动臂式塔机毕业设计说明书.doc

毕业设计说明书 I 目 录 摘 要 IV ABSTRAC V 1 绪 论 1 1 1 动臂塔式起重机概论 1 1 1 1 动臂塔式起重机发展状况 1 1 1 2 塔式起重机的应用与发展趋势 2 1 2 课题任务 3 1 2 1 课题背景和研究意义 3 1 2 2 课题论述 3 2 整机方案设计 4 2 1 起重臂的臂根铰接点后置回转中心 2m 4 2 2 起重臂架截面形式及材料 4 2 3 A 形架及防倾覆装置 5 2 3 1 防后倾装置 5 2 4 固定平衡重 5 2 5 上转台与平衡臂的布置 简称回转平台 6 2 6 塔身标准节的连接采用销轴连接 6 毕业设计说明书 II 2 7 底架设计方案 7 3 回转机构设计与回转支承的校核 8 3 1 回转机构的设计 8 3 1 1 传动方案选择 8 3 1 2 回转支承的选择 10 3 2 回转机构的校核 11 3 2 1 主要性能参数 15 时 12 3 2 2 载荷确定 12 3 2 2 1 垂直力 12 3 2 2 2 力矩 M 13 3 2 2 3 水平力 16 3 2 3 回转支承选型计算 16 3 2 3 1 当量外载荷计算 16 3 2 3 2 回转支承当量净容量 17 3 2 3 3 回转支撑校核 17 3 2 4 回转机构传动装置的计算 17 3 2 4 1 机构传动装置的总力矩计算 17 3 2 4 2 回转支承的摩擦阻力矩计算 17 3 2 4 3 风荷产生的阻力矩 18 3 2 4 4 坡度引起的阻力矩 19 3 2 5 回转机构电机选择与校核 19 3 2 5 1 主要参数 19 3 2 5 2 电机选择 19 3 2 5 3 功率校核 19 3 2 5 4 发热校核 20 毕业设计说明书 III 4 下支座的设计与校核 20 4 1 下支座机构设计 21 4 2 下支座有限元后处理 21 4 2 1 后处理各工况加载数据 22 4 2 2 后处理结果 24 4 2 2 1 最危险工况后处理结果 25 4 3 45 15 处理结果文件 28 4 3 1 设计分析 29 4 3 2 载荷与约束信息 31 4 3 2 1 载荷 31 4 3 2 2 约束 31 4 3 3 处理器输出 32 4 3 4 处理器日志 35 4 3 5 应力分析 42 4 3 6 重量与重心分析 43 4 3 7 网格化结果 43 5 结 论 47 致 谢 48 参考文献 49 附 录 50 毕业设计说明书 IV 摘 要 随着国家西部开发的火热进行以及中国农村向城市化转化进程的加快推进 国家将 不断加强基础设施建设 因此 建筑行业仍旧前景广阔 在这种大好形势下 为建筑业 服务的建筑机械行业也有了新的发展机遇 同时 随着经济的发展 建筑楼群的密集 使塔机的工作空间受限 基于高层建筑的发展 新制定的领空权许可制度以及跨占邻居 领地产生的纠纷等因素 迫使人们改变已有的传统观念 从小车变幅改变为臂架俯仰 为塔机作业创造有利空间 推动了各种类型动臂塔机的改造和发展 因此 塔机的创新 设计促使我们在塔机原有的基础上提出更多的创意来促进国内塔机业水平的进一步提高 这就要求我们在回转机构 回转支承设计上突破原有的惯性设计思维运用现代化的 设计方法 方式以及设计工具 对设计数据进行有效的优化以及受力的有限元分析计算 从而使塔机的生产成本在符合应力要求的前提下大大降低 关键词 动臂塔式起重机 回转机构 回转支承 有限元 毕业设计说明书 V ABSTRAC As countries of the western development on China s rural areas to hot and transformation of accelerating the urbanization process the state will continue to strengthen the construction of base installation accordingly the construction industry is still wide prospect In this favorable situation for the construction of service architecture machinery industry have the new development opportunity At the same time with the development of economy the building blocks of intense make the work of limited space tower Based on the development of the high rise building the new set right licensing system and airspace across from the territory of neighbor dispute and other factors force people to change the traditional concept of existing From the car horn change arms frame pitch installing and create favorable space for homework promote the arm of various types of reform of the tower and development So crane s innovation urge us to make more and more innovations on original basement in order to promote the domestic industry level to further improve the tower It urge us to break through the original inertia design thinking on rotary organization rotary bearing design and apply modern design methodology way instrument to design data effectively and the optimization of the force of the finite element analytical calculation So the costs of production in the tower in accordance with the stress the precondition of greatly reduced Key word tower crane slewing gear slewing gear finite element 毕业设计说明书 1 1 绪 论 1 1动臂塔式起重机概论 1 1 1动臂塔式起重机发展状况 动臂式塔机 即俯仰臂架塔机 是历史上最早出现的塔机型式 其经历过一段辉煌 的历史 从工业建筑到民用建筑 从造船厂到港口码头 从钢结构建筑到电站建设 动 臂式塔机都发挥了巨大的作用 回顾动臂式塔机的发展历程 不仅受一个国家工业水平 的限制 同时又和一个国家的经济发展 文化及整体的科学技术水平相关 二次世界大 战之后 战后重建带动了塔机的发展 此时的建筑物高度不高 轨行式 下回转的动臂 式塔机占有统治地位 但随着经济的发展 建筑楼群的密集 使塔机的工作空间受限 基于高层建筑的发 展 新制定的领空权许可制度以及跨占邻居领地产生的纠纷等因素 迫使人们改变已有 的传统观念 从小车变幅改变为臂架俯仰 为塔机作业创造有利空间 推动了各种类型 动臂塔机的改造和发展 全世界塔机生产厂家在设计时都考虑了这些因素 研制出了相 应的改进型塔机 目前 我国塔机性能与现代智能化 数字化控制技术还有很大差距 跟不上市场的 需要 在实验手段上 多数企业不具备对原材料的预处理和配套件的进厂检验能力 在 配套件生产上 企业多 品种重复 生产质量差 特别是液压件 电器件等不过关 直 接影响到主机的质量和可靠性等 国外塔式起重机现在的发展方向和特点 1 国外塔机品种型号更新快 当今国外塔机生产企业非常关注国际塔机市场动态 不断总结经验 改进产品设计及 时推出适销对路的新产品 如德国 Liebheer 公司推出的 EC H 系列和 HC L 系列 2 重视发展下回转自行架设 整体施工运输的塔机 20 世纪末 在许多国际建筑机械博览会上参展的塔机约 60 属于此类塔机 在国外 建筑工地上 也常见到此类塔机 该类塔机技术在国外已不断创新 不断提高 例如德 国 Liebheer 公司的 20ES 塔机 3 发展城市型塔机 不忽略上回转动臂自升式塔机 所谓城市型塔机 就是一种上回转快装塔机 因其起重量大 自重较轻适于狭窄场 地施工的起重机 毕业设计说明书 2 4 大量采用新技术 国外塔机 除上述在性能参数及结构功能等方面不断创新 不断提高外 其他方面 也大量采用新技术 淘汰老产品 如法国 Potain 公司 在不少塔机产品上已采用了调亚 无级调速和调频无级调速等调速方案 丹麦 Croll 公司 采用可编程控制器 PLC 对塔机 的所有功能进行监视与控制 PLC 与一个监控器相连 监视器可显示重量 力矩 高度 幅度 此外还可以自动显示系统的各种故障 驾驶员只要触摸屏幕上的相应部位 就能 看到故障的具体情况 1 1 2 塔式起重机的应用与发展趋势 从今后我国建筑市场估计与施工的需要 我国塔机产品技术发展主要有以下几个发 展方向 1 考虑中小城市和城镇建筑的需要 为适应建经济适用居住多层建筑和公共建筑的 需要在淘汰井架式塔机的同时研发一种具有井架塔机的低廉 具有拆装不用汽车起重机 作辅助机械的既方便 又具备一定安全可靠性的替代塔机产品 并引进相应的国外技术 逐步完善小吨位塔机产品系列 2 开发适于我国的快速安装城市塔机 其额定起重力矩为 450KN M 600KN M 和 1000KN M 其最大幅度为 40M 45M 50M 60M 70M 最大幅度起重量为 11KN 13 5KN 20KN 31 5KN 等等 该类型塔机特别适合在大中城市场地狭窄处兴建中 高层和高层建筑施工使用 3 关于动臂自升式塔式起重机 目前在日本主要生产该类型塔机 按我国情况 该 类型塔机的中小吨位意义不大 目前我国生产该类型塔机的厂家很少但从发展角度看 应加大开发大吨位的该类型塔机的力度 今后国内及东南亚地区 对该类型塔机的需求 量较大 4 塔机的三大传动机构 起升机构 回转机构 变幅机构 工作性能的优劣 是衡 量塔机技术先进的重要标志 目前在塔机上所采用的各种传动方案中 最有发展前途的 是采用调压调速系统和变频调速系统的工作机构 这类调速工作机构最适宜用于大中型 塔机 应用塔式起重机对于加快施工进度 缩短周期 降低工程造价起着重要作用 现在 的塔机必须具备以下几个特点 1 起升高度和工作幅度较大 其中力矩大 毕业设计说明书 3 2 工作速度高 具有安装微动性能及良好的调速性能 3 要求装拆 运输方便迅速 已适应频繁转移工地之需要 1 2 课题任务 1 2 1 课题背景和研究意义 课题背景 金融危机过后 伴随着国内市场的繁荣 塔机出口也表现空前活跃 但 型号并不多 绝大部分型号大同小异 大型 特大型塔机短缺 中 小型过剩 原因之 一是技术法规限制了产品开发 80 年代 我国出于便于统一管理 方便客户选择的初衷 出台了型号分类标准 规范性虽然强了 但很大程度上制约了塔机产品的丰富性和技术 进步 在市场上打得头破血流 而发达国家市场需要什么就开发什么 小到只有 1 2tm 的微型吊 大到 5000tm 的特大塔吊 群雄争霸 各具特色 发达国家普遍应用的快装塔 机在我国还很少见 为了能够尽快适应国内外市场的快速发展 就此选择动臂塔式起重机 QTD63 630kN m 下转台设计和回转支承的校核 课题意义 随着国家西部开发的火热进行以及中国农村向城市化转化进程的加快推 进 国家将不断加强基础设施建设 建筑行业仍旧前景广阔 在这种大好形势下 为建 筑业服务的建筑机械行业也有了新的发展机遇 同时 随着经济的发展 建筑楼群的密 集 使塔机的工作空间受限 基于高层建筑的发展 新制定的领空权许可制度以及跨占 邻居领地产生的纠纷等因素 迫使人们改变已有的传统观念 从小车变幅改变为臂架俯 仰 为塔机作业创造有利空间 推动了各种类型动臂塔机的改造和发展 若能够将本次毕业设计课题研究成果应用到实际大批生产中去 新型 QTD63 塔机开 发成功后 必然增强其市场竞争力 具体表现在 1 采用最新平面布置理论将塔式起重机整体布置协调统一 2 采用新型安装方法提高了塔机组装及拆卸的速度从而提高效率 3 新的安装拆卸方法更加提高了塔机的安全性能 1 2 2 课题论述 随着建筑工程量以及建筑形式的多种多样 建筑机械也出现了多种多样的形式 塔式 起重机也随之出现了多种型号 塔机繁多的型号势必给塔式起重机制造厂家出了个多工装 的难题 每个型号都要有独立的工装 这就使生产成本大大提高 同时多种多样的工装在 工厂也占据了大量的空间 毕业设计说明书 4 再就是塔机使用时有很多标准节是闲置的 高层建筑使用的附着式塔机随着高度的 增加使用的标准节的数量是相当可观的 然而在建筑初期高度不高时 很多标准节是闲置 的 这就造成了标准节大量的堆积从而产生了资源的大量浪费 我们这样考虑 如果把附 着式塔机堆积的标准节暂时使用到其它塔机 包括同型号和不同型号只要满足应力需要 上 这样不就把大量堆积的标准节疏通开了吗 同时也降低了标准节的大量租借的费用 考虑资源的综合利用 此次设计 依据 QTD125 按照相应经验进行比例运算初步估 算出 QTD63 型号塔机的基本尺寸 然后依据原始数据进行运算分析 运用三维建模软件 Solidworks2008 进行建模 然后运用有限元分析软件 ALGOR 进行后处理校核 2 整机方案设计 根据国内动臂塔机开放中反映出的问题 如结构选择 安全保护 设计计算等特殊 要求 进行了分析讨论 最终确定本次设计塔机型号为 QTD63 的动臂塔机的整机方案 本次塔机设计总体方案确定的关键技术如下 2 1起重臂的臂根铰接点后置回转中心2m 动臂塔机由于臂架仰角为 15 83 无论是工作状态或非工作状态均需考虑随仰 角增大而变大的弯矩 这也是为什么动臂塔机塔身自身高度应按臂架长度来确定的原因 非工作状态时塔身高度应满足以下条件 由于臂架自重产生的力矩尽可能小 使较短的平衡臂方向获得的后倾力矩较大 以 抵抗暴风侵袭 臂架仰角也不能过大 以尽量减小臂架的迎风高度 因此采用臂架臂根处后置 2m 既避免了仰角过大容易后倾 又可使臂架自重产生的力 矩减小 2 2起重臂架截面形式及材料 起重臂架截面形式采用三角形截面臂架 理由是 其自重轻 腹杆数量少 臂根与 臂头节无需改变截面 更重要的原因在于三角形截面臂架形成的构造偏心使轴向压力和 臂架自重产生的弯矩在某些幅度会抵消一部分 减小了臂架的内力 动臂塔机的臂架主要受压 以结构稳定为主 刚度比强度影响更大 采用高强度合 金钢 如果热处理 焊接工艺不恰当会造成应力集中 使其抗冲击能力下降 另外还要 毕业设计说明书 5 考虑到塔机的生产成本 还有即使强度 刚度均可保证 臂架自重降低过多 在摸个特 殊工况是有害的 根据以上分析动臂塔机的臂架采用过高强度的材料是不合适的 因此 选用 Q345 的碳素结构钢 2 3 A形架及防倾覆装置 过去 A 形架的撑杆和拉杆向颈部收缩 前后两面均成三角形或梯形 其好处是顶部 的定滑轮组支撑轴或梁较短 但它产生了撑杆或拉杆的侧向水平分力 杆端支座受力复 杂 且增加制造成本 如果两侧的杆件均设计成平衡 就会克服以上缺点 仔细分析还会发现两侧平行结构可减小 A 形架顶点垂直于臂架起升平面的位移 有 助于提高臂架的侧向稳定性 由于 A 形架顶部横向尺寸变宽 不会使顶部的起升和变幅钢丝绳与顶部结构内侧干 涉 擦碰 A 形架顶部横向尺寸变宽 后置的起重臂仰角变大时不会与 A 形架撑杆的主弦内侧 干涉 碰撞 图 2 1 A 行架 2 3 1防后倾装置 工作状态起重臂仰角较大时 强风从前方吹来 由于此时回转机构可能处于制动状 态 吊钩又是空载 变幅钢丝绳不能承受来自前方的推力 如果臂架自重力矩如果小于 前吹风产生的力矩 就会使臂架后倾而失去控制 当阵风骤然停止时 臂架在自重作用 下会反弹下坠 可能造成变幅拉杆或钢丝绳受冲击载荷而断裂 因此各种正常的工作仰 角下 自重力矩应超过风载力矩 否则应限制工作仰角 由此可以看出防后倾装置是非 毕业设计说明书 6 常重要的 2 4固定平衡重 关于配重在变幅时是否要移动或摆动 目前欧洲塔机业已有定论 虽然移动的配重 可以抵消动臂产生的静载力矩的 20 但是采用移动配重需要额外的检查及维护保养 成 本高 并且研制费用也高 因此它是不必要的 增加的繁琐 不安全因素几乎抵消了其 调节塔顶力矩的好处 2 5上转台与平衡臂的布置 简称回转平台 回转平台上布置 A 形架 臂根铰接点支座 起升和变幅机构 平衡重 配电箱等 其作用和位置与水平臂塔机的塔顶相同 目前动臂塔机回转平台的的支撑方式主要有两 种 1 回转上支座与回转平台合二为一或连接成一个整体 或者是回转平台铰接在三 角支架上 三角支架在铰接在上转台上 并在回转平台后部用撑杆支撑在上转台上 由 于三角支架要承受全部回转转矩 避免不了扭转产生的冲击载荷 而上转台则要承受交 变的集中载荷 因此不如图 3 所示的结构传力直接简单 该结构将平衡臂与上转台通过销轴连接为一体 还降低了回转支撑承受到的风载荷 力矩 另外上述结构的安装也比较繁琐 特别是回转平台与上转台间的连杆制造比较复 杂 对机械加工要求较高 也影响人员通过和回转机构的安装拆卸 图 2 2 三角形支架式 毕业设计说明书 7 图 2 3 动臂连接示意图 2 6塔身标准节的连接采用销轴连接 塔身主要承受其以上起重臂 吊重 吊钩 平衡臂 A 形架 配重 上下转台 以及 起升 回转和变幅三大机构等的自重以及塔机的吊重和以上各部分产生的弯矩 塔身标 准节的连接直接影响到塔机的整机稳定性 图 2 5 总图 因此塔身标准节的连接形式尤为重要 塔身标准节采用的连接方式主要有盖板螺栓联接 套柱螺栓联接 销轴联接和瓦套 法兰盘连接 其中应用最广的是盖板螺栓联接和套柱螺栓连接 其次销轴联接 高强螺 栓连接易造成应力分布不均 容易造成应力集中 高强螺栓需要经常维护 且螺纹外牙 和内牙容易折断和磨损 造成塔机安全事故 高强螺栓连接时需要增加一定的预紧力 而且要不定期的维护检查螺栓是否松动以保持塔机整体稳定 由此会增加塔机在使用过 程中的成本和降低塔机的安全性 而销轴连接制造简单 成本低 不需要进行经常的维 护 且销轴不会松动 因此销轴连接方式安全性更高 便于加工 成本低 因此本次设 计标准节间采用销轴连接而非高强螺栓连接 毕业设计说明书 8 2 7底架设计方案 动臂式塔机可以采用的底架主要有 十字型底架 井字型底架和预埋支腿式底架 预埋支腿式底架所用的混凝土材料较多 成本较高而且工程量大 十字形底架的塔身危 险断面在塔身的根部 这样对塔身的材料要求提高 带撑杆的十字形底架由于塔身撑杆 的位置塔身危险断面由塔身根部移动到撑杆的上支撑面 同时塔身根部平面对底架的作 用载荷得以减小 从而改善底架的受力情况 节省所用的底架混凝土 但占地面积较大 井字形底架具有带支撑的十字形底架的优点 而且可反复利用 降低成本 所以本次设 计的动臂式塔式起重机选择井字型底架 以上为动臂塔机 QTD63 整体方案设计中的部分结构 具体各部件设计由小组成员自 行决定 3 回转机构设计与回转支承的校核 3 1 回转机构的设计 3 1 1传动方案选择 塔机对回转传动装置的要求 按其重要程度顺序归纳为下列几条 1 回转平稳 起动制动惯性力小 这对建筑施工要求塔机作业范围越来越大 即起 重臂需越来越长 更显得重要 2 在重载 轻载 或空载 回转时可实现不同的速度 即有调速功能 以提高施工工 效 3 使用可靠 寿命长 如果故障频繁 对施工工期影响太严重 4 工作时可停止定位 非工作状态可自由转动 5 回转传动装置本身尺寸小重量轻 以便于上支座结构布置及减轻塔身结构和顶升 机构的计算负荷 减少压重 这对轨道式作业的塔机尤为突出 6 传动效率高 以节约电能 同有以下几种传动方案 一 单速电机 蜗轮传动减速器 输出小齿轮 销柱式大齿圈 立柱式支承 这种结构系统大量用于简易型 160kN m 200kN m 塔机 生产工艺简单 主机厂 能够自制 价格便宜 但就性能要求而言 上述六条要求几乎都无法实现 所以在非简 易型的 250kN m 以上的塔机中不能采用 毕业设计说明书 9 二 单速电机 皮带传动 液力偶合器 电磁吸铁制动器 渐开线齿轮一级传动 摆线针 轮减速器 输出小齿轮 单排交叉滚柱式回转支承 这种结构系统是 80 年代设计的 800kN m 级塔机中应用的 从这一长串的组合就 看出结构复杂 传动效率低 不能调速 使用可靠性差 自重大 现场使用也故障频发 再有针齿摆线平动齿轮减速器的特点 针齿摆线行星齿轮传动是一种新型的齿轮传 动装置 现已申请国家发明专利该传动突破了齿轮传动的传统特征 改变了轮齿与轮体的 刚性联接为转动联接 使齿轮的全部轮齿成为一组作偏心定轴转动的独立运动体 即偏心 针齿 偏心针齿摆线行星齿轮传动正是这样一种具有开发潜力和良好应用前景的传动装 置 偏心针齿摆线行星齿轮传动具有传动比大 结构紧凑 转臂轴承寿命长等优点 是一 种具有发展前景的新型传动 5 回转起动冲击大 尤其是反转制动 冲击更大 三 单速电机 摆线针轮减速器 输出小齿轮 单排交叉滚柱式回转支承 或双排球式 回转支承 这种结构系统在很多塔机中应用 使用中反映出的问题有 起制动不平稳 惯性 冲击大 没有定位功能 使用中采用 打反车 来定位 加剧了冲击和摆动 不能 调速 摆线针轮减速器的输出端原来不是为塔机悬臂结构设计的 现在用于悬臂形式 就出现输出端漏油严重 输出轴变形大 开式齿轮啮合不良 甚至出现减速器下端轴承 和壳体损坏的严重故障 选用的双排球式或单排交叉滚柱式回转支承都是承载能力低 自重大 寿命短 价格贵的结构 四 力矩电机 液力偶合器 电磁 弹簧制动器 行星传动减速器 输出小齿轮 单排 球式回转支承 星齿行星齿轮减速器特点 它是一种新型传动装置 具有重量轻 体积小 重量轻 传动比大点 而且这种传动采用标准的圆柱 齿形最简单 基本实现了受载零件全部做 纯滚 并且各主要受力处多为凹凸接触 且有较高的接触强度 3 而且现在服役的塔机 大部分用的都是星齿行星齿轮减速器 星齿行星减速器如图 3 1 所示 毕业设计说明书 10 图3 1 星齿行星齿轮减速器 1 电机 2 液力耦合器 3 制动器 4 行星减速器 5 输出小齿轮 6 回转支承 7 螺 栓 8 螺栓 这是我们成系列配置设计的结构 简图如图 1 1 所示 它具有回转平稳 高低两速 停止定位 径向尺寸小 传动效率高 自重轻等特点 是目前市场上的主流产品 并且 有的厂家已经提供成套的产品 1 行星减速器内的齿轮是淬火后磨削的高精度硬齿面齿轮 输出小齿轮及回转大 齿轮都经表面淬火 所以传动功率大 传动效率高 噪声小 使用可靠 寿命长 2 行星减速器输出端按塔机悬臂结构专门设计 采用 GB297 87 滚锥轴承 双层 骨架式油封 大直径输出轴 与输出小齿轮花键联接 克服了前面所述的其它减速器输 出端经常出现的多种缺陷 并可根据主机需要 简便地配换各种参数的输出小齿轮 以满 足不同规的塔机要求 3 行星减速器有 A 型 长颈 及 B 型 短颈 两种 可满足不同的上支座结构 传动 比 i 可根据需要另行匹配 4 自重轻 如 80 年代设计的 800kN m 级塔机 采用前述第二类结构型式的回转 传动装置 交叉滚柱式回转支承自重 864kg 电机 减速器等双机构自重 2 600 1200kg 整套回转传动装置自重约 2064kg 又如现在使用的 1600kN m 级塔机 原设计采用第三 类传动型式 双排球式回转支承自重约 3100kg 双传动机构自重约 2 550 1100kg 整套装 置自重约为 4200kg 采用新的装置 自重仅有 1743kg 或 1805kg 可见成套回转传动装 置在节省的材料和资金都十分可观 5 双速电机与液力偶合器匹配 具有调速和吸收冲击的功能 回转平稳 6 单排球式回转支承采用 JJ 3611 91 单排球式回转支承 标准 产品曾获建设 部科技进步二等奖 国家科技进步三等奖 建设部部优和国优证书 由马鞍山回转支承 毕业设计说明书 11 厂生产 行星传动装置获安徽省科技进步三等奖及安徽省优秀新产品奖 由马鞍山传动 机械厂生产 图中件 采用 JG T 5057 1995 建筑机械与设备 高强度紧固件 上述二厂都是建设部纳入部 七五 及 八五 技术改造的定点企业 技改后设备先进 质量保证体系完善 具有为建设机械提供优质配套的能力 经过分析比较最后选择第四种传动方案 因为第四种传动方案具有塔机对回转机构 装置的要求 具有回转平稳 起动制动惯性力小 使用可靠 寿命长 工作时可停止定位 非工作状态可自由转动 最重要的是回转传动装置本身尺寸小 重量轻 便于上支座结构 布置及减轻塔身结构和塔身的自重 减少了塔身的重量 3 1 2回转支承的选择 回转支承主要用于为塔式起重机回转部分提供稳定 牢固的支承 并将回转部分的 载荷传递给固定部分 在塔式起重机中主要有柱式和滚动轴承式回转支承装置 柱式回转支承装置 柱式回转支承装置可分为转柱式和定柱式两类 转柱式回转支承装置结构简单 制造方便 适用于起升高度和工作幅度以及起重量 较大的塔式起重机 定柱式回转支承装置结构简单 制造方便 起重机回转部分的转动惯量小 自重和 驱动功率较小 能使起重机的重心降低 滚动轴承式回转支承装置 起重机回转部分固定在大轴承的回转座圈上 而大轴 承的固定座圈则与底架或门座的顶面相固结 常用的滚动轴承式回转支承有以下 四种 a 单排四点接触球式回转支承 它由两个座圈组成 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 中小型起重机可选用 b 双排球式回转支承 双排球式回转支承有三个座圈 钢球和隔离块可直接排入上 下滚道 根据受力状况 安排了上下两排直径不同的钢球 这种开式装配非常方 便 上下圆弧滚道的承载角都为 90 能承受很大的轴向力和倾翻力矩 特别适 用于要求中等以上直径的塔式起重机 c 单排交叉滚柱式回转支承 单排交叉滚柱式回转支承由两个座圈组成 结构紧凑 重量轻 制造精度高 装配间隙小 对安装精度要求高 滚柱为 1 1 交叉排列 能同时承受轴向力 倾翻力矩和较大的径向力 毕业设计说明书 12 d 三排滚柱式回转支承 三排滚柱式回转支承有三个座圈 上下及径向滚道各自分 开 使得每一排滚柱的负载都能确切地加以确定 能够同时承受各种载荷 是四 种产品中承载能力最大的一种 轴 径向尺寸都较大 结构牢固 特别适用于要 求较大直径的重型机械 综合比较 结合本次课题要求 选用单排四点接触球式回转支承 型号为 011 40 1250 3 2 回转机构的校核 作用在回转支撑上的载荷主要包括起重臂架 平衡臂架 平衡重 塔顶部分的自重 最大额定起升载荷 风载荷 惯性载荷以及回转齿轮啮合力的作用 这些力均可向回转 中心简化成回转支撑的计算载荷垂直力 V 水平力 H 和力矩 M 三部分 本次设计中需要 校核三个工况即起重臂与水平分别成 15 71 83 时 经分析 15 工况时最危险 因此选择此工况进行校核运算如下 作用在滚动轴承上回转支承上的载荷如图 3 3 所示 图 3 2 作用在滚动轴承式回转支承上的载荷 3 2 1主要性能参数 15 时 回转速度 吊重运行速度 n 0 87r min 验算工况 在最大起重量幅度 35m 吊起最大起重量 2t 时进行校核运算 工作级别 M5 JC 40 Z 300 3 2 2载荷确定 毕业设计说明书 13 3 2 2 1 垂直力 qq0qq1V FkFFFF 1 155 2000 2200 8283 5 5000 17793 5kg 式中 k 超载系数 1 155 2 1 1 1k 2 2 1 11 1 1 起升载荷系数 1 10 2 吊臂自重 2200kg q1 F 平衡重 5000kg qq F 额定最大起重量 2000kg F 回转支承之上除 之外的其它部分重量 q0 F q1 F qq F 8283 5kg q0 F q01 F q02 F q03 F q04 F q05 F q06 F q07 F q08 F 平衡臂重 913 4kg q01 F 变幅机构 2600kg q02 F 配电器 150kg q03 F 起升机构 1800kg q04 F 上转台左侧 1511 3kg q05 F 上转台右侧 977 3kg q06 F 吊钩重量 150kg q07 F 起升机构上钢丝绳质量 181 5kg q08 F 回转中心左侧吊臂 200kg q1 F 回转中心右侧吊臂 2000kg q1 F 17793 5 10 177935N V F 3 2 2 2 力矩 M 2 2 1 2 0 h kM MFMRF 毕业设计说明书 14 222 50964116 3 9 5938 2 251683352000155 1 559450 N m 式中 起重机回转支承以上部分风载荷 5938 9N 1 F q 1 F 3c65cc4c13c1b A1 25 CAAAAAC 22c CA 250 1 25 8 67 1 3 2 31 1 959 0 7 0 7 0 4 1 2 1 488 1 6 N 5938 9N 图 3 3 回转支承以上各部分行心到回转支承的垂直距离 h 回转支承以上部分与回转支承高度方向的距离 3 116m h 17665544332211 hhhhhhh AAAAAAA 13c612c511c410c29c18c4 hhhhhh AAAAAA 1 F 1 2789 2 125 1 3784 3 475 1 3784 5 028 1 3784 6 581 1 3784 8 134 1 3784 9 687 0 4989 10 678 5938 9m 3 116m 臂节一重心至回转支承垂直距离 2 125m 1 h 臂节二重心至回转支承垂直距离 3 475m 2 h 臂节三重心至回转支承垂直距离 5 028m 3 h 臂节四重心至回 4 h 转支承垂直距离 6 581m 毕业设计说明书 15 臂节五重心至回转支承垂直距离 8 134m 5 h 臂节六重心至回转支承垂直距离 9 687m 6 h 臂节七重心至回转支承垂直距离 10 678m 7 h 上转台重心至回转支承垂直距离 0 362m 8 h 平衡重重心至回转支承垂直距离 0 111m 9 h 平衡臂重心至回转支承垂直距离 0 462m 10 h 变幅机构重心至回转支承垂直距离 1 012m 11 h 配电器重心至回转支承垂直距离 1 112m 12 h 起升机构重心至回转支承垂直距离 1 012m 13 h 回转支承以上部分风阻力矩 50964 N m M 起重机空载后倾力矩 251683 2 N m 0 M 302q201q1qq07q1q906q70 MLFLFLFFRFLFL 10 403q LF 508q04q LFF 605q LF 81q LF 0 574 977 3 17 5 2000 35 150 5000 7 638 913 4 5 4675 2600 5 538 150 3 988 1800 181 5 3 138 1511 3 1 325 200 0 737 10 N m 251683 2 N m 毕业设计说明书 16 图 3 4 各部件形心至回转中心水平距离 平衡重行心至回转中心水平距离 7 638m 1 L 平衡臂行心至回转中心水平距 5 4675m 2 L 变幅机构行心至回转中心水平距离 5 538m 3 L 配电器行心至回转中心水平距离 3 988m 4 L 起升机构行心至回转中心水平距离 3 138m 5 L 上转台左侧行心至回转中心水平距离 1 325m 6 L 上转台右侧行心至回转中心水平距离 0 574m 7 L 左侧动臂行心至回转中心水平距离 0 737m 8 L 右侧动臂行心至回转中心水平距离 17 5m 9 L 最大起重量幅度 35mR 3 2 2 3 水平力 F Fh h 2 1 2 1 p F 旋转惯性力 3928 2N 1 P t LF n 1i ii 1 P 302q201q1qq71q906q7 4 1 LFLFLFFRFLFL qo 毕业设计说明书 17 403q LF 508q04q LFF 605q LF 81q LF 60 n2 0 574 977 3 17 5 2000 35 150 5000 7 638 913 4 5 4675 4 1 2600 5 538 150 3 988 1800 181 5 3 138 1511 3 1 325 200 0 737 N 60 87 0 2 3928 2N 7120N h F 式中 回转速度 2 n 60 t 制动时间 4s 3 2 3回转支承选型计算 选用 011 40 1250 单排球式回转支承 3 2 3 1 当量外载荷计算 h0veq 44 3 37 4 FFDMF 177935 4 37 559450 1 25 3 44 7120 2158268N 式中 回转支承滚道直径 1 25m 0 D 3 2 3 2 回转支承当量净容量 sinddfF 00000 Z 49 40 40 86 sin50 5164678N 式中 净容量系数 49 0 f 钢球直径 32mm 0 d 钢球数量 86 0 Z b0d d1000 Z 00 0 D 540 40100025 1 86 1 毕业设计说明书 18 取整 86 0 Z b 隔板有效宽度 查表的 5mm 3 2 3 3 回转支撑校核 回转支承计算通过 0 F eq F 3 2 4 回转机构传动装置的计算 回转速度 分高 低两种速度 以实现高速吊重回转 慢速就位 3 2 4 1 机构传动装置的总力矩计算 7 0 wsf MMMM 式中 摩擦阻力矩 f M 坡道阻力矩 s M 风阻力矩 w M 3 2 4 2 回转支承的摩擦阻力矩计算 N D M 2 0 df 2158268 2 25 1 01 0 13489 N m 式中 当量摩擦系数 0 01 d d 滚道中心直径 1 25m 0 D 作用在回转支承的总压力 即回转支承当量外载荷 2158268N N 3 2 4 3 风荷产生的阻力矩 M 4675 5 638 7 574 0 25 1q 223133112b CACACARCAM CCC 538 5 34 CAC988 3 36 CAC138 3 35 CAC325 1 23 CAC 737 0 25 1 11b CA 式中 动臂风力系数 1 3 1 C 平衡臂风力系数 1 6 2 C 毕业设计说明书 19 平衡重风力系数 1 2 3 C 计算风压 250paq 回转中心右侧吊臂行心到回转中心距离 17 5m 1 R 动臂迎风面积 8 67 m b A 回转中心左侧吊臂迎风面积 0 4 m 1b A 回转中心左侧吊臂迎风面积 8 27 m 2b A 平衡重迎风面积 1 959 m 1c A 平衡臂面积迎风 1 488 m 2c A 上转台迎风面积 2 31m c3 A 回转中心左侧上转台面积 1 5859 m 3c A 回转中心右侧上转台面积 0 7268 m 3c A 变幅机构迎风面积 0 7 m 4c A 起升机构迎风面积 0 7 mm 5c A 配电器迎风面积 0 4 mm 6c A 50964 N m M 3 2 4 4 坡度引起的阻力矩 s M s M inSRF 2000 17 5 Sin 0 286 3276 N m 由塔式起重机设计规范可知 按坡度的 0 5 计算 tan 0 5 0 286 可得出 13489 48903 3276 0 7M 51457 4 N m 3 2 5回转机构电机选择与校核 毕业设计说明书 20 3 2 5 1 主要参数 回转机构小齿轮数量 17 1 Z 回转机构减速比 195i 回转支承齿数 144 2 Z 3 2 5 2 电机选择 根据回转机构稳定运动时的净阻力矩 回转速度和机构的效率计算机构的等效功率 51457 4 0 61 9550 0 9 9550 n d M P 5 22kw 式中 等效净阻力矩 51457 4N mM 回转速度 I 0 89r minn m n 回转机构的总效率 0 9 回减液 选择回转机构的电动机型号为 YLEW123L 4 185N m JC 40 Z 300 3 2 5 3 功率校核 1 62 51457 4 1651 76 0 9 1 m zI k M TS 56 08N m 式中 基准节电持续率时电动机的启动转矩 2 0 9550 2 67 1440 148N m s T 系数 电动机选的是鼠笼型异步电机 可取 1 62 k 电机个数 1 m z 总传动比 195 144 17 1651 76I 电动机基准接电持续率时电动机的启动转矩 148N m 56 02N m 故过载校验合格 3 2 5 4 发热校核 40651 3 1440 9550 0 9 0 79 1651 76 Ik9550 nT P z mre n 5 89kw 式中 电动机额定功率 Tn nm 9550 n P n P 74 1440 9550 11 2kw 毕业设计说明书 21 额定转矩 185 2 5 74N m n T 额定转速 1440r min m n 最不利工作循环的等平均阻力转矩 re T 51457 4 0 79 grre kT T 40651 3 m 净阻力转矩 51457 4N m r T 系数 0 79 g k 系数 0 7 z k 1000 300 1 1000 z 1kz 式中 z 电动机每小时折算全启动次数取 300 电动机额定功率 11 2kw 5 89kw 故发热校核合格 4 下支座的设计与校核 塔机回转部分的主要构成有上支座 下支座 回转支承以及动传动机构等 安装形 式为下支座下部与塔身相连接 上支座上部安装塔顶及前后臂 上下支座分别通过高强 度螺栓与回旋支承的内 外圈相连 就回旋支承为外齿式而言 下支座 回转支承外 圈保持固定不动 回转支承内圈 上支座及以上部分在工作时由回转机构驱动而作水平 旋转运动 上 下支座均为塔机的重要受力部件 常见的中小型搭机的上 下支座一般 由面板 立板和若干筋板焊接而成 为简易箱形结构 4 1 下支座机构设计 给定尺寸 塔身主肢距离 1 5m 主肢角钢型号 160 160 16mm 常见的中小型搭机的下支座一般由面板 立板和若干筋板焊接而成 为简易箱形结 构 在实际生产中 为便于生产运输下支座一般主要由直接购买的主肢组焊件 骨架组 焊件以及若干耳板焊接而成 下支座生产材料选用 Q235B 主要生产工艺为焊接 运用三维建模软件 Solidwrks2008 进行建模如图 4 1 毕业设计说明书 22 图 4 1 下支座结构模型图 4 2 下支座有限元后处理 然后运用有限元分析软件 ALGOR 进行后处理 为便于获得更为准确的结果在有限元后处理时将上 下支座和回转支承进行装配后 整体后处理 如图 4 2 图 4 2 上下转台装配图 此次塔机设计中主要对转台校核以下六个工况 1 上 下支座旋转成 0 分别校 核起重臂与水平线成 15 71 82 时三个工况 2 上 下支座旋转成 45 分别校 核起重臂与水平线成 15 71 82 时三个工况 运用 ALGOR 进行后处理加载如图 毕业设计说明书 23 4 3 图 4 3 装配体要加载的载荷如图所示 4 2 1后处理各工况加载数据 其中 A 处为全约束 B 处不限制 X 向 C 处不限制 Y 向 D 处不限制 X Y 方向 以下是各工况的加载数据 上下支座成 0 时 1 斜撑杆上作用力 F0 动臂与水平成 15 X 1389Z 143854874N 动臂与水平成 71 X 1389Z 143823176N 动臂与水平成 83 1 处方向 X 1389Z 1438 作用力 6620N 2 3 处起重臂作用力 F1 2 处方向 X 386Z 10374779N 动臂与水平成 15 3 处方向 X 386Z 1037333N 2 处方向 X 32Z 9496152N 动臂与水平成 71 3 处方向 X 32Z 949679N 2 处方向 X 400Z 325770308N 动臂与水平成 83 3 处方向 X 400Z 3257 作用力 2760N 毕业设计说明书 24 4 5 6 7 处平衡臂部分 风载 旋转惯性力转化作用力 F2 4 处方向 X 238399Z 8636238555N 5 处方向 X 145157Z 8637145414N 6 处方向 X 238399Z 8636238555N 动臂与水平成 15 7 处方向 X 145157Z 8637145414N 4 处方向 X 154663Z 9142154933N 5 处方向 X 151420Z 9142151696N 6 处方向 X 154663Z 9142154933N 动臂与水平成 71 7 处方向 X 151420Z 9142151696N 4 处方向 X 28032Z 311728205N 5 处方向 X 31276Z 311731413N 6 处方向 X 28032Z 311728205N 动臂与水平成 83 7 处方向 X 31276Z 3117 作用力 31431N 上下支座成 45 时 1 斜撑杆上作用力 F0 动臂与水平成 15 X 982Z 143854874N 动臂与水平成 71 X 982Z 143823176N 动臂与水平成 83 1 处方向 X 982Z 1438 作用力 6620N 2 3 处起重臂作用力 F1 2 处方向 X 273Z 10374779N 动臂与水平成 15 3 处方向 X 273Z 1037333N 2 处方向 X 23Z 9496152N 动臂与水平成 71 3 处方向 X 23Z 949679N 2 处方向 X 283Z 325770308N 动臂与水平成 83 3 处方向 X 283Z 3257 作用力 2760N 4 5 6 7 处平衡臂部分 风载 旋转惯性力转化作用力 F2 4 处方向 X 168599Z 8636238555N 5 处方向 X 102657Z