的大规模生产线是目前的行业标准，高速磨削已知最先进的加工者：电子邮箱：matsudaasahidia.co.jp该报告提出了一些不可缺少的对于大规模生产线的部分都采用200米/秒的圆周速度进行高速磨削的技术。2.车轮设计的高速磨削高速磨削，在一般情况下，是施加到玻璃化的cBN的车轮上的。用于车轮高速磨削，不仅是良好的磨削性能，考虑以下三个点，而且由离心力引起的应力和位移引起的对安全方面旋转的破坏的减少是很有必要的。1】轮芯材的选择2】轮芯的设计3】接合层的粘合方法轮毂的设计和车轮的平衡，影响表面光洁度和形状在下一节中解释。2.1轮芯的高速磨削对于轮芯的高速砂轮，所选择的材料应具有较高的的刚性。铝合金，钛合金和碳纤维增强塑料（CFRP）等材料符合此标准。因为位移和应力，会降低材料的刚性，就如如。 （1）和（2）所示的那样。E：杨氏模量，V：泊松比，p：比重;w：角速度R：内径；R：外径；k：R/r；g：重力加速度此外，获取所选择材料的易用性是必须要考虑的。虽然最近从环境保护和降低回收成本的观点出发，在圆周速度为160m/s时通常使用的钛合金和铝合金钢，但是，在200米/秒是却不能使用。因为芯材的选择需要考虑材料的疲劳极限。2.2车轮的形状在车轮的高速磨削中，除了核心材料的选择，形状也是很重要的。利用有限元法（FEM）中的设计，以降低由于离心力的应力和位移。特别是，由于离心力的位移，直接关系到车轮的破坏，控制这种位移的设计是一个关键点。图1示出的以位移值的差异作为形状的函数。由于具有窄的点A和B的类型是有效的位移，这样的形状的轮子被经常采用。此外，车轮的重量的设计作为减少轮交换的工作的一个因素，也被认为是在塑造最佳的车轮形状。 图一 旋涡的速度位移的关系。2.3粘附性许多陶瓷结合剂砂轮已应用于CBN高速砂轮，其中有一些附着到金属芯的分部。由于adherance核心直接涉及到剥落和销毁段，所以为了防止破坏的车轮，粘合剂的选择是很重要的。此外，通过考虑的段的形状和长度，和优化的车轮的外直径是一个函数，车轮破坏速度是可以得到改善的。图2示出了不同的段长度的销毁速度比较。2.4车轮平衡由于离心力的作用，车轮由于不平衡引起振动，形状和表面粗糙度增加使其变得更坏。根据行业标准，由于不平衡的重量与转速的第二功率成正比，必须经过高速磨削车轮平衡调整的开始，但可能会出现错误的核心形状的主轴或不准确的装修不平衡。图3显示了不平衡量的关系为主轴的拟合误差。在这种情况下，因为车轮被分离，重心的变化成为一个问题。一个解决这个问题的方法是采用O环轮孔。据了解，采用此方法时拟合误差的效果是不明显的，就像图4所示。然而，该方法并不能减少不平衡量。因为，它最重要的是要抑制车轮的不平衡，平衡必须配备改性机理，即使在机器方面来说，平衡的调整也是所需的。虽然使用了平衡变形的机制，但是，这是不够的。因为在高速旋转的车轮上使用的液体由于离心力的作用而会流向外部。由操作者加入重量进行调整后的车轮被安装在机器上是由最有效的解决办法。然而，这种方法从安全的观点出发并不推荐。但是随着高速磨削使用次数的增加这个问题应该能够得到解决。图2段的长度和破坏的速度比较图三（左）关系的不平衡拟合误差。图四（右）不平衡的车轮O形环3砂轮高速磨削的安全性评价通过进行破坏试验从各种检查结果对砂轮进行优化，从而对设计进行验证。图5示出的挂在车轮上的旋转测试仪是一种使用压缩空气作为驱动源的空气涡轮机，安装悬挂在主轴上的自旋测试仪。此测试仪具有测试旋转轮称重可达到于40,000分钟的能力，如用于曲柄轴的300千克的大直径轮。就像图。 6所示破坏试验后的车轮。此测试轮是由轻合金制成的，并于200 RN/ s的旋转开始。 “破坏速度为550米/秒。 A组的设计师正在研究测试的结果，开发一种更安全的车轮。4高速磨削4.1高速磨削砂轮因为它是在一个恒定的磨料负载，能够提高磨削效率，导致的结果是添加到磨料的负荷降低，增加圆周速度，和磨削负荷随之减小。这是高速研磨的最大优点。图 5（左）砂轮在旋转测试仪中的照片 图6（右） 测试后破坏的砂轮图 7 磨削负载与圆周速率之间的关系。图片显示了在恒定的磨削条件下，磨削负载与圆周速率之间的关系。车轮零件的数目通常代表了车轮的寿命。，增加部件的数量以降低车轮的磨损，这是必要的。并且车轮的耐磨损规格这个要求也要保证。但是，也有许多情况下，更耐磨损轮的磨削负荷增加，这对形状和表面粗糙度的精度上右相当大的影响。因此，如果磨削负荷降低，某些步骤必须采取确保工件的具有可以完成的所需特性。修整是其中的一些步骤，也是有效的高速磨削的重要元素。在高速磨削上有很多CBN陶瓷结合剂的砂轮。这些砂轮和金刚石制成的的修整器同时进行修整工作。在整修时，cBN的切削刃和的圆周速度之比（修整速度/车轮速度）是可以调整的。旋转修整器的进料速度也是可以改变的。图8显示了出了通过以下方式获得整修研磨特性的概念图表。整修研磨条件是成立一个大的圆周速度比，高进给速度会降低车轮的磨削负荷。因为它在我们使用高速粉碎机执行整修研磨试验所需的条件下不能够达到良好的加工工件的质量，我们必须考虑适合的车轮结合的条件。对于加工用旋转修整器，重要的是要选择适合的cBN轮的工件。尤其是在一个较高的圆周速度比下对一些高速磨削整修器的选择。这是要考虑旋转修整器的耐磨损性和刚性。这样的旋转修整器的使用很依赖cBN的陶瓷结合剂砂轮的表面调整。图9示出的，在测试过程中，cBN陶瓷结合剂的表面。垂直轴是圆周速度比，水平轴是进给速度 率。我们知道，这是可能改变的陶瓷结合剂的表面和cBN的圆周速度比的组合。4.2金刚石砂轮高速磨削前面所讨论的是cBN砂轮在高速磨削中的应用。在高速研磨中，用金刚石砂轮甚至一个钻石轮高速磨削施加倒角磨削奥拉液晶显示器（LCD）玻璃和汽车玻璃可能效率会很高。 图8 整修研磨的概念图图 9 砂轮表面修整后，用激光显微镜分析。图10（左）改进的例子 图11（右）金刚石砂轮研磨板玻璃的例子使用金刚石砂轮，我们不能像cBN轮一样达到研磨效率正比于车轮速度。在高速磨削时，磨削头达到高温，以及金刚石的碳转化。这是因为金刚石的热特性。因此，有必要考虑在高速使用金刚石砂轮磨削时的冷却方法。此外，使用金刚石砂轮的情况下，不同于cBN的陶瓷结合剂砂轮，我们无法控制磨削负荷或表面不同的粗糙度。因此，必须采取下列措施。1为了提高磨削负荷，金刚石晶粒尺寸必须足够大。2为了改善表面粗糙度，金刚石密度必须高。重要的是，我们将继续调整车轮规格的要求。结论考虑到cBN轮以及金刚石砂轮，高速研磨砂轮的设计的特点以及使用已经被引进。各种磨床高速磨削技术的改进往往是由于应用在大规模生产线的发展的需要。因此，工具制造商必须确定适合每个个人用户（需求的）规格。参考文献H. Aikawa and J. Matsuda: JSME Spring Annual Meeting (1997) 185.J. Matsuda: Journal of the Society of Grinding Engineers 44 (2000) 353.H. Nishioka, K.Une, M. Mochiztki and J. Matsuda: New Diamond 59 (2000) 42.T. Nishiyama: Journal of the Society of Grinding Engineers 45 (2000) 428.H. Honma and H. Aikawa: Abrasive Technology Conference (2001) 81.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： 机械设计在制造及其自动化 班级： 机 094 姓名： 王 猛 学号： 2009307419 外文出处：Cutting tool applications 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。河北建筑工程学院毕业设计（论文）任务书课题名称QTZ40塔式起重机变幅机构的优化设计 系： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其制动化 班级： 机094 姓名： 王猛 学号： 2009307419 起迄日期： 2013年3月25日 2013年 6月21日设计（论文）地点: 指导教师： 李常胜 辅导教师： 发任务书日期： 2013年3月 5 日1、毕业设计（论文）目的：本次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的最佳手段。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、变幅机构的设计、变幅小车的设计和计算等内容，为今后步入社会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） 变幅机构的设计和计算 变幅机构的形式 确定卷筒尺寸 选择电动机、减速器、制动器、联轴器 验算实际变幅速度 验算起、制动时间 电动机发热验算 卷筒强度的计算（4） 变幅小车的设计 变幅小车的形式 变幅小车的强度计算（5） 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，独立撰写一分毕业论文，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：1） 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。2） 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、使用等亦有一般了解。3） 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。4） 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。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/T94621999 塔式起重机技术条件5 GB/T137521992 塔式起重机设计规范6 GB51441994 塔式起重机安全规程5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2013.3.25-2013.3.282013.3.29-2013.4.132013.4.14-2013.4.202013.4.21-2013.5.152013.5.16-2013.6.52013.6.6-2013.6.192013.6.20-2013.6.21熟悉整理资料方案选择及总体设计绘制总图变幅机构、变幅小车的设计绘制变幅机构、变幅小车装配图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 日河北建筑工程学院毕业实习报告系 别 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机094 姓 名 王 猛 学 号 2009307419 指导教师 李常胜 实习成绩 毕业实习报告一、实习目的毕业实习是工科本科学生的一个很重要的实践性教学环节。其任务是根据机械设计及其自动化专业的培养目标，组织学生参观相关的机械企业或部门，培养学生重视实践、增强理论联系实际的观念，深入调查研究、拓宽视野、增强面向人才市场、服务于社会的观念。我们这半学期的主要任务就是进行毕业设计，把我们大学四年所学到的机械知识理论联系现实生产需求进行综合应用。这样即可以进一步巩固所学的理论知识，又对即将走向的工作岗位作一次实战性的演习。因此这次毕业设计对于我们这些即将走向工作岗位的大四的毕业生来说是很重要的。为了给毕业设计做一个良好的铺垫，毕业实习是一个不可缺少的环节。二、实习内容及进度最初是为期两周的与机械相关的英文资料的翻译，期间我们查阅了大量与设计相关的资料，其后就进入了毕业实习阶段。我们在老师的带领下去宣化一家工程机械生产工厂。首先对我们进行安全教育。老师给我们看安全生产记录还有事故案例，一些注意事项加血淋淋的案例，尽管我很害怕，不敢听不敢看，但我不能，我必须听还要看，还要做笔记，这些血淋淋的案件给人们敲响了警钟。老师给我们提了好多要求，我们都必须做到，毕竟事故发生了谁也负担不起。生命是无价的，一旦有严重损伤是无法恢复的。安全规范如下：不允许穿凉鞋进厂；进厂必须穿长裤； 禁止在厂里吸烟，被发现者罚款；进厂后衣服不准敞开，外套不准乱挂在身上，不得背背包进厂； 人在厂里不要成堆，不要站在主干道上 注重自身和学校形象；不准乱按按扭、开关。再老师的带领下我们了学习了从了解需求到设计，工艺制定，生产装配及测试的流程。老师告诫我们产品设计是个综合信息处理的复杂过程，它最终的结果是把线条、符号、数字绘制成合理的设计图样，设计人员应从以下几个方面综合考虑； （l）简化每个零件的形状，使机器结构简单； （2）合并零件的功能，减少零件的种类或数量； （3）应用新结构、新工艺、新材料、新原理来简化产品结构，提高产品的可*性； （4）分解部件，研究其装配、组装的最简单的结构； （5）对相似零件进行分组； （6）对相似产品按标准数序列进行产品系列化分析； （7）实现产品零件的通用化和标准化。 产品设计人员提高设计质量的关键在于自觉、主动地学习与生产加工过程和加工工艺方面有关的知识，熟练掌握设计技巧。好的设计如果没有好的工艺是会大打折扣的，工艺没有最好只有更好，工艺的改进是无止境的。改进工艺方案： （l）避免没有必要的切削加工，特别是没必要的装夹基准面的切削加工。焊接件准备用自动化程度较高的焊接机器人进行焊接时，应考虑组成零件的焊前加工，保证焊接件各组成零件之间的相互位置尺寸，否则误差太大，机器人将无法自动跟踪焊接。(2)在保证零部件可*、合理使用的前提下，降低尺寸公差、表面粗糙度、形位公差等加工精度等级要求。 （3）减少零件的弯曲形状和复杂程度，降低废品率和生产制造成本。 （4）型钢在进行长度下料时，尽量把火焰切割改为型钢剪切下料；一般板料的火焰切割改为用剪板机剪切下料；长方形条状工件从四边剪切改为用条钢，仅仅是长度上的剪切下料。通过对工程机械的生产过程参观，对生产过程的细节问题有了更深的认识，纸上的来终觉浅。如配合和公差以前以为机械是粗糙的活，现在才发现自己是有偏见的，机械是粗中有细。轴承配合误差不能超过俩道（一百道一毫米）。机架要平行且上面的空要定位精确才能保证安装省时省力，提高效率。通过互联网我们了解了国外的先进设备和制造工艺，我们的差距还很大。三、实习结果通过这次的毕业实习加上老师在实习过程中的现场指导，使我对其他同学的课题有了进一步的认识。更了解了自己的不足生产实习是教学计划中一个重要的实践性教学环节，虽然时间不长，但在实习的过程中，都学到了很多东西。在实习的过程中，我对于各种加工机床有了更加直观的了解，通过现场观看各种零件在机床上的加工过程，我对机械制造技术基础上所讲的夹具、定位方法、加工工序、工步等概念有了更加深入的认识；我了解到大多数零件生产工序大致有两种，一种是最原始的手摇手柄定位加工，精确性不高，要求工人有很强的操作能力；另一种是数控控制，由设备自动控制完成的，操作者只是装卸辅助，但这个前提是操作者会操作机器。实习中，我认识到书本理论知识与现实操作的差距，比如，在课堂上时说到自由度、刀具什么的都头头是道，可真正到了工厂里一问这个限定了几个自由度就蒙了，更别说辨认刀具了。但是，这也并不是说书本知识与实际生产完全脱节，在实习参观过程中，有好多知识都得到了体现。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！古人诚不我欺啊！在这短短的一个星期的实习中，老师带领和教导下以及自已的努力参与学习，对机械专业的各个方面有了深刻的理解和认识，并且巩固了书本上的知识，将理论运用到实际中去，从实际施工中丰富自已的理论知识，学会运用辩证法去处理机械生产中遇到的各种问题，我坚信能过这一段时间的实习，所获得的实践经验对我终身受益，在我毕业后的实际工作中将不断的得到验证。 四、实习总结生产实习是我们机械专业知识结构中不可缺少的组成部分，其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性认识，理论联系实际，扩大我们的知识面；同时又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解企业的一个绝好的机会。我们的实习达到了我们所希望的效果，相信通过此次毕业实习，会使我们每一位同学将理论与实际结合的更紧密，更能够使我们掌握工程机械设计的基本流程、各种参数的选取、各种影响因素产生的特点；使我们从容的面对以后的设计和即将踏入的工作岗位。为期一个学期的毕业设计即将结束，也就意味着我的大学生活即将结束。实习虽然结束了，再过两个多月，我们真的就要走上工作岗位了，想想自己大学四年的生活，虽然有过失去，但也学会了很多，感谢老师们对我的谆谆教会。不管前方有多少风雨，我一定会谨记自己所学，按自己的人生规划一直走下去。河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称QTZ40塔式起重机变幅机构的优化设计系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机094 学生姓名： 王 猛 学 号： 2009307419 指导教师： 李常胜 课题来源导师课题课题类别毕业设计一、论文资料的准备装载机工作装置是组成装载机的关键部件之一。它按有无铲斗托架可分为有铲斗托架和无铲斗托架两种类。有铲斗托架的工作装置其铲斗装在托架上，并由托架上的铲斗液压油缸控制铲斗转动。由于铲斗托架重量大，使得铲斗的装载重量相应减少，因此，国内外装载机广泛采用无铲斗托架式工作装置。按组成连杆机构的构件数不同可分为三杆、四杆、五杆、六杆和八杆；按输入和输出杆的转向不同，又可分为正转机构（输入杆件与输出杆件转向相同）和反转机构（输入杆件与输出杆件转向相反）。其中转斗缸后置式反转六连杆机构由于机构简单紧凑、容易布置，同时又能满足主要设计要求，如能获得大的传动比和掘起力，良好的铲斗平移性能。ZL50装载机工作装置为无铲斗托架转斗油缸后置式反转六连杆机构，反转六连杆机构由摇臂、动臂、铲斗和连杆组成的四连杆机构，铲斗液压缸与动臂液压缸等组成，装载机的铲掘和装卸作业是通过工作装置的运动来实现的。当动臂处于某种作业位置不动时，在铲斗液压缸作用下，连杆机构可使铲斗绕其铰点转动；当铲斗液压缸闭锁时，动臂在动臂液压缸作用下提升或下降铲斗过程中，连杆机构能使铲斗保持平移或斗底平面与地面的夹角控制在很小的范围内，以免装装满物料的的铲斗由于倾斜而撒落；当动臂下降时，能使铲斗平放在地面上。铲斗用以铲装物料；动臂和举升油缸用来提升铲斗；转斗油缸通过摇臂、连杆使铲斗转动。工作装置的作业过程大致是这样的：动臂油缸回缩，将动臂下放至下限位置（即动臂油缸全缩）后，铲斗插入地面，斗尖触地，开动装载机，铲斗借助机器的牵引力插入料堆；然后转斗油缸伸出，转动铲斗，铲取物料：待铲斗收斗后，转斗缸闭锁，动臂油缸伸出，举升动臂，将铲斗升到适当的运输位置，然后驱动装载机，载重驶向卸料点；到达卸料点后，保持转斗缸长度不变，动臂油缸继续伸长，将铲斗举升到任意卸料高度；然后将动臂油缸闭锁，转斗油缸收缩翻转铲斗，装载机卸载；卸料结束后，动臂油缸回缩，下放动臂，实现铲斗自动。对装载机工作装置的主要设计要求，在装载机工作时要保证：当动臂处于某种作业位置不动时（此时动臂油缸封闭），在转斗油缸作用下，通过连杆机构使铲斗绕其铰接点转动卸料，通常要求卸料角不小于度，以保证卸料干净。当动臂在动臂油缸作用下，提升或降低铲斗过程中（此时转斗油缸闭锁），连杆机构应能使铲斗在提升时保持平移或控制斗底平面与地面的夹角在很小的范围内变化，以免由于铲斗产生倾斜而使装满的物料散落而造成安全事故。通常，要求铲斗在上升。下降过程中最大转角差不大于15度；而在动臂下降时，又自动将铲斗放平，以减轻驾驶员的劳动强度，提高生产率。此外，连杆机构还应具有良好的动力传递性能，运动中不与其他构件发生干扰，而且具有足够的强度和刚度等。这些就是后面的运动仿真分析和有限元结构分析所考虑的问题了。 1929年生产出第一台轮式装载机，（斗容0.753立方米，载重680公斤）。这是较早的装载机，采用门架式结构。在这之前是用钢绳提斗式的装卸机具。这一时期的装载机结构特点是：发动机前置，前轮小，后轮大，单桥驱动，前轮转向，轮架式工作装置用钢绳提臂翻斗，拖拉机底盘，牵引力小，铲斗切入力小，作业速度低。到了四十年代有了专用底盘，由克拉克公司于1947年生产，采用的是液压-连杆机构，取代了以前的门架式结构。专用底盘具备了现代装载机的外形，提高了提升速度，卸载高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，这是装载机发展过程中的第一次重大突破。到了五十年代，装载机的结构性能更加完善了，1951年美国开始采用液力机械传动，同时车架结构采用三点支撑，提高了车辆的越野性和牵引性。这时候装载机开始形成系列化专业化生产。这时期的装载机传动系统形成了柴油机-液力变矩器-动力换挡变速箱-双桥驱动，这又是一次重大突破。六十年代，生产出了能在矿山作业的大型装载机，这时期采用的是铰接式的装载机，这是第三次重大突破。铰接转向的优点是：铲斗随前车架转向，可满足原地转向；与刚性车架相比，一个作业循环内平均行驶路程少，生产效率高，转弯半径小，机动性好，适用于狭窄场地作业。七十至八十年代，这个时期的装载机工作装置朝着安全、操作省力、维修方便等方面发展。如钳盘式制动器取代了蹄式制动器。（沾水复原性好，散热性好，寿命长等）销轴采用二硫化钼润滑，由10小时加一次润滑脂变为100小时加一次。二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 设计工作结构和参数计算并分析确定其液压系统的工作原理和工作过程。绘制装载机工作装置结构原理图，并完成各部分零部件图的绘制，按要求编制总体设计说明书。完成上述要求要用到机械设计及原理、理论力学、材料力学、机械制造、和熟练运用相关软件等知识。在掌握装载机基本构造、工作原理和性能要求等知识的基础上，综合运用机械原理、机械设计优化设计、力学等基础知识，借助于计算机辅助设计手段，对装载机工作机构进行参数化设计，摆脱进行大量计算的传统设计方法，减少重复设计，缩短工作机构的设计周期，提高设计质量。 在利用计算机进行运动仿真之前，我们要对装载机的各个零件进行设计计算及绘图，具体步骤如下：1.分析装载机的发展状况和推土机的结构类别。2.选择装载机机的各部件形式。3.计算装载机作业的阻力4.确定装载机总体参数。5.对装载机的工作装置进行总体布置。6.计算装载机的稳定性。7.选择工作装置结构形式。8.对工作装置运动和受力进行分析最后，利用Proe建立装载机工作装置的实体模型，并在电脑屏幕上进行模拟工作系统运动仿真，以便能及早的发现机构参数上的设计错误，从而减少了物理样品试制过程中出项的各种问题。利用其中的动态模拟自动检测各杆件在运动过程中的干涉问题，效率高、准确度好，解决了传统设计中的难题，使杆件干涉问题在设计过程中得到了有效的解决。缩短新产品的开发周期，为装载机工作机构的设计提供方便、实用的设计方法、仿真分析。有助于理解和分析工作装置运动时产生的结果，并提供相应的改进信息。应用Proe 软件的建模和动态模拟仿真分析等模块，成功地解决装载机工作装置传统设计中无法直观观察工作装置空间运动状况的难题，是直观、方便地进行装载机工作装置的设计、布局、模拟和动态分析的一次有益尝试，为生产高质量、高性能的装载机工作装置提供了可靠保障。三、主要内容、研究方法、研究思路主要内容：1.确定ZL50装载机工作装置的结构方案，并阐述装载机的适用范围与功能优势。2.确定装载机总体参数、工作装置主要参数，了解各零部件的加工方案。3.对系统中各零部件进行设计计算,确定个零部件的尺寸。4.对装载机工作装置进行设计计算。5.绘制出其装配图及若干零件。6.利用Proe设计软件对装载机工作装置进行三维建模和运动仿真。研究方法： 前期人工计算出装载机工作装置各个零件的确切数据，绘制零件图。然后对装载机工作装置的设计数据录入装载机工作装置数据库系统，此系统包括管理模块、查询模块、文件管理模块和帮主模块。然后对工作装置的设计数据进行分类。这样可以实现对复杂数据的快速提取，并采用直观的树形图显示参数信息，方便完成查询操作，数据的同列与汇总。然后利用Proe设计软件对装载机工作装置进行三维建模和运动仿真。研究思路：利用Proe设计软件，建立装载机工作装置的三维实体模型，并对工作装置的模型添加运动副约束与运动约束。最后对装载机工作装置进行力学与运动学仿真分析。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理资料2013.4.12-2013.4.25 方案选择及总体设计2013.4.26-2013.5.9 绘制总图2013.5.10-2013.5.23 工作装置设计2013.5.24-2013.6.13 工作装置运动及受力分析计算2013.6.14-2013.6.22 绘制零件图纸2013.6.23-2013.6.27 准备论文及答辩五、主要参考文献 1 宁晓斌,孟彬,姚宏,等. 装载机工作装置强度的动态仿真研究J . 工程机械, 2008年. 2 马文蕾,毕玲霞,毕玉强. 装载机工作装置优化设计及多体系统动力学仿真J . 机械研究与应用,2008年. 3 陈亮,宋德朝. 基于Pro/ Mechanism 的装载机工作装置运动仿真J . 机械,2008年 . 4 葛永斌, 陈秀玉,肖威威. 基于Pro/ E 的装载机工作装置优化设计J . 农业装备与车辆工程,2008年. 5 吕其惠,王力夫. 基于Pro/ E 的多功能装载机工作装置的设计及仿真分析J . 农业装备与车辆工程, 2007年. 6 曹旭阳. 装载机工作装置的仿真与校核J . 建筑机械,2008年. 7 赵耀虹。基于Proe的装载机工作装置的仿真研究 J .陕西科技大学学报2009年27期. 8 吴永平等.工程机械设计机 北京 化学工业出版社 2007. 9 杨占敏.轮式装载机.北京,化学工业出版社,2007. 10 吴庆鸣 何小新 工程机械设计 武汉 武汉大学出版社 2006. 11 杨国平 现代工程机械技术 北京 机械工业出版社 2006. 12 杨晋升 轮式装载机设计 北京 机械工业出版社 1986 13 杨卫平等.三维实体造型技术在装载机工作装置设计中的应用J.矿山机械2005年3期 14 郭卫等. 基于Proe软件的装载机工作装置虚拟样机与仿真分析J.工程机械2005年3期 15 杨占敏，王智明，张春秋，等. 轮式装载机M. 北京：化学工业出版社，2006.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：系盖章课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。目录目录第第 1 章章 前言前言11.1 概述 11.2 发展趋势 1第第 2 章章 总体设计总体设计22.1 概述 22.2 确定总体设计方案 22.2.1 金属结构22.2.2 工作机构192.2.3 安全保护装置272.3 总体设计原则 292.3.1 整机工作级别292.3.2 机构工作级别292.3.3 主要技术性能参数302.4 平衡重的计算 302.5 起重特性曲线 322.6 塔机风力计算 342.6.1 工作工况352.6.2 工作工况382.6.3 非工作工况402.7 整机的抗倾覆稳定性计算 432.7.1 工作工况44此工况下，塔机稳定可靠。452.7.2 工作工况452.7.3 非工作工况462.7.4 工作工况472.8 固定基础稳定性计算48第第 3 章章 变幅机构的设计和计算变幅机构的设计和计算503.1 变幅机构的形式503.2 确定卷筒的尺寸 503.2.1 卷筒的名义直径 D503.2.2 多层绕卷筒相关参数计算513.3. 选择电动机、减速器、制动器、联轴器 513.3.1 选择电动机523.3.2 选择减速器523.3.3 变幅机构制动器的选择533.3.4 变幅机构联轴器的选择543.4. 验算变幅速度 563.5 验算起、制动时间验算563.6 电动机发热校验583.7 校验卷筒强度 59第第 4 章章 变幅小车的设计变幅小车的设计604.1 变幅小车的形式 604.2 变幅小车的设计 604.21 绳索牵引式小车构造及其驱动方式604.22 运行小车牵引力计算614.2.3 牵引绳最大张力654.2.4 选择牵引绳654.2.5 牵引卷筒计算65第第 5 章章 毕业设计小结毕业设计小结70参考文献71河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：李常胜 设计题目：QTZ40塔式起重机-变幅机构的优化设计 设计人：王 猛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确定总体设计方案塔机金属结构塔顶吊臂构造型式分节问题截面形式及截面尺度腹杆布置和杆件材料选用吊点的选择与构造平衡臂和平衡重平衡臂的结构型式平衡重拉杆上、下支座塔身塔身结构断面型式塔身结构腹杆系统标准节间的联接方式塔身结构设计塔身的接高问题转台装置回转支承底架附着装置套架与液压顶升机构爬升架顶升机构套架液压顶升基础工作机构起升机构起升机构的传动方式 起升机构的驱动方式起升机构的减速器起升机构的制动器滑轮组倍率回转机构变幅机构安全装置限位开关起升高度限制器起重量限制器力矩限制器风速仪钢丝绳防脱装置电气系统总体设计原则整机工作级别机构工作级别主要技术性能参数平衡重的计算起重机各部件对塔身的中心力矩起重特性曲线各幅度时起重量起重特性曲线塔机的风力计算工作工况平衡臂风力计算风力系数选取由平衡臂的设计尺寸计算迎风面积风力计算起升机构的风力计算平衡重风力计算起重臂风力计算牵引机构风力计算塔顶风力计算上下支座风力计算塔身风力计算工作工况平衡臂风力计算起升机构风力计算平衡重风力计算起重臂风力计算牵引机构风力计算塔顶风力计算上下支座风力计算塔身风力计算非工作工况平衡臂风力计算起升机构风力计算平衡重风力计算起重臂风力计算变幅机构风力计算塔顶风力计算上下支座风力计算塔身风力计算起重机抗倾覆稳定性计算工作工况平衡臂部分起重臂部分塔身部分基础部分工作工况平衡臂部分起重臂部分塔身部分基础部分惯性载荷坡度载荷风载荷非工作工况平衡臂部分起重臂部分塔身部分基础部分风载荷工作工况平衡臂部分起重臂部分塔身部分基础部分风载荷固定基础稳定性计算变幅机构的形式卷筒尺寸的确定选择电动机选择电动机功率选择减速器选择制动器选择联轴器验算变幅速度起动时间验算发热校核校核卷筒强度变幅小车的形式变幅小车的设计牵引阻力计算牵引绳最大张力选择牵引绳牵引卷筒计算第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400kNm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 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。1.遵循“三化”：即零件标准化、产品系列化、部件通用化。2.采用“四新”：即新技术、新结构、新材料、新工艺。3.满足“三好”：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。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。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2m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-下弦杆臂架一-五节：B=1020mm H=800mm臂架六-七节：B=1017mm 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，共分七节。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16Mn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898、897，下弦选用的角钢型号为：758、755，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10.17m。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34t，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16Mn，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，现今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：1.2m1.2m，1.3m1.3m，1.4m1.4m，1.5m1.5m，1.6m1.6m，1.7m1.7m，1.8m1.8m，2.0m2.0m。此次设计的尺寸为1.6m1.6m。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：套柱采用齐口定位，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） 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。除伸图2-5 塔身结构示意图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500mm，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650800mm的安全护圈，相邻两护圈间距为500mm。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=46004600250 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2.02.0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、链轮顶升机构、齿条顶升机构、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：2-7 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。 图2-8 X形整体基础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：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=700070001100 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 。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-ZQ500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=1400/700/144rpm。通过弹性联轴节与ZQ500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。（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=2a=4起重量（t）空钩220.18844速度(m/min)92611430204.5四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：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”。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YD132M8/6。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。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索牵引式两类。前者驱动装置直接装在小车上，依靠车轮与吊臂轨道间的附着力驱动车轮使小车运行。电动滑车沿吊臂弦杆行走就是这类变幅机构的典型例子，由于牵引力受附着力的限制，而且小车自重也比较大，故这种自行式小车变幅机构只适用于小型塔式起重机。绳索牵引式变幅机构的小车依靠变幅钢丝绳牵引沿吊臂轨道运行，其驱动力不受附着力的限制，故能在略呈倾斜的轨道上行走，又由于驱动装置装在小车外部，从而使小车自重大为减少，所以适用于大幅度，起重量较大的起重机。在塔式起重机中大多采用绳索牵引式变幅机构，这样即可减轻吊臂载荷，又可以使工作可靠，而且因其驱动装置放在吊臂根部，平衡重也可略为减少。因此选用绳索牵引式小车变幅机构。常用变幅机构有以下几种：1） 多速电机变幅机构它是由一个带盘式制动器的双速或三速电机，驱动行星减速器，带动卷筒运动。这种变幅机构结构简单、紧凑，其性能能满足各种臂长需要，但在极速变换时，存在速度和电流冲击。2） 变频调速变幅机构这是一种新型的无级变速变幅机构。其变速由通用变频器调整电机电源频率，从而改变电机转速。该机构调速过渡非常平稳，无速度冲击。综合比较各自的优缺点，本次设计选用多速电机变幅机构。它是由一台双速电动机（型号为112M8/4-B3）制动器的联轴节至摆线针轮减速机驱动卷筒。卷筒两端都固定有变幅钢丝绳的端头，无论变幅小车走到最外端或最里端，卷筒的放绳端都应有34圈的钢丝绳未放完。在放出和卷回的两根钢丝绳之间的卷筒上，应保留有34圈钢丝绳的光卷筒。当工作一段时间，钢丝绳被拉长而挠度过大时，可用变幅小车的螺栓将钢丝绳收紧。变幅机构及钢丝绳缠绕方式如图2-13所示：变幅机构简图图2-13 变幅机构及钢丝绳缠绕简图1-变幅卷筒 2-摆线针轮减速机3-制动器 4-电动机2.2.3安全保护装置安全装置是塔式起重机必不可少的关键设备之一，其作用是防止误操作和违章操作，以避免由误操作或违章操作所导致的严重后果。塔式起重机的安全装置可分为限位开关、断电装置、钢丝绳防脱装置、风速计、紧急安全开关、安全保护音响信号。1. 限位开关又称限位器。其功能主要有以下几种：1） 吊钩行程限位开关。用以防止吊钩行程超越极限，以免碰坏起重机臂架结构和出现钢丝绳乱绳现象。2） 回转限位开关。用于限制塔式起重机的回转角度，防止扭断或损坏电缆。凡是不装设中央集电环的塔式起重机，均应配置回转限位开关。3） 小车行程限位开关。用以使小车在到达臂架头部或臂架根端之前停车，防止小车越位事故的发生。2. 起升高度限制器为了防止起升卷筒过卷而拉断钢丝绳，工程起重机均装设有起升高度限制器。起升高度限制器组要有重锤式和螺杆式。重锤式高度限制器优点是结构简单，使用方便；缺点是用钢丝绳悬挂，重锤经常与起升钢丝绳摩擦。螺杆式高度限制器常用于小车变幅式塔式起重机，这种限制器装有两个限位开关，还可以做双向控制。3. 起重量限制器起重量限制器只控制或只显示起重机的极限载荷。在正常的起重机作业中，起升钢丝绳的合力R对转轴的力矩M1=R a与弹簧力N对转轴的力矩M2=Nb相平衡,而弹簧的变形量较小，当超载时，弹簧产生较大的变形，撑杆打开限位开关，使起升机构停止工作，起限制超载的作用。4. 力矩限制器自升塔式起重机上用的力矩限制器大都装设于塔帽结构主弦杆处。它的工作原理为：塔式起重机负载时，塔帽结构主弦杆便会因负载而产生变形。当载荷过大超过额定值时，主弦杆产生显著变形。此变形通过放大杆的作用而使螺钉压迫限位开关触头的压键，从而切断起升机构的电源。力矩限制器主要有传感器装置，吊臂长度检测装置，吊臂仰角检测装置，运算系统及显示部分和执行机构所组成。力矩限制器通过检测装置当时的吊臂长度和吊臂对水平面的倾角，并输入到运算系统内，计算出当时的工作幅度，然后根据相应的“幅度-起重量特性曲线”计算出当时允许起升的最大载荷，并以此作为额定值。装设在变幅液压缸上的传感器装置测得反应总力矩的信号，送入运算系统内，经过计算后得出起升载荷的实际值。当实际值大于额定值时，起重机已处于危险工作状态，这时力矩限制器会发出声响和灯光警报。5. 风速仪风荷是塔式起重机的基本载荷，风荷与风速有关，还会随高度升高而增大。因此，风速仪是一种极其重要的安全预警装置，对每台自升式塔式起重机均是必备之物。风速仪应安装在塔机顶部至吊具最高位置间的不挡风处。6. 钢丝绳防脱装置GB5144塔式起重机安全规程规定：滑轮、起升卷筒及动臂式塔机的变幅卷筒应设有钢丝绳防脱装置，该装置与滑轮或卷筒侧板最外缘的间隙不得超过钢丝绳直径的20% 。除此之外还有许多电子安全装置，用以保证工人工作的安全，使他们在安全、舒适的环境下工作。7. 电气系统电气系统是塔机最重要的组成部分之一。电气系统的设计直接关系到塔机使用的可靠性。塔机的电气系统是由大量的电气元件组成的，从设计角度讲，可以简单地为三个组成部分：1） 驱动元件部分，如电动机、电磁联轴节、电磁离合器、电磁制动器、涡流制动器；2） 控制元件部分，如接触器、中间继电器、延时继电器、整流器、变压器、电阻器、电容器、断路器、主令控制台、按钮；3） 保护元件部分，如过电流继电器、熔断器、相序保护器、压敏电阻、以及限位器等装置。2.3 总体设计原则2.3.1 整机工作级别塔式起重机的工作级别与它的利用等级（工作频繁程度）和载荷状态（受载荷的轻重和频繁程度）有关。根据使用状态由GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P60附录C表C1选取本次设计的QTZ40自升式建筑用塔机的利用等级为U4(经常轻负荷使用)，载荷状态为Q2（中有时起吊额定载荷，一般起吊中等载荷），起升等级为HC2，工作级别为A4,名义载荷谱系数Km=0.25。2.3.2 机构工作级别根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范规定：机构的工作级别按机构的利用等级和载荷状态分为六级：M1- M6。机构的利用等级按机构工作总时间分为六级：T1- T6。机构工作总时间规定为机构在设计寿命期内处于运转的总小时数，它仅作为机构零件的设计基础，而不能视为保用期。机构的载荷状态表明机构受载的轻重程度，按载荷谱系数分为三级：L1- L3。由塔式起重机使用手册P31表2-3-1及GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P77附录L表L1取定起升机构、回转机构、变幅机构、顶升机构的工作级别如表2-2所示：表2-2工作机构级别起升机构回转机构变幅机构顶升机构Km=0.25Km=0.50Km=0.25Km=0.25T4L2M4T4L3M3T3L2M3T1L2M1 T机构利用等级；L机构载荷状态； M机构工作级别；Km名义载荷谱系数2.3.3 主要技术性能参数1. 额定起重力矩 40tm2. 最大起重力矩 45.4tm3. 最大起重量 4t4. 起升高度 固定式 30m 附着式 100m5. 工作幅度 Rmax=40m, Rmin=2m6. 小车运行速度 38m/min, 19m/min7起升特性参数表如表2-3所示：表2-3起升特性参数表倍率a=2a=4起重量(t)空钩220.18844速度(m/min)92611430204.58. 顶升速度 0.63 m/ min 。2.4 平衡重的计算上回转塔式起重机应按塔身受载最小的原则确定平衡重的质量。平衡重的设计要求：满载工作时，塔身承受的前倾弯矩接近于空载非工作状态时塔身的后倾弯矩。工作状态的前倾弯矩为：吊臂自重引起弯矩M1、吊臂拉杆引起弯矩M2、变幅机构引起弯矩M3及最大起重力矩Mmax之和减去平衡臂引起弯矩M4、起升机构引起弯矩M5、平衡重引起弯矩M6，即：M= M1+ M2+ M3+ Mmax- M4- M5- M6 非工作状态时的后倾弯矩为：平衡臂引起弯矩M4、起升机构引起弯矩M5、平衡重引起弯矩M6之和减去吊臂自重引起弯矩M1、吊臂拉杆引起弯矩M2及变幅机构引起弯矩M3，即：M*= M4+ M5+ M6- M1- M2- M3由M=M*得：M1+ M2+ M3+ Mmax- M4- M5- M6= M4+ M5+ M6- M1- M2- M3即 M6= 0.5Mmax+ M1+ M2+ M3 - M4- M5QTZ40起重机参照同类型塔机，各部件参数见表2-4：表2-4 起重机各部件对塔身的中心力矩序号名称重量(t)坐标X(m)力矩(tm)1平衡臂1.447-5.9-8.4962起升机构1.88-10.7-20.123平衡臂拉杆0.151-3.72-0.564吊臂拉杆短杆0.235.068.856长杆0.5713.50总计0.811.075变幅机构0.2226.411.4236变幅小车0.117404.687吊钩组0.071402.848物品140409液压顶升机构0.606-1-0.60610平衡重G6-8.34-8.34G6(续表)11吊臂第一节0.18436.95总计42.43第二节0.28433.95第三节0.31827.95第四节0.30221.95第五节0.30215.95第六节0.4029.95第七节0.4183.95总计2.2119.212塔顶1.680013上下支座1.4400014上接盘1.0770015回转机构0.5100016司机室0.2410017套架1.6590018塔身5.020019总计20.131+ G669.887-8.34G6根据参数代入公式得：M6=0.540+42.43+8.86+1.42- 20.12-8.5=42.67tm取平衡重重心距塔身中心为-8.34，平衡重为G6，则G6=42.67/8.34=5.12t取平衡重5.2t2.5 起重特性曲线在臂长为40米时，起重量均按最大幅度40米时起重力矩为40吨米计算。由表2-5知,在幅度为40米时，物品、小车、吊钩对塔身中心的力矩：M =40+4.68+2.84=47.52tm 。 (2.1)幅度为R时，物品、小车、吊钩对塔身中心的力矩：M=(Q+0.188)R (2.2)由以上两式得：Q = M /R- 0.188 (2.3)满载时Q=4 t ，求得： 满载时幅度R=11.35 m其中： Q起重量(t)M最大起重力矩(tm)R幅度(m)计算各幅度时起重量如表2-6所示：表2-6各幅度时起重量(t)臂长(m)40幅度(m)2-11.35121314151617a22443.773.473.212.982.782.61幅度(m)18192021222426a221.971.791.6442.452.312.192.071.971.791.64幅度(m)28303234363840a21.511.401.301.211.131.06141.511.401.301.211.131.061起重特性曲线如图2-14所示：图2-14起重特性曲线2.6 塔机风力计算在露天工作的塔式起重机应考虑风载荷，并认为风载荷是一种沿任意方向的水平载荷。起重机风载荷分为工作状态风载荷和非工作状态风载荷两类。工作状态风载荷是塔式起重机在工作情况下所能承受的最大计算风力。非工作状态风载荷是塔式起重机在非工作情况下所能承受的最大计算风力。根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范-P7-4.2.2.1.2和GB/T 13752-92塔式起重机设计规范-P10-4.2.3.1之规定，风压选择如表2-7所示：表2-7 风压选择序号适应情况风压Pa1正常工作状态计算风压，用于计算结构的疲劳强度和发热验算1502工作状态最大计算风压，用于计算结构的强度、刚度、稳定性和整体抗倾翻稳定性2503非工作状态计算风压，用于计算结构的强度、刚度、稳定性和整体抗倾翻稳定性0-20m 80020-30m 11002.6.1 工作工况风载荷方向与起重臂方向垂直如图2-15所示：图2-15 工作工况示意图1. 平衡臂风力计算1) 风力系数选取根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P8 4.2.2.1.3的b规定，平衡臂可视为两片平行平面桁架组成的空间结构，其整体结构的风力系数可取为单片结构的风力系数，护栏为管结构，由表8，司机室悬空，CW取1.2。2) 由平衡臂的设计尺寸计算迎风面积根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P8 4.2.2.1.4 的b规定，对于两片并列等高型式相同的结构，考虑前片对后片的挡风作用，总迎风面积为： A=A1+A2 (2.4)式中：A1前片结构的迎风面积，A1=1 A11，m2；A2后片结构的迎风面积，A2=2 A12，m2；结构充实率，按表9查取；两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，与前片桁架充实率1及两片桁架间隔比ls/h有关，按表10选取。则结构迎风面积 A=A1+A2=1 A11+2 A12已知：A1=A2= A0A0=L h= 10.2480.75=7.686 m2ls=1.22 m, 间隔比ls/h=1.22/0.75=1.63由表9、表10选取 =0.3 挡风折减系数 =0.6代入得，A=0.37.686+0.60.37.686=3.6893m2 3) 风力计算根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P7 4.2.2.1.1的规定，风力计算公式: FW = CWPW A (2.5)式中：FW作用在塔式起重机上和物品上的风载荷(FW1，FW2)，N；CW风力系数；PW计算风压，Pa；A垂直于风向的迎风面积，m2。已知： 风力系数CW=1.2；计算风压PW=150Pa；A=3.6893 m2代入得，FW =1.21503.6893=664.07 N XC=-5.9m 2. 起升机构风力计算起升机构迎风面积按实体计算，已知：结构充实率=1A取其近似值 A=11.280.75=0.96m2风力系数CW=1.2计算风压PW=150Pa代入得，FW=1.21500.96=172.8 N XC=-10.7 m3. 平衡重风力计算平衡重迎风面积按实体计算。已知：结构充实率=1A由平衡重尺寸取其近似值，A=12.41.17=2.808m2风力系数CW=1.2计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.21502.808=505.44 N XC=-8.34m平衡臂及其上构件合计：FW =664.07+172.8+505.44=1342.31NMW =664.075.9+172.810.7+505.448.34=9982.34NmXC=-9982.34/1342.31=-7.44m4. 起重臂风力计算本次设计的QTZ40塔式起重机的起重臂的结构形式为：上弦杆为无缝圆管，下弦杆为角钢焊合箱形截面管，腹杆为圆管的三角形节面空间结构，此工况下受侧向风力作用。三角形截面空间结构的风载荷按其垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍计算，已知：结构充实率=0.4计算面积A=0.40.8401.25=16m2风力系数CW=1.3(由4.2.2.1.3 e得)计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.315016=3120 N XC=19.2m5. 变幅机构风力计算牵引机构迎风面积按实体计算轮廓外形，已知：结构充实率=1A取其近似值 A=10.3850.4=0.154m2风力系数CW=1.2计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.21500.154=27.72 N XC=6.41 m起重臂及其上构件合计FW =3120+27.72=3147.72NMW =312019.2+27.726.41=60081.685NmXC=60081.685/3147.72=19.09m6. 塔顶风力计算三角形截面空间结构的风载荷按其垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍计算，已知：结构充实率=0.3A取其近似值 A=0.31.366.115=2.495m2风力系数CW=1.2计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.21502.495=449.1 N XC=0 m7. 上下支座风力计算上下支座迎风面积按实体计算，已知：结构充实率=1A取其近似值 A=10.41(1.5+2.0)=1.435m2风力系数CW=1.2计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.21501.435=258.3N XC=0 m8. 塔身风力计算塔身为钢管制成的桁架结构，已知：结构充实率=0.4A取其近似值 A=0.41.730=20.4m2风力系数CW=1.3计算风压PW=150Pa代入得，FW =1.315020.4=3978 N XC=0 m2.6.2 工作工况 风载荷方向与起重臂方向平行如图2-16所示：图2-16 工作工况1. 平衡臂风力计算已知：结构充实率=0.3A取其近似值 A=0.31.32.0=0.78m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.22500.78=234 N2. 起升机构风力计算起升机构迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A取其近似值 A=11.50.75=1.125m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.22501.125=337.5 N3. 平衡重风力计算平衡重迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A由平衡重尺寸取其近似值 A=12.42.02=4.848m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.22504.848=1454.4 N平衡臂及其上构件合计FW =234+337.5+1454.4=2025.9N4. 起重臂风力计算n片型式尺寸相同，且间隔相等的并列结构在纵向风力作用下，总迎风面按下式计算： A=(1-n)1A1/(1-)式中： A1=0.41.0870.82=0.174m2结构充实率1=0.4挡风折减系数=0.4则 A=(1-0.49)0.40.1740.6=0.116 m2已知：风力系数CW=1.3计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.32500.116=37.7 N5. 变幅机构风力计算牵引机构迎风面积按实体计算轮廓外形已知：结构充实率=1A取其近似值 A=11.30.4=0.52m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.22500.52=156 N起重臂及其上构件合计FW =37.7+156=193.7N6. 塔顶风力计算已知：结构充实率=0.3A取其近似值 A=0.31.366.115=2.49m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.22502.49=747N7. 上下支座风力计算上下支座迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A取其近似值A=10.41(1.5+2.0)=0.615+0.82=1.435m2风力系数CW=1.2计算风压PW=250Pa代入得，FW =1.2250(0.615+0.82)=184.5+246=430.5N8. 塔身风力计算在此种工况下，风对着矩形截面空间结构对角线方向吹，矩形截面边长比为1：12，风载荷取为风向着矩形边长作用时的1.2倍，即FW =1.23978=4773.6 N2.6.3 非工作工况 风载荷方向与起重臂方向平行如图2-17所示：2-17 非工作工况非工作工况下的风压0-20m 800 Pa；20-30m 1100 Pa，此种状态下，风对塔机的作用方向与工作工况相同。1. 平衡臂风力计算已知：结构充实率=0.3A取其近似值 A=0.31.32.0=0.78m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211000.78=1029.6 N2. 起升机构风力计算起升机构迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A取其近似值 A=11.50.75=1.125m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211001.125=1485 N3. 平衡重风力计算平衡重迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A由平衡重尺寸取其近似值 A=12.42.02=4.848m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211004.848=6399.4 N平衡臂及其上构件合计FW =1029.6+1485+6399.4=8914N4. 起重臂风力计算n片型式尺寸相同，且间隔相等的并列结构在纵向风力作用下，总迎风面按下式计算： A=(1-n)1A1/(1-)式中： A1=0.41.0870.82=0.174m2结构充实率1=0.4挡风折减系数=0.4则 A=(1-0.47)0.40.1740.6=0.116 m2已知：风力系数CW=1.3计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.311000.116=165.88 N5.变幅机构风力计算牵引机构迎风面积按实体计算轮廓外形已知：结构充实率=1A取其近似值 A=11.30.4=0.52m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211000.52=686.4 N起重臂及其上构件合计FW =165.88+686.4=852.28N6. 塔顶风力计算已知：结构充实率=0.3A取其近似值 A=0.31.366.115=2.49m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211002.49=3286.8N7. 上下支座风力计算上下支座迎风面积按实体计算已知：结构充实率=1A取其近似值 A=10.41(1.5+2.0)=1.435m2风力系数CW=1.2计算风压PW=1100Pa代入得，FW =1.211001.435=1894.2N8. 塔身风力计算塔身为钢管制成的桁架结构，已知：结构充实率=0.4A取其近似值 020m A1=0.41.720=13.6m22030m A2=0.41.710=6.8m2风力系数CW=1.3计算风压 020m PW=800Pa 2030m PW=1100Pa代入得，020m FW =1.380013.6=14144 N2030m FW =1.311006.8=9724 N2.7 整机的抗倾覆稳定性计算起重机抗倾覆稳定性是指起重机在自重和外载荷作用下抵抗翻倒的能力。塔式起重机高度与其支承轮廓尺寸的比值很大，因而保证整机稳定性是一个很重要的问题。它的计算基本上和轮胎式起重机稳定性计算相同。所不同的是，由于塔式起重机具有幅度大、高度高的特点，所以计算公式中一般都考虑风载荷、惯性载荷和地面轨道倾斜度的影响。而且一般都需要进行非工作状态和安装、拆卸时的稳定性验算。塔式起重机抗倾翻稳定性根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范 P11的4.3.1 表12所列工况进行校核。如表2-8所示。表2-8 验算工况工况说明 1 基本稳定性工作状态、静态、无风 2 动态稳定性工作状态、动态、有风 3 暴风侵袭非工作状态 4 突然卸载工作状态，料斗卸载注：起重臂能随风回转的塔式起重机，工况3的风向由平衡 重吹向起重臂方向。表中所列各工况的稳定条件规定为：塔机及其部件的位置，载荷的数值和方向取最不利组合条件下，包括自重载荷在内的各项载荷对倾翻边的力矩代数和大于零(即M大于零)，则认为该塔式起重机是稳定的。起稳定力矩的符号为正，起倾翻作用的力矩符号为负并乘以1.1-1.2的增大系数。校核时，各项载荷应根据起重机设计手册P49表1-7-3查得相应的载荷系数，并乘以相应的载荷系数。由起重机设计手册P48得QTZ40塔机为第二组别, 起重机组别二的载荷系数如表2-9所示。表2-9起重机组别二的载荷系数验算工况自重系数起升载荷系数0.951.40.951.150.9500.95-0.22.7.1工作工况验算基本稳定性，工作状态，静态，无风。1. 平衡臂部分平衡臂部分包括有平衡臂、起升机构、平衡臂拉杆、平衡重四部分：M1=1.447(5.9+2.3)+1.88(10.7+2.3)+0.151(3.72+2.3)+5.2(8.34+2.3)0.95=92.540.95=87.91tm 2. 起重臂部分起重臂部分包括吊臂、变幅机构、载重小车、吊臂拉杆、吊钩、物品五部分：M2=2.21(19.2-2.3)+0.222(6.41-2.3)+0.11740+0.8(11.07-2.3)0.95+(0.071+1)401.4=47.462+59.976=107.438tm 3. 塔身部分塔身部分包括塔顶、上下支座、回转机构、回转支承、司机室、套架、塔身：M3 =(1.68+1.438+0.510+0.51+0.241+1.659+5.02)2.30.95=25.430.95=24.16tm 4. 基础部分M4=252.30.95=54.625tmM = M1+ M3+ M4-1.1M2=87.91+24.16+54.625-1.1107.438=48.51tm0此工况下，塔机稳定可靠。2.7.2 工作工况验算动态稳定性，工作状态，动态，有风。1. 平衡臂部分平衡臂部分包括平衡臂、起升机构、平衡臂拉杆、平衡重四部分：M1=1.447(5.9+2.3)+1.88(10.7+2.3)+0.151(3.72+2.3)+5.2(8.34+2.3)0.95=87.91tm2. 起重臂部分起重臂部分包括吊臂、变幅机构、载重小车、吊臂拉杆、吊钩、物品：M2=2.21(19.2-2.3)+0.222(6.41-2.3)+0.11740+0.8(11.07-2.3)0.95+(0.071+1)401.15=47.462+49.266=96.728tm3. 塔身部分塔身部分包括塔顶、上下支座、回转机构、回转支承、司机室、套架、塔身：M3=(1.68+1.438+0.51+0.51+0.241+1.659+5.02)2.30.95=25.430.95=24.16tm4. 基础部分M4=252.30.95=54.625tm。5. 惯性载荷小车与缓冲器碰撞时，作用在结构上的碰撞载荷FC按缓冲器吸收的动能计算。碰撞瞬间之前，小车的运行速度取为0.7-1.0倍的最大正常工作速度。FC可按刚体运动的模型计算，并乘以弹性振动载荷系数7对于塔机常用的弹簧缓冲器7取1.25。6. 坡度载荷考虑支承面倾斜，沉陷产生的载荷。7. 风载荷考虑风力对倾翻边的影响(主要计算塔顶与塔身)：M7=74733+4773.620=24651+95472=120123N m=12.01tmM = M1-1.1M2 +M3+M4-1.1M7=87.91-1.196.728+24.16+54.625-1.112.01=47.08t m0此工况下，塔机稳定可靠。2.7.3 非工作工况暴风侵袭，非工作状态，风向由起重臂吹向平衡臂，有向后翻的倾向。1. 平衡臂部分平衡臂部分包括平衡臂、起升机构、平衡臂拉杆、平衡重四部分：M1=1.447(5.9-2.3)+1.88(10.7-2.3)+0.151(3.72-2.3)+5.2(8.34-2.3)0.95=52.620.95=49.99tm2. 起重臂部分起重臂部分包括吊臂、变幅机构、载重小车、吊臂拉杆、吊钩：M2=2.21(19.22.3)+0.222(6.412.3)+0.117(40+2.3)+0.8(11.072.3)0.95+0.071400=61.84+0=61.84tm3. 塔身部分塔身部分包括塔顶、上下支座、回转机构、回转支承、司机室、套架、塔身：M3=(1.68+1.438+0.510+0.51+0.241+1.659+5.02)2.30.95=25.430.95=24.16tm4. 基础部分M4=252.30.95=54.625tm5. 风载荷考虑风力对倾翻边的影响(主要计算塔顶与塔身)：M5 =(3286.833+1414410+972415)1.2=39.5761.2=47.49 tmM = -1.1M1 +M2+ M3+ M4+M5=-1.149.99+61.8424.16+54.625-47.49=38.15tm0此工况下，塔机稳定可靠。2.7.4 工作工况突然卸载，工作状态，料斗卸载，有向后翻的倾向。1. 平衡臂部分平衡臂部分包括平衡臂、起升机构、平衡臂拉杆、平衡重四部分：M1=1.447(5.9-2.3)+1.88(10.7-2.3)+0.151(3.72-2.3)+5.2(8.34-2.3)0.95=52.620.95=49.99tm2. 起重臂部分起重臂部分吊臂、变幅机构、载重小车、吊臂拉杆、吊钩、物品：M2=2.21(19.2+2.3)+0.222(6.412.3)+0.117(40+2.3)+ 0.8(11.072.3)0.95-(0.071+1)400.2=61.84-8.568=53.272tm3. 塔身部分塔身部分包括塔顶、上下支座、回转机构、回转支承、司机室、套架、塔身：M3=(1.68+1.438+0.510+0.51+0.241+1.659+5.02)2.30.95=11.0580.95=24.16tm4. 基础部分M4=252.30.95=54.625tm5. 风载荷考虑风力对倾翻边的影响(主要计算塔顶与塔身)：M5 =74733+4773.615=24651+71604=96255 Nm=9.63tmM = -1.1M1+M2+M3+ M4-1.1M5=-1.149.99+53.272+24.16+54.625-1.19.63=66.48t m0此工况下，塔机稳定可靠。2.8固定基础稳定性计算固定式塔机使用的混凝土基础的设计应满足抗倾翻稳定性和强度条件。根据GB/T 13752-92塔式起重机设计规范P13的4.6.3之规定，混凝土基础的抗倾翻稳定性的验算公式为： 式中：e偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离，m；M作用在基础上的弯矩，Nm；Fv作用在基础上的垂直载荷，N；Fh作用在基础上的水平载荷，N；Fg混凝土基础的重力，N；h 混凝土基础的高度，m；b 混凝土基础的宽度，m 。已知：Fg =25t=25104Nh =1.1mb =5mFv =(23.13+5.2)t=28.33104NFh = F平衡臂 + F起升机构+ F平衡重+ F起重臂+F变幅机构+ F塔顶+F支座 + F塔身=234 +337.5 +1454.4 +37.7 + 156 +747+430.5+4773.6=8170.7 N Fhh=8170.71.1=8987.77 NmM物品 =40104 NmM风 =23431.116+37.730.55+74732.97+4773.615+184.515.75+24616=7281.144+1151.735+24628.59+71604+2905.875+3936=112181.669 NmM = M物品+M风=40104+112181.669=512181.669 Nm代入得：说明基础稳定。第3章 变幅机构的设计和计算3.1变幅机构的形式塔式起重机的变幅机构可按下列形式分类：1.按运动形式可分为臂架摆动式变幅机构（动臂式）和运行小车式变幅机构（小车式）QTZ40 塔式起重机是通过移动牵引起重小车实现变幅的。工作时吊臂安装在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿着吊臂轨道（弦杆）移动。小车变幅的优点是：变幅时物料做水平移动，安装就位方便；速度快、功率省；幅度有效利用率大。其缺点为：吊臂承受较大的弯距，结构笨重，用钢量大。2.按工作性质分为非工作性变幅和工作性变幅非工作性变幅机构只在起重机空载时改变幅度，调整取物装置的作业位置。其特点是变幅次数少，变幅时间对起重机的生产率影响小，一般采用较低的变幅速度；工作性变幅机构用于在带载条件下变幅、变幅过程是起重机工作循环主要环节的情况。变幅时间对起重机的生产率有直接影响，一般采用较高的变幅速度。3.按臂架变幅性能分为普通臂架变幅和平衡臂架变幅 普通臂架变幅机构变幅时会同时引起臂架重心和物品重心升降，耗费额外的驱动功率，适用于非工作性变幅，在偶尔需要带载变幅时，也可应用；平衡臂架变幅机构采用各种补偿方法和臂架平衡系统，使变幅过程中重心物品沿水平线或近似水平线移动，臂架及其平衡系统的合成重心高度基本不变，从而节省驱动功率，适用于工作性变幅。3.2 确定卷筒的尺寸 3.2.1 卷筒的名义直径D 式中 D-卷筒名义直径； d-钢丝绳直径，d = 11 mm； e-筒绳直径比，由起重机设计手册p288表3-3-2选取，取e = 14； 为了避免卷筒的体积太大，初取D =250mm。 由起重机设计手册p228表3-3-1可知： 绳槽半径 ；绳槽深度（标准槽） ；绳槽节距（标准槽） ；卷筒计算直径 ；钢卷筒壁厚 。3.2.2 多层绕卷筒相关参数计算1.卷筒面上钢丝绳卷绕圈数 取Z=33圈式中 n-卷绕层数，一般取n = 36,取n = 4； Z0-安全圈数，取。2.卷筒长度 查起重机设计手册P228表3-3-1，3.由起重机设计手册p169 公式 2-6-11可知 式中 x-工作幅度；m-滑轮组倍率4.由起重机设计手册p94 公式 2-2-3可知卷筒转速 3.3. 选择电动机、减速器、制动器、联轴器3.3.1选择电动机1. 计算电动机的静功率 式中 -包括臂架及平衡系统的自重、起升载荷、由计算风压产生的风载荷等分力之和，在各变幅位置时的值中取其最大值。V-变幅速度，V=42.5m/min。 -机构总效率，按下式计算 其中滑轮总效率，见【3】表3-2-11，取 导向滑轮效率，见表2-2-3，取 卷筒效率 传动效率，见表2-2-4，取 2 .选择电动机功率根据机构级别工作级别、作业特点以及电动机的工作特性，同时为了满足电动机起动和不过热要求，所选电动机的额定功应满足下式： 式中 G-稳态负载平均系数，见起重机设计手册表2-2-5取G=0.8；故选择多速三相异步电动机，根据起重机设计手册P811【3】表5-1-13选取型号为 ：YZR160M1-6-930r/min-5.5KW3.3.2 选择减速器选用标准型号的减速器时，其总设计寿命一般应与它所在机构的利用等级相符合。一般情况下，可根据传动比，输入轴的转速，工作级别和电动机的额定功率来选择减速器的具体型号并使减速器的许用功率P满足下式： 式中 -在基准接电持续率时的电动机额定功率（KW）。 K-选用系数，根据减速器的型号和使用场合确定,取K=1.5。根据变幅机构的传动比 ，再综合考虑布置限制，由起重机设计手册p413表3-10-5可知选择QJR-238-25-CW型减速器。特点：箱体为焊接结构，外形美观，自重轻，单位重量传递的扭矩较大。3.3.3 变幅机构制动器的选择变幅机构的制动器要求可靠耐用，因为制动性能的好坏直接影响安全和就位准确性。大体有以下几种形式：1. 电磁抱闸：是由弹簧力紧锁闸瓦，抱住制动轮。电1磁线圈通电，弹簧压缩，松开闸瓦，让电机旋转。这种制动器用途最广，但是随着起重量的增加，已经适应不了要求，可靠性降低。2. 电力液压推杆制动器：是用一个很小的电液泵带动一推杆来压缩弹簧，代替上面所述电磁铁的作用，以松开闸瓦，其它部分还是抱闸结构，但是它的力量和行程比电磁铁大，所以使用范围大，工作可靠。3. 盘式制动器：是一种由电磁铁控制的圆盘形端面摩擦制动器，常常装在电动机尾部，不再要制动轮。它结构紧凑，但是制动轮力矩小，而且易磨损，在垂直提升的起升机构上往往不适应，容易打滑。4. 锥形转子电机制动器：它是锥形转子的电机特有的功能，其尾部带有一个梯形截面的制动盘。当断电时，靠弹簧力推动转子轴向移动，梯形盘斜边锥面产生制动；当通电时电机电磁力自动压缩弹簧，使制动盘离开制动面，解除制动。它不需要另加电磁线圈，而且制动力矩比平面的盘式制动器好，一般用于小的起升机构。在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度，制动转矩应满足下式要求： 式中 -制动器制动转矩，Nm。 -制动安全系数，与机构重要程度和机构工作级别有关，由起重机设计手册表2-2-7，取=1.5。p-变幅时的最大载荷，N。D0-卷筒卷绕直径，mm。 m-滑轮组倍率。-机构总效率。 i-传动机构传动比。综上所述，选择电磁铁制动器，根据【3】P320表3-7-16和表3-7-17选择型号YWZ5200/30，制动力矩是，制动瓦退距是1mm，制动轮直径是200mm。3.3.4变幅机构联轴器的选择 在变幅机构上，有输入联轴器和输出联轴器两种不同形式，分别接在减速器的输入轴和输出轴上。1. 输入联轴器:输入联轴器转速高，传递的力矩较小，但起动时常受冲击，所以也必须、有足够的强度。通常用的有弹性柱销式联轴器，这种联轴器简单，用的也多，但毛病也多，主要是弹性橡胶圈很容易损坏；在变幅机构中用的较多是梅花形联轴器，它是由两个联轴节里嵌入尼龙作的一个梅花形传动块，即能受冲击，也没有多大的声响。综上所述，选择弹性柱销式联轴器。2. 输出联轴器输出轴联轴器转速低，传动的力矩大。在起升机构中常用的有齿轮联轴器，它是由内外齿轮它的应用较普遍。另一种是十字滑块联轴器，它是在两个联轴相嵌套来传递力矩，又能略微调节轴线方位角，节之间加一个盘式十字滑块，既传递力矩，又吸收微小的不同心。综上所述，选择齿轮联轴器。依据所传递的扭矩，转速和被联接的轴径等参数选择联轴器规格，变幅机构中的联轴器应满足下式要求：式中 T-所传扭矩的计算值（Nm）。 -按第类载荷计算的轴传最大扭矩。对高速轴:在此为电动机转矩允许过载倍数，Tn为电动机额定转矩 ，其中P为电动机额定功率（kw）,n为转速（r/min）；对低速轴: 在此为变幅载荷动载荷系数，取，Tj为钢丝绳最大静拉力作用于卷筒的扭矩（Nm）。 T-联轴器许用扭矩（Nm），由手册或产品目录中查得。 K1-考虑联轴器重要程度系数，对变幅机构，K1 =1.8（由手册表3-12-2选取）。 K2-考虑机构工作级别的系数，（由手册表3-12-3选取）对变幅机构， K2=1.0 K3-角度偏差系数，选用齿轮联轴器时其值见手册表3-12-4，低速轴K3 =1.25；对于高速轴取K3 =1。对于高速轴 查【3】P450表3-12-9，选用弹性套柱销联轴器，型号TL7许用扭矩是。对于低速轴 查【3】表3-12-7，选用齿轮销联轴器，型号CLZ6，许用扭矩是11200Nm。3.4. 验算变幅速度实际变幅速度： 误差：实际所需等效功率： 3.5验算起、制动时间验算变幅机构起动和制动时，会产生加速度和惯性力。如起动和制动时间过长，加速度小，会影响起重机的生产率；如起动和制动时间过短，加速度太大，会给金属结构和传动部件施加很大的动载荷。因此，必须把起动与制动时控制在一定范围内。1. 起动时间验算 式中 n-电动机额定转速，r/min。Tq-电动机平均起动转矩，Nm,由起重机设计手册表2-2-8选取Tq=（1.51.8）Tn。其中 可得 Tj-电动机静阻力矩，按下式计算 J-机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（kgm2），按下式计算： 其中 Jd-电动机转子的转动惯量（kgm2）。在电动 机样本中查取。取 Je-制动轮（0.6）和联轴器（0.64）的转动惯量（kg.m2）。 tq-推荐起动时间，由【3】表2-2-9选取，tq =12.5S。总上可得，1.93S 在 12.5S 之间， 故符合要求。2. 制动时间验算 制动时间长短与起重机作业条件有关。满载下降制动时 式中 -满载下降时电动机转速（r/min）,通常取Tz-制动器制动转矩（Nm）。 -满载下降时制动轴静转矩（Nm），按下式计算 Nm其中，查起重机设计手册表3-7-17知 ， -下降时换算到电动机轴上的机构总传动惯量（kg.m2）。按下式计算 tz- 推荐制动时间（S），可取tz= tq=1.9S总上可见，制动器制动时间符合要求。3.6电动机发热校验小车变幅机构电动机发热校验采用GB/T 1375292 P80推荐的方法近似计算如下：式中：PJC电动机额定功率，其工作制为S3,接电持续率25%与实际机构的值相同，KW；nm电动机额定转速，nm=930r/min； 机构传动效率。式中Z为电动机每小时折算起动次数，查表5-6得Z=1501； Tre最不利工作循环的等效静阻力矩，按下式取近似值： 式中 KG系数，对小车变幅机构KG=0.670.79，取KG=0.70； Tj 小车运行机构静阻力矩（Nm），按下式计算： 其中 Fj小车运行静阻力（N）； D车轮踏面直径，m； I 减速器的传动比； 机构传动效率。3.7 校验卷筒强度根据【5】P55式3-18验算，由于,这时弯曲和扭转应力很小，其合成应力一般不超过压应力的10%15%，一般忽略不计；因此只计算压应力：式中 A-多层卷绕系数,根据【5】P56表3-4来选取 n=4，所以取A=2.25 p-绳槽节距，p=18mm； -卷筒壁厚， -抗压强度极限，（为抗压强度极限）。 总上计算可得 ，所以卷筒满足条件。第4章 变幅小车的设计4.1 变幅小车的形式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索牵引式两类。前者驱动装置直接装在小车上，依靠车轮与吊臂轨道间的附着力，驱动车轮使小车运行，电动滑车沿吊臂弦杆行走就是这类变幅机构的典型例子。由于牵引力受附着力的限制，而且小车自重也比较大，故这种自行式小车变幅机构只适用于小型塔式起重机。绳索牵引式变幅机构的小车依靠变幅钢丝绳牵引沿吊臂轨道运行，其驱动力不受附着力的限制，故能在略呈倾斜的轨道上行走。又由于驱动装置在小车外部，从而使小车自重大为减少，所以适用于大幅度、起重量较大的起重机。在塔式起重机中大都采用绳索牵引式变幅机构，这样既可减轻吊臂载荷，又可以使工作可靠，而且因其驱动装置放在吊臂根部，平衡重也可略为减少。QTZ40塔式起重机多采用绳索牵引式4.2 变幅小车的设计4.21 绳索牵引式小车构造及其驱动方式1导向轮；2滚轮；3小车架；4起升绳导向滑轮；5横梁图
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