塔机计算书完整版.doc

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除一臂架计算31.1俯仰变幅臂架31.1.1 载荷31.1.2 臂架计算31.2小车变幅臂架计算（单吊点三角截面）91.2.1 载荷91.2.2臂架计算91.3小车变幅臂架计算（双吊点三角截面）221.3.1 载荷221.3.2臂架计算22二 塔式起重机塔身结构计算382.1塔身受力计算382.1.1塔身在臂根铰接截面受力计算：392.1.2 塔身内力计算工况392.2桁架塔身整体强度和稳定性计算412.2.1塔身截面几何性质412.2.2塔身的长细比442.2.3塔身强度与整体稳定性462.3桁架塔身主肢计算462.4腹杆计算472.5塔身位移计算492.6塔身的扭转角492.7塔身的连接51三 整机稳定性的计算533.1 第一种工况（无风，验算前倾）：543.2 第二种工况（无风，验算后倾）553.3 第三种工况（最大风力作用下，验算前倾）553.4 第四种工况（最大风力作用下，验算后倾）553.5 第五种工况（45度转角）563.6 第六种工况（非工作状态、暴风侵袭）563.7 第七种工况（突然卸载，验算后倾）57四 变幅机构计算584.1正常工作时变幅机构的作用力584.2最大变幅力594.3 机构的参数计算60五 回转机构635.1 回转阻力矩计算63六 起升机构的计算666.1钢丝绳与卷筒的选择666.2选择电动机666.3 选择减速器676.4选择制动器686.5 选择联轴器686.6 起制动时间验算69七 行走机构的计算707.1 运行阻力的计算707.2 电动机的选择717.3 减速器的选择737.4 制动器的选择737.5 联轴器的选择747.6 运行打滑验算74一臂架计算1.1俯仰变幅臂架1.1.1 载荷起重臂架的主要载荷为起升载荷、臂架自重载荷、物品偏摆水平力、各种惯性力和风力。臂架按两个平面的作用载荷进行计算： 1）变幅（垂直）平面：受有起升载荷、物品偏摆力、自重载荷、惯性力和风力。 2）回转（水平）平面：受有物品偏摆力、惯性力和风力。1.1.2 臂架计算1） 计算模型臂架整体受力分析如图1-1所示，分别受距头部起升滑轮Lx1处的变幅拉板力和起升载荷作用，同时承受导向轮处起升单绳拉力。图1-1臂架受力简图根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，拉板力Fg为：式中，起升载荷冲击系数，； 起升载荷； 额定起重量，随幅度而变化； 吊具质量； 起升载荷力臂； 臂架长度； 臂架仰角； 臂架自重冲击系数； 臂架自重； 臂架质量；臂架自重力臂；臂架重心位置； 起升绳拉力； 起升倍率与滑轮组效率； 起升单绳拉力力臂； 起升滑轮处绕绳直径； 起升单绳与臂架轴线夹角； 变幅拉板力对臂架铰点的力臂； 距臂头Lx1处的臂架截面高； 变幅拉板与臂架轴线夹角；臂架轴向力为变幅拉板力、起升载荷和起升单绳拉力合力：2） 临界力Plinx、Pliny计算变幅平面内，最小截面高度为，最大截面高度为。单个弦杆截面面积：式中，弦杆外径与内径。最小惯性矩：最大惯性矩：根据，查起重机设计规范（报批稿）85页表J3可知值。长细比：换算长细比：临界力：式中，与支承方式有关的长度系数，查83页表J1，得臂架在旋转平面内为悬臂梁，； 臂架在变幅平面内，； 变截面系数； 变幅平面内，最大截面回转半径； 各弦杆截面面积和； 垂直于y-y轴的平面内各腹杆截面面积和； 单个腹杆截面面积； 腹杆外径； 腹杆内径；旋转平面内，最小截面宽度为，臂架标准节截面宽度为。最小惯性矩：最大惯性矩：根据，查起重机设计规范（报批稿）85页表J1可知值。长细比：式中，旋转平面内，最大截面回转半径；拉臂绳或起升绳影响的长度系数； 起升滑轮铰点到变幅拉板后铰点的水平距离，作图得知。换算长细比：其中： 临界力：3） 臂架整体的稳定性假想长细比查表取值；，查附录H表，由这里的（相当于表中的）得，其中取和中较大的一个。整体稳定性：（加了自重）4) 距臂头Lx处截面的稳定性距臂头Lx处的臂架截面宽高为BHmm，变幅平面内弯矩为端部弯矩是由起升单绳拉力、变幅拉板力和起升载荷偏心引起的：横向载荷引起的弯矩是由起升单绳拉力、变幅拉板力和起升载荷在垂直臂架轴线方向分析（力？）引起的：回转平面内弯矩两根起升导向绳对称：单根起升导向绳作用：式中，滑轮组宽；横向集中载荷引起的弯矩：横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。（应该是）以此截面弯矩计算得臂架整体稳定性为（放大系数法，根据规范22页3.6.2.1）： 两端端部弯矩不等折减系数；（回转平面为悬臂）（变幅平面根部销轴连接，不承受弯矩，=0） 横向载荷弯矩系数，横向载荷为集中力时，（回转平面为悬臂） 绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量；y轴抗弯模量；5) 距臂头Lx处截面的弦杆单肢稳定性此处弦杆长细比：式中，支承长度系数，两端简支，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比（规范22页3.6.1.2b），查规范71页得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：（放大系数法）1.2小车变幅臂架计算（单吊点三角截面）1.2.1 载荷 起重臂架的主要载荷为起升载荷、臂架自重载荷、物品偏摆水平力、各种惯性力和风力。 臂架按两个平面的作用载荷进行计算： 1）变幅（垂直）平面：受有小车载荷和自重载荷，拉索对简支跨内还有压缩作用，悬臂段和简支跨内的小车载荷是不相同的（悬臂段的小车载荷小），所以臂架内力应在自重载荷和不同位置的小车载荷作用下分别计算，同时要将三角形截面臂架所受的垂直外力沿斜面桁架和水平桁架作分解计算。 2）回转（水平）平面：受有惯性力和风力，按悬臂桁架计算，主要由下水平桁架承受。臂架形式可分为以下两种：单吊点起重臂；双吊点起重臂。1.2.2臂架计算 计算工况分三种：小车在最大幅度起吊额定起重量；小车在简支跨的最大内力幅度（初步理解为在两简支点内某处，额定载荷在改点处，臂架的内力最大）下起吊额定起重量；小车在最小幅度下起吊额定起重量。12.2.1 单吊点位置的确定一般情况下，在臂架截面未选出之前，根据主要载荷在简支跨产生的最大弯矩与伸臂吊点处最大弯矩相等的条件，可以确定出一个使臂架结构最轻的近似理想的吊点位置。图2-1臂架吊点位置计算模型设臂架的外伸长度为，简支跨为，为最大幅度时移动载荷（包括吊重和小车自重），为相应x处的移动载荷。伸臂吊点处的最大弯矩为：简支跨内移动载荷作用处的弯矩为： 对关于x求导，得出当时，弯矩最大，此时最大弯矩为：（错误，可能是没有考虑到悬臂端自重的影响，奇怪的事求简支跨内弯矩时考虑到了这点。故以下这方面的都是错误的）当时，并令；，则解此方程式，取实根即可得出臂架外伸长度与简支跨的最佳比值。一般是在距臂架前端l/3处，即k=3/7处用拉索拉住形成水平的简支伸臂梁。拉索吊点宜选在下弦节点上，这样拉索仅对吊点附近的弦杆起压缩作用，而对跨内大部分下弦是减载的。1.2.2.2单吊点起重臂小车在最大幅度处吊载工况（工况一）1）计算模型臂架整体受力分析如图2-2所示，分别受距底部L1处的拉索力、自重和小车载荷作用。 图2-2臂架受力简图（工况一）根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，拉索力Fg为： （原式错误）对吊点B取矩，得A点竖向支反力为：式中，起升载荷冲击系数，； 起升载荷（移动载荷）； 小车自重； 吊重（含吊具重），随幅度而变化； 臂架长度； 臂架自重冲击系数； 臂架单位长度的重量； 臂架截面高； 臂架截面宽；臂架截面底角；臂架轴向力主要为拉索力分力：2） 临界力Plinx、Pliny计算臂架截面为正三角形（是否改为等腰三角形好一点？）结构，上弦杆为圆管，两个下弦杆为方管，腹杆为圆管，臂架除两端在高度方向减小外，其余截面均不变化，水平宽度不变。图2-3 臂架截面图变幅平面内：单个弦杆截面面积：（这些截面面积最好查型材手册，计算的不准，还费事）圆管的截面面积：方钢的截面面积： 式中，弦杆外径与内径， b,h,t方钢的宽、高、厚度。惯性矩：（惯性矩求法疑似错误，因为重心不一定在等腰三角形的中心，y轴不一定在H/3的位置；但是可能工程中允许这种简化）长细比：换算长细比：临界力：式中，与支承方式有关的长度系数，变幅平面为简支，则； 变截面系数，取为1； 变幅平面内，最大截面回转半径； 各弦杆截面面积和； 垂直于y-y轴的平面内各腹杆截面面积和； 单个腹杆截面面积； 缀条所在平面和x轴的夹角； 腹杆外径； 腹杆内径；旋转平面内：惯性矩：长细比：式中，旋转平面内，最大截面回转半径； 与支承方式有关的长度系数，旋转平面为悬臂，则；考虑非保向力作用的受压结构件的计算长度系数；（实际上是考虑到拉臂钢丝绳或起升钢丝绳对臂架受力的有利影响而增加的系数，详见规范附录J的J.1.3款。） 、a由图2-2得知。换算长细比：其中： 临界力：3） 臂架整体的稳定性假想长细比（根据规范3.6.1的b款，应该是，不知道是不是原文错误。）取上面、中较大者。根据最大长细比或假想长细比或最大换算长细比选取稳定系数。整体稳定性：4）拉索与臂架连接处截面的稳定性变幅平面内弯矩：横向载荷引起的弯矩是由起升载荷和悬臂的自重引起的：回转平面内弯矩：横向集中载荷引起的弯矩：横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。以此截面弯矩计算得臂架稳定性为：式中：、端部弯矩，小车变幅臂架端部弯矩为零；两端端部弯矩不等折减系数；横向载荷弯矩系数；绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量； y轴抗弯模量； 化简上式为：5） 臂架在吊点外伸部分的弦杆单肢稳定性此处上弦杆圆管的长细比：式中，支承长度系数，悬臂段，2； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：此处下弦杆方管的长细比：式中，支承长度系数，悬臂段，2； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径，取、中的较小者；（该两式似乎错误，应该作分母？）临界力：（两个方向的临界力应该是不相等的，但是只取其重较小的。原两式相同，由于前面表达式中，回转半径已经去较小者了，所以用不着求两个方向的临界力。）式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：6）臂架根部截面的稳定性变幅平面内弯矩：距根部x截面处的弯矩为：把对x求导，令导数为零，得出当时最大，所以回转平面内弯矩：横向集中载荷引起的弯矩：横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。以此截面弯矩计算得臂架稳定性为：式中：、端部弯矩，小车变幅臂架端部弯矩为零；两端端部弯矩不等折减系数；横向载荷弯矩系数；绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量； y轴抗弯模量； 化简上式为：7） 臂架在简支跨内的弦杆单肢稳定性此处上弦杆圆管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：此处下弦杆方管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径，取、中的较小者；临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：1.2.2.3单吊点起重臂小车在简支跨的最大内力幅度下吊载工况（工况二）在此工况下，计算跨中截面内力，此处在起升平面内的正弯矩最大，由于在确定吊点位置时，是以简支跨内的弯矩和悬臂段内最大弯矩相等为条件的，上面已经在工况一下校核吊点截面（此处在起升平面内的负弯矩最大），所以在此不用校核工况二。1.2.2.4单吊点起重臂小车在最小幅度下吊载工况（工况三）此工况用以校核腹杆，因为此时在臂根截面处的腹杆内力最大。图2-4臂架受力简图（工况三）将臂架自重和此工况下的额定起重量Q1分解到两对侧面桁架和水平桁架上，风力忽略不计，如图所示。图2-5臂架自重和吊重分解图得出一个侧面桁架所受的剪切力为水平桁架所受的剪切力为（这两个式子认为三弦杆质量相等，实际中不见得）等效剪切力（N）依材料而不同对Q235钢：对16Mn钢：式中：各弦杆截面面积和（）。将等效剪切力分解到两对侧面（恐怕是两侧面）桁架和水平桁架上，得出一个侧面桁架所受的等效剪切力为水平桁架所受的等效剪切力为侧面桁架内腹杆内力为式中侧面桁架的计算剪切力，取和之中较大者；侧面桁架腹杆倾角。水平桁架内腹杆内力为式中侧面桁架的计算剪切力，取和之中较大者；水平桁架腹杆倾角。侧面桁架腹杆长细比：侧面桁架腹杆稳定性：水平桁架腹杆长细比：水平桁架腹杆稳定性：式中：侧面桁架内腹杆的几何长度；水平桁架内腹杆的几何长度；侧面桁架内腹杆的长度系数；水平桁架内腹杆的长度系数；腹杆的回转半径；单个腹杆截面面积；腹杆外径；腹杆内径；侧面桁架腹杆稳定系数；水平桁架腹杆稳定系数。1.3小车变幅臂架计算（双吊点三角截面）1.3.1 载荷 起重臂架的主要载荷为起升载荷、臂架自重载荷、物品偏摆水平力、各种惯性力和风力。根据臂架支撑方式，起升平面内可视为一次超静定的带弹性支座的两跨外伸连续梁，回转平面内可视为一端固定的悬臂梁并考虑拉索的非保向力。1.3.2臂架计算 计算工况分四种：小车在最大幅度起吊额定起重量；小车在外跨的最大内力幅度下起吊额定起重量；小车在内跨的最大内力幅度下起吊额定起重量；小车在最小幅度下起吊额定起重量。3.2.1双吊点位置的确定一般情况下，在臂架截面未选出之前，根据主要载荷在双吊点臂架的内跨、外跨和外伸段三段最大弯矩相等的条件，可以确定出一个使臂架结构最轻的近似理想的吊点位置。图2-1臂架吊点位置计算模型设臂架的内跨长度为，外跨长度为，总长为L，为内跨相应x处的移动载荷，为外跨相应y处的移动载荷，为最大幅度时移动载荷（包括吊重和小车自重），、分别为拉索1和2的抗弯模量。当载荷作用在AB段时：解得：对A点取矩，得拉索力为：根据力平衡原理求的A点竖向支反力为：得出截面的弯矩为：对求导，令导数为零，得出当时最大，解得当载荷作用在BC段时：解得：得出截面的弯矩为：对 求导，令导数为零，得出当时最大，解得当载荷作用在CD段时：令解此方程式，取实根即可得出臂架外伸长度、与简支跨的最佳比值。1.3.2.1双吊点起重臂小车在最大幅度处吊载工况（工况一）1）计算模型臂架整体受力分析如图2-2所示，分别受距底部L1和（L1+L2）两处的拉索力、自重和小车载荷作用。 图2-2臂架受力简图（工况一）根据力法，求拉索力为：解得：对A点取矩，得拉索力为：根据力平衡原理求的A点竖向支反力为：式中，起升载荷冲击系数，； 起升载荷（移动载荷）； 小车自重； 吊重（含吊具重），随幅度而变化； 臂架长度； 臂架自重冲击系数； 臂架单位长度的重量； 臂架截面高； 臂架截面宽；臂架截面底角；、拉索1和2的抗弯模量臂架轴向力主要为拉索力分力：2） 临界力Plinx、Pliny计算臂架截面为正三角形结构，上弦杆为圆管，两个下弦杆为方管，腹杆为圆管，臂架除两端在高度方向减小外，其余截面均不变化，水平宽度不变。图2-3 臂架截面图变幅平面内：单个弦杆截面面积：圆管的截面面积：方钢的截面面积： 式中，弦杆外径与内径， b,h,t方钢的宽、高、厚度。惯性矩：长细比：换算长细比：临界力：式中，与支承方式有关的长度系数，变幅平面为简支，则；变截面系数，取为1；考虑双轴向力的计算长度系数，查表可得；变幅平面内，最大截面回转半径； 各弦杆截面面积和； 垂直于y-y轴的平面内各腹杆截面面积和； 单个腹杆截面面积； 缀条所在平面和x轴的夹角； 腹杆外径； 腹杆内径；旋转平面内：惯性矩：长细比：式中，旋转平面内，最大截面回转半径； 与支承方式有关的长度系数，旋转平面为悬臂，则；考虑非保向力作用的受压结构件的计算长度系数，查表可得；换算长细比：其中： 临界力：3） 臂架整体的稳定性假想长细比取上面、中较大者。根据最大长细比或假想长细比或最大换算长细比选取稳定系数。整体稳定性：4）拉索2与臂架连接处截面C的稳定性 变幅平面内弯矩：横向载荷引起的弯矩是由起升载荷和悬臂的自重引起的： 回转平面内弯矩： 横向集中载荷引起的弯矩： 横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。以此截面弯矩计算得臂架稳定性为：式中：、端部弯矩，小车变幅臂架端部弯矩为零；两端端部弯矩不等折减系数；横向载荷弯矩系数；绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量； y轴抗弯模量； 化简上式为：5） 臂架在外伸段的弦杆单肢稳定性此处上弦杆圆管的长细比：式中，支承长度系数，悬臂段，2； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：此处下弦杆方管的长细比：式中，支承长度系数，悬臂段，2； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径，取、中的较小者；临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：6）拉索1与臂架连接处截面B的稳定性变幅平面内弯矩：回转平面内弯矩：横向集中载荷引起的弯矩：横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。以此截面弯矩计算得臂架稳定性为：式中：、端部弯矩，小车变幅臂架端部弯矩为零；两端端部弯矩不等折减系数；横向载荷弯矩系数；绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量； y轴抗弯模量； 化简上式为：7）臂架在外跨内的弦杆单肢稳定性此处上弦杆圆管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：此处下弦杆方管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径，取、中的较小者；临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：8）臂根处截面的稳定性变幅平面内弯矩：距根部x截面处的弯矩为：把对x求导，令导数为零，得出当时最大，所以回转平面内弯矩：横向集中载荷引起的弯矩：横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，； 计算风压； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取； 两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和取。以此截面弯矩计算得臂架稳定性为：式中：、端部弯矩，小车变幅臂架端部弯矩为零；两端端部弯矩不等折减系数；横向载荷弯矩系数； 绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 x轴抗弯模量； y轴抗弯模量； 化简上式为：9） 臂架在内跨的弦杆单肢稳定性此处上弦杆圆管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：此处下弦杆方管的长细比：式中，支承长度系数，简支段，1； 截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径，取、中的较小者；临界力：式中，假想长细比，查规范得轴心受压稳定性系数值。单肢弦杆稳定性：3.2.3双吊点起重臂小车在外跨和内跨的最大内力幅度下吊载工况（工况二、三）在此工况下，计算跨中截面内力，此处在起升平面内的正弯矩最大，由于在确定吊点位置时，是以外跨、内跨和悬臂段内最大弯矩相等为条件的，上面已经分别在工况一下校核两吊点截面（此处在起升平面内的负弯矩最大），所以在此不用校核工况二和工况三。1.3.2.4双吊点起重臂小车在最小幅度下吊载工况（工况四）此工况用以校核腹杆，因为此时在臂根截面处的腹杆内力最大。图2-4臂架受力简图（工况四）将臂架自重和此工况下的额定起重量Q1分解到两对侧面桁架和水平桁架上，风力忽略不计，如图所示。图2-5臂架自重和吊重分解图得出一个侧面桁架所受的剪切力为水平桁架所受的剪切力为等效剪切力（N）依材料而不同对Q235钢：对16Mn钢：式中：各弦杆截面面积和（）。将等效剪切力分解到两对侧面桁架和水平桁架上，得出一个侧面桁架所受的等效剪切力为水平桁架所受的等效剪切力为侧面桁架内腹杆内力为式中侧面桁架的计算剪切力，取和之中较大者；侧面桁架腹杆倾角。水平桁架内腹杆内力为式中侧面桁架的计算剪切力，取和之中较大者；水平桁架腹杆倾角。侧面桁架腹杆长细比：侧面桁架腹杆稳定性：水平桁架腹杆长细比：水平桁架腹杆稳定性：式中：侧面桁架内腹杆的几何长度；水平桁架内腹杆的几何长度；侧面桁架内腹杆的长度系数；水平桁架内腹杆的长度系数；腹杆的回转半径；单个腹杆截面面积；腹杆外径；腹杆内径；侧面桁架腹杆稳定系数；水平桁架腹杆稳定系数。二 塔式起重机塔身结构计算2.1塔身受力计算 塔式起重机的计算大体上分为轨道式塔身的计算和附着式塔身的计算，其计算模型如图2-1，2 -2所示。图2-1轨道（固定）式塔身的计算模型 图2-2附着式塔身的计算模型：塔身在臂根铰接截面所受轴向力，N；：塔机运行产生的水平惯性力，N；：塔机回转产生的均布水平惯性力，N/m；：起重臂及物品与平衡臂及配重产生的不平衡力矩（端力矩），N.m；：回转部分产生的扭力矩，N.m；、：塔顶水平力，N；：均布风力，N/m，假定风力与塔机运行惯性力方向相同（固定式塔身不计算运行惯性力及）；式中 作用在塔式起重机塔身上的均布风力，N/m；C风力系数，查表得；q计算风压，Pa；风速，m/s；A垂直于风向的迎风面积，；两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；结构充实率；B塔身横截面宽度，mm。H塔身高度，m。：最大幅度时相应的额定起升载荷，t；R：最大幅度，m；：塔身重量，t塔身与底架顶面相连接的截面为塔身危险截面，塔底有斜撑杆者，斜撑杆与塔身连接的截面为危险截面，通常取用前者偏于安全。附着式塔身因有多层附着装置连接在建筑物上，使塔身变成超静定悬臂柱，给内力分析造成困难。通常为了简化计算又偏于安全，可取有最高一层附着装置的悬臂柱模型来计算，最高层附着装置截面为塔身计算的危险截面（如图1-1、1-2所示的I-I截面）。2.1.1塔身在臂根铰接截面受力计算：计算塔身稳定性时塔顶的轴向力（应计入1/3塔身重量）：2.1.2 塔身内力计算工况（1）用来计算塔身的整体强度和稳定性工况（如图2-3a）；（2）用来计算塔身主肢弦杆的稳定性工况（如图2-3b）；（3）用来计算塔身腹杆的工况（如图2-3c）；（4）塔机非工作状态时，用以计算整机倾覆稳定性和验算塔身的整体稳定性工况（如图2-3d）。风xxyya)风b)风c)风能够d)图2-3 塔身计算工况对图2-3a工况，在塔身危险截面（I-I）的轴向力计算：轨道式： （）附着式 ：式中：塔身危险截面距塔身顶部的距离，m。弯矩（臂架位于塔身截面I-I绕x-x轴上）：轨道式 附着式 塔身危险截面剪切力：轨道式 附着式 起重臂位于塔身截面对角线时，风沿臂架向前作用，如图2-3b，回转部分对塔顶的作用力和力矩等的计算方法与前面相同，只是风力值不同。非工作状态下塔身受载较小，其计算与前类同。2.2桁架塔身整体强度和稳定性计算2.2.1塔身截面几何性质1）塔身由四根角钢作主肢组成正方形截面，如图2-4。角钢截面积为，；弦杆角钢惯性矩分别为、，；弦杆角钢的回转半径分别为、，mm；重心距离为，mm；塔身截面积，主肢轴距，mm；，mm；塔身截面横轴（x-x）惯性矩为斜轴（z-z）惯性矩为回转半径截面系数图2-4 角钢作弦杆的塔身截面尺寸2）塔身由四根圆钢作主肢组成正方形截面，如图2-5。圆钢的内外直径分别为、，mm；，则圆钢截面积，；弦杆圆钢惯性矩分别为，；弦杆圆钢的回转半径分别为，mm；塔身截面积，主肢轴距为，mm；，mm；塔身截面横轴（x-x）惯性矩为斜轴（z-z）惯性矩为回转半径截面系数通常，且相差很小，故可用来计算塔身的整体强度和稳定性。对于主肢受力，应按斜轴（z-z）计算。图2-5 圆钢作弦杆的塔身截面尺寸2.2.2塔身的长细比根据确定的计算模型等截面塔身对x轴的长细比为根据确定的计算模型等截面塔身对y轴的长细比为式中，为支撑方式决定的各种塔身的长度系数，H为塔高，或取H-h计算。桁架塔身换算长细比为式中 塔身横截面所截垂直于x轴的两个侧面内的各腹杆毛截面面积之和，；塔身横截面所截垂直于y轴的两个侧面内的各腹杆毛截面面积之和，；塔身的许用长细比，=150。对变截面塔身，需先将变截面塔段换算成最大截面的等截面柱，再与最小截面塔段组成阶梯悬臂柱来确定其计算长度。HalaHalb图2-5 变截面塔身的计算长度变截面塔段的计算长度a按两端铰接柱计算，对图2-5a对图2-5b式中 两端铰接不对称的变截面柱的长度换算系数。阶梯悬臂柱的组合长度为 （lH）根据阶梯悬臂柱与的值，查取计算长度系数（即），变截面塔身的计算长度为按前面的公式计算塔身的换算长细比，再查找塔身的稳定系数。2.2.3塔身强度与整体稳定性桁架塔身的强度和整体稳定性均用最大截面计算。强度整体稳定性或 式中 x-x轴整体稳定性扩大系数；y-y轴整体稳定性扩大系数；塔身对截面x轴和y轴的欧拉临界力，。2.3桁架塔身主肢计算主肢（弦杆）内力按起重臂位于塔身截面对角线位置计算（为塔身危险截面的弯矩，可取前述和中之较大者）主肢计算长度取节间长度，mm；并用相应回转半径计算主肢长细比式中 主肢的回转半径，相邻平面的腹杆相交于主肢同一节点时，取最小回转半径，即取弦杆角钢回转半径、中的最小者；相邻平面的腹杆分别相交于主肢上不同的节点时，取主肢截面横轴（）的回转半径，。若弦杆为圆钢则取。主肢稳定性式中 主肢稳定系数。2.4腹杆计算腹杆内力按塔身危险截面同时承受的剪切力和扭矩或按塔柱的等效剪切力（取其中较大者）计算，如图2-6。扭矩平均分配于两对侧面桁架，一个侧面桁架所受剪切力为式中：F塔身危险截面剪切力，N；等效剪切力（N）依材料而不同对235钢 对16Mn钢 式中：A塔柱主肢毛截面面积之和（）。等效剪切力由一对平行桁架平均承担，一个侧桁架受力为斜腹杆内力式中：侧桁架的计算剪切力，取和之较大者。斜腹杆计算长度长细比腹杆稳定性式中： 塔身危险截面承受的扭矩，N.m；斜腹杆的倾角，；斜腹杆的几何长度，mm；腹杆角钢最小回转半径，即取、中的最小者，若腹杆为圆钢，腹杆圆钢内外径分别为、，则取，mm，；斜腹杆截面积，若腹杆为圆钢，；斜腹杆稳定系数；腹杆许用长细比，。图2-6 塔身腹杆内力计算2.5塔身位移计算塔顶的水平位移可按悬臂桁架梁进行计算，采用下式近似计算：根据我国规范要求，塔式起重机在额定起升载荷作用下，塔身在臂架连接处的水平静位移应不大于H/100。即其中，H对自行式塔机为臂架连接处至轨道顶面的垂直距离，m。2.6塔身的扭转角当塔身节间数目时，桁架塔身的扭转角可按自由扭转计算式中 塔顶所受扭矩，Nm；G切变模量，MPa；桁架塔身的自由扭转惯性矩，依腹杆系统而定，；推荐的许用扭转角，当时，；当时，。各种腹杆系统的塔身示于图2-7。利用莫尔公式算出角位移以及利用塔柱转角等效原理，可求得塔身的自由扭转惯性矩。图2-7 各种腹杆系统的塔身图2-7a所示塔身的自由扭转惯性矩式中 分别为A侧面和B侧面桁架中的一根斜腹杆的截面积，通常,mm2；E，G弹性模量和切变模量，MPa；A侧面腹杆的倾角,o；a,b塔身截面的长度和宽度，即主肢轴线间距,mm。正方形截面塔身，则图2-7b所示塔身的自由扭转惯性矩正方形截面塔身图2-7c所示塔身的自由扭转惯性矩正方形截面塔身式中：分别为A侧面和B侧面桁架中的一根横杆的截面积，通常,mm2；塔身中一根斜腹杆的截面积,mm2。图2-7d所示塔身以及菱形腹杆塔身图2-7e所示塔身图2-7f所示塔身正方形塔身2.7塔身的连接塔身各标准节可采用拼接板和角钢精致螺栓连接、法兰板螺栓连接或插销式连接。塔身与底架多采用精致螺栓连接或法兰螺栓连接。塔帽、塔头受力较小，其主肢角钢可比塔身主肢小2个型号，腹杆亦如此选定，必要时进行详细计算。转柱为压弯构件，杆件角钢也比塔身的小。销轴承剪时的切应力式中，F销轴受的剪切力，取和中较大者，N； ；塔身危险截面的弯矩，取前述和中较大者，N.m；n根弦杆上的销轴数量，个；d销轴直径，mm；许用剪切应力。单双耳承压应力按下式计算式中，F单双耳承受的剪切力，等于销轴受的剪切力，N；d销轴直径，mm；单双耳的厚度，mm；许用挤压应力。三 整机稳定性的计算 整体稳定性计算包括以下几种工况：1） 臂架在正前方（无回转）工作状态下，无风作用下，吊钩在最大幅度满载提升重物，验算前倾；2） 臂架在正前方（无回转）工作状态下，无风作用下，臂架升到最高、吊钩无载，验算后倾；3） 臂架在正前方（无回转）工作状态下，在最大风力作用下，吊钩在最大幅度满载提升重物，验算前倾；4） 臂架在正前方（无回转）工作状态下，在最大风力作用下，臂架升到最高、吊钩无载，验算后倾；5） 臂架在正侧方（回转45度）工作状态下，在最大风力作用下，吊钩在最大幅度满载提升重物，验算前倾；6） 臂架在非工作状态下，暴风侵袭的工况，验算后倾；7） 臂架在正前方（无回转）工作状态下，在最大风力作用下，臂架升到最高、突然卸载或吊具脱落工况，验算后倾。表3-1各个工况的载荷系数自重载荷起升载荷惯性载荷风载荷无风静载1.01.500有风动载1.31.01.0暴风侵袭001.2突然卸载-0.201.03.1 第一种工况（无风，验算前倾）：图3-1Gpei：配重自重；Gtai：转台(含转台上其它部件)自重； Gwei：桅杆自重；Gshen：塔身的自重；Gdi：底架的自重；G：臂架的自重；Q：起升载荷；Fbi：臂架的风载荷；Fshen：塔身的风载荷；a：臂架仰角；Xq：倾覆边到回转中心距离；如图3-1，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：式中，L臂架长度；Xb臂架铰点距回转中心距离；Yb臂架铰点距回转中心距离；Xpei配重重心到回转中心距离；Xwei桅杆重心到回转中心距离；Xtai转台重心到回转中心距离;Yshen塔身重心到回转中心的距离；Fguan起升载荷引起的惯性载荷，；吊重绳相对于铅垂线的偏摆角，取3度；Hguan起升载荷据地面的距离。3.2 第二种工况（无风，验算后倾）图3-2如图3-2，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：3.3 第三种工况（最大风力作用下，验算前倾）如图3-1，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：3.4 第四种工况（最大风力作用下，验算后倾）如图3-2，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：3.5 第五种工况（45度转角）抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：3.6 第六种工况（非工作状态、暴风侵袭）图3-3如图3-3，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：3.7 第七种工况（突然卸载，验算后倾）图3-4如图3-4，抗倾覆力矩Mk：倾覆力矩Mq：四 变幅机构计算4.1正常工作时变幅机构的作用力变幅机构与回转机构可同时工作，一般以稳定回转时作用于吊臂的载荷作为计算载荷来确定正常工作时的变幅力。吊臂的受力情况如图4-1。图4-1为了使吊臂绕其铰轴摆动，变幅滑轮组须克服的总阻力矩为（不计铰轴的摩擦力）：其中 （N） (N) (N)式中，Q起升载荷；G吊臂自重力；作用于吊臂上的风力；回转时吊臂的离心力；作用于重物的风力；回转时重物的离心力；S起升绳拉力；n额定回转速度；起升滑轮组倍率；起升滑轮组效率；导向滑轮效率。由图所示几何关系得：变幅滑轮组的拉力为： (N)变幅力是随着吊臂幅角的变化而变化的。若变幅是在不吊重物的情况下进行，则变幅力为： （N）式中 q吊钩自重4.2最大变幅力动臂变幅一般取一下三种工况计算最大变幅力：（1）稳定回转时起升重物。这时吊臂除受正常工作时的载荷外，还承受重物在提升时的惯性载荷。实际计算时只需在公式中给重物和吊具重量乘以动载系数，最大变幅力为： （N）（2）变幅与起升机构同时工作，并处于起动状态。此时塔式起重机不回转，无离心力作用，但吊臂端部载荷和吊臂自重均须乘以动载系数。由于吊臂运动速度小，由于吊臂运动速度小，故吊臂自重动载系数取为，此时最大变幅力为： （N）一般，。（3）在各种安装位置提拉吊臂。如图，若从地面提拉吊臂时，其最大变幅力为：4.3 机构的参数计算4.3.1变幅钢丝绳的最大拉力 （N）式中，变幅滑轮组的倍率；变幅滑轮组的效率；导向滑轮的效率。4.3.2变幅卷筒所需的容绳量变幅卷筒的容绳量由起重臂从最大幅度变到最小幅度时长度x变化量决定 （m）故变幅时绕入卷筒的变幅钢丝绳的长度为： (m)式中，钢丝绳绕在卷筒上的安全圈数，一般取1.53圈； 变幅卷筒的计算直径。4.3.3变幅时间为了使变幅过程避免过大惯性力，一般可控制变幅的平均水平移动速度v1520m/min，并使起重臂头部水平移动的最大加速度不大于0.6。臂架从最大幅度变到最小幅度所需的时间为： （s）4.3.4卷筒转速绕入卷筒的变幅钢丝绳速度： （m/min）变幅卷筒的转速为 (r/min)4.3.5驱动功率及电动机的选择在变幅过程中，由于变幅作用力随吊臂幅度的改变而改变，所以驱动电机所受载荷也是随着幅度的变化而变化的。一般用正常工作的最大变幅力来计算所需功率： (KW) （10）式中，变幅机构传动效率；变幅滑轮组和导向滑轮组效率。根据计算得出的P值和机构的JC值及Z值选取电动机型号。因为根据公式10求得的P值，比精确值要大一些，故选电动机时，可把P值作为上限，电动机容量总是略小于它。电动机过载效验按下式计算： （KW）式中，基准接电持续时，电动机额定功率，KW；H系数，绕线型异步电动机取H=1.54，鼠笼型异步电动机取H1.63，直流电动机取H=1；驱动电机数；基准接电持续时，电动机转矩允许过载倍数。4.3.6 制动力矩计算变幅机构制动力矩按下列工况计算：起重机回转时，重物下降制动，风沿着吊臂方向吹。制动力矩： （Nm） （Nm）式中，最大变幅力换算到制动