QTZ1000塔机总体方案和平头式平衡臂结构设计及起升机构校核计算

1、山东建筑大学毕业设计说明书目 录摘 要IIIABSTRACTIV1前 言1 1.1塔式起重机发展现状1 1.1.1国外塔式起重机发展现状1 1.1.2中国塔机的发展历程1 1.1.3国内塔机行业的发展现况2 1.1.4国内塔机行业存在的问题2 1.1.5当今塔机发展趋势3 1.2主要设计内容52设计原则和参数6 2.1塔机的主要技术参数6 2.2起重机设计原则73总体方案设计8 3.1金属结构8 3.1.1起重臂9 3.1.2平衡臂10 3.1.3上、下支座11 3.1.4塔身12 3.2工作机构13 3.2.1起升机构13 3.2.2回转机构14 3.2.3变幅机构16 3.2.4顶升机构1

2、6 3.3驱动控制系统174平衡臂的设计与计算18 4.1平衡臂总体结构设计18 4.2平衡臂特性计算19 4.2.1平衡臂截面特性参数19 4.2.2计算简图及工况21 4.2.3平衡臂稳定性计算23 4.2.4载荷计算24 4.2.5 拉杆受力计算285起升机构设计及计算29 5.1起升机构总体设计29 5.2钢丝绳选择30 5.3卷筒设计31 5.4电动机功率确定32 5.5减速器选择34 5.6制动器选择34小 结36致 谢37参考文献38摘 要本课题是针对QTZ1000塔机进行相关的设计计算，通过查阅书籍、论文等资料对平头塔机有了比较深刻地认识，平头塔式起重机的优点是适合于群塔交叉作

3、业，适合予对高度有特殊要求的场合施工，适合于对幅度变化有要求的施工场合。 论文首先对塔式起重机和平头塔式起重机的发展及现状做出了阐述，然后阐述了平基塔机的总体方案，并重点对平衡臂和起升的总体方案进行了设计，确定了平衡臂长度、截面特性、稳定性以及起升机构的类型、电动机的选型等，最后，对本次设计进行了总结并列举了在此次设计中所查阅的文献资料。 关键词：塔式起重机；平衡臂；起升机构；校核计算QTZ1000 overall scheme peace head type tower crane balance arm structure design and checking calculation o

4、f hoistABSTRACTThis topic is for QTZ1000 tower crane in design and calculation, through access to books, paper and other materials has a more profound understanding to the tower head, flat head tower crane is suitable for the advantages of the group of crossover operation, is suitable for the occasi

5、on to have special request for highly construction, suitable for the construction situation of the request the change.Paper first head to tower crane peace tower crane and the present situation of development in this paper, and then expounds the overall scheme of the flat base tower crane, and the k

6、ey to balance arm and the lifting of the overall scheme design, determine the balance arm length and sectional characteristic, stability, and the types of lifting mechanism, the selection of the motor, etc., and finally, for the design are summarized and lists the in the design review of the literat

7、ure.Key words: tower crane, Balance arm; Lifting mechanism; A checkIV1前 言1.1塔式起重机发展现状塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械，在工业与民用建筑施工中是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。工作机构主要包括：起升机构、变幅机构、回转机构、行走机构等；起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构，是以间歇，重复工作方式，将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。主要安装在塔式起重机的起重臂上。其主要组成部分有：电机、变速箱、制动器、卷筒

8、、底架、轴承座和安全装置等。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的80%，普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧的减少。因此塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的是使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。1.1.1国外塔式起重机发展现状 塔式起重机的发展及其应用在国内虽然还不到半个世纪，但在国外已有近百年的历史。半个多世纪以来，以法国波坦（Potain）和德国利勃海尔（Liebherr）公司为代表的欧洲几大塔机制造商一直是世界塔机技术的领跑

9、者，在塔机的机构性能、结构形式、应用领域等各方面都取得了突飞猛进的发展。就结构形式而言，动臂变幅式、水平臂架小车变幅式塔机等都曾经在很长的时期内各领风骚，在最近几十年水平臂架小车变幅式的自升塔机无论在国内还是国外的市场上一直占据主导地位。国外凭借先进的生产技术和设备，发展动向主要体现在发展超大型起重机、“迷你”起重机、伸缩臂结构不断改进、数据总线技术的应用、静液压传动起重机的研发等。1.1.2中国塔机的发展历程20世纪50年代，为满足国家经济建设的需要，中国引进了前苏联以及东一些国家的塔式起重机，并进行仿制。1954年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试验成功了中国第一台TQ2-6型塔式起重机。上

10、世纪60年代。当时由东德引入我国的“建筑师”型塔机，这种塔机除了在国内使用之外，北京建筑工程研究所还在此基础上组织开发的16tm红旗、”型塔机，应是我国自行制造最早的塔机。这几款塔机的特性是：轨道行走，下回转，动臂变幅时不可负载，起升不可带载变速以及整体运输等，其使用仅能满足于6层以下楼房的施工。自上世纪60年代至80年代，全国共生产“红旗、”塔机约3000余台，这一型号塔机的生产使用过程也大约持续了20多年。1.1.3国内塔机行业的发展现况2008年国内塔机产量约20000台，产值近100亿元人民币，起重性能从25tm到3000tm，型式主要为水平臂、平头塔和动臂塔，可谓品种繁多，产品的功能

11、用途、性能质量、安全性、技术水平等方面，都在不断地进步和提高，除满足我国国民经济建设飞速发展的需要，还大量出口到非洲、中东，甚至欧美国家。除极少量的大、特型塔机之外，到2000年以后基本挡住了国外塔机的进口。但是在塔机产品的质量、性能、技术水平、可靠性、节能性，以及制造工艺等方面，各制造厂家也存在较大的差异性。张家港P O T A I N、杭州杰牌C O M A N S A独资或引进技术的企业，其生产流程、制造工艺、产品质量、性能和技术水平，都处于国内塔机行业金字塔顶端，特别是P O T A I N的M C320系列塔机的LVF起升机构，采用一字型的轮边减速型式，结构简捷，体积小，高效、节能，

12、代表了当今塔机起升机构较先进的技术水平。抚顺永茂的平头塔机，在产品系列、规模、质量、性能等方面，在国内都处于领先地位。在大吨位平头塔及动臂塔机制造方面，南京中升较有特色。而在大吨位水平臂塔机研发、制造方面，四川建机较有心得。在塔机三大机构方面，各厂家的技术水平和采用的型式也是参差不齐。起升机构以型、L型为多，部分有采用一字型内置行星或轮边减速，动力配置从低到高有三速电机、双速电机带涡流调速、RC S双电机以及变频电机。回转从高到低为变频调速、R C V控制、电磁联轴节、力矩电机调速，较低端的还有采用液力耦合器。而变幅机构大多采用力矩电机和变频调速。而在塔机型式和结构方面，主要还是以法国POTA

13、IN 和德国LIEBHERR两种体系为主。1.1.4国内塔机行业存在的问题在塔机类型及结构方面，一些厂家特别是有一定规模的厂家，过多地重视生产规模，对产品的质量和服务质量不够重视，特别是忽视技术创新，产品的技术水平多年来没有大的提高。一些厂家忽视“塔机安全性为第一位”的原则，盲目追求制造大吨位水平臂塔机，产品结构存在较大的安全隐患。同时一些不具备制造技术及生产管控能力较差的小厂，其产品质量低劣，存在较大的使用安全隐患。同时大多数厂家的产品型式比较单一，对小吨位的快装式塔吊，以及大吨位的动臂式大塔，缺乏相应的研发和投入，与国外先进水平有较大差距。对塔机的智能化和安全预警，也缺乏必要的研发投入。而

14、对于结构材料的抗疲劳试验，更无一个厂家具备相应的技术设施和手段。有的厂家过度注重生产规模，或者不具备必要的生产设施，塔机结构件的焊接质量不高，材料和结构基层不作喷丸除锈处理，喷涂质量不高。 在机构方面，传递效力较低的软齿面圆柱齿轮减速器，有的厂家还大量用于起升机构，不符合国家的节能倡导，而且型起升机构钢绳的使用寿命短，R C S机构双电机能耗高、故障率高，等等，这些落后的技术和产品还在大量使用。这些普遍存在的问题，不仅造成行业技术水平落后，产品的性能和质量不高，还增大了塔机后期的使用成本。1.1.5当今塔机发展趋势塔式起重机的发展与基础设施建设、城市建设、施工工艺、施工技术的发展有着密切的关系

15、，2013年5月23日中商情报网发布的中国塔式起重机发展趋势分析主要有以下几个方面：（1） 向多用途方向发展塔吊不仅可根据施工要求能装配成行走式、固定式、附着式、内爬式等式而且可以把臂架部分改变成灵活的布料杆形式(混凝土输送)进行工作 （2） 由俯仰变幅臂架向小车变幅臂架发展 因为大部分塔吊能自升，高度已不成主要矛盾，故而转向幅度上的发展。特别是水平小车式在结构上占优势，使用很方便（3）起重臂长由短臂向长臂发展主要原因为臂长后使用的幅度范围可以扩大。往往一台塔吊处在两座建筑物中间，能两边兼顾或在乎面形体较复杂的建筑群中使用，以提高经济效益。所以，目前一般的臂长在40m以上，而重型塔吊的臂长已达

16、80M以上。（4）发展积木塔身如把建筑工程历使用的不同超重能力的塔吊给予系列化，并把不同截面的塔身以过渡节形式加以“积木式”这样管理使用方便，塔身力学性能好。（5）工作速度由低速向高速发展塔吊的工作速度直接影响到工程安装的质量和工效各国对此都很重视，目前最大起升速度已达100mmin以上。（6）项升机构通用化自升式塔吊的液压顶升机构价格很贵，如能设计成小巧灵活、可折装能搬动，一台顶升机构就有可能供多台塔吊交叉使用，从而降低塔机成本。（7）发展电视监视、电脑控制系统持别是在操纵、通讯及安全保护方面先进的电子技术将发挥更大的作用。国外在60一70年代就运甩遥控电子技术使塔吊司机直接站在施工作业区，

17、进行现场指挥和各种动作的操作。 （8）下旋式快速安装的塔吊这种塔吊颇受工地欢迎因为此类塔吊机动灵活。如日本在70年代已发展了一种能自行装卸起板，而塔身及支腿能自由伸缩的汽车塔式起重机它能在狭小的马路亡安装施工这种新型塔式起重机能安装18层以下的高层住宅建筑。（9）基于ANSYS有限元软件进行塔式起重机分析研究ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限

18、元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。Bin-Hui发表的的He Research and Key Bearing Part Simulation of Finite Element Analysis Platform of Gantry Crane Based on ANSYS中做了结构有限元分析平台的整体规划设计，使有限元更好的应用于塔机的计算分析。在Naresh Chauhan,  P.M. Bhatt的Improving the Durabi

19、lity of the E.O.T. Crane Structure by Finite Element Analysis, and Optimize the Hook Material for Improving its Solidity中可以看出有限元分析在结构耐久性计算分析方面也十分强大。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，如今已达到国外发达国家九十年代水平并跻身当代国际市场。但是起重机行业在不断地发展，我们需要不断地改进，不断地进行优化设计，才能使我们的起重机产业在世界上占有一席之地。近年来，我国塔机

20、行业通过公关，在认真研究国外技术，结合国情实际情况下，研究出不少好产品，如CAD模块化塔机组合设计，起重、布料两用塔机等。开发过程中，也解决了大功率起升机构的无极变速、PLC控制问题以及长期困扰人们的起升机构乱绳打扭问题等。以上问题都是自主开发采用国外关键元器件的办法实现的，但知识产权是自主的。其中塔机的工作状态监控是我国塔机急需解决又必须解决的课题，这需要对国外技术进行扬弃，根据我国的国情着力进行研制，如能解决将会大大推动我国塔机技术发展向质的飞跃。1.2主要设计内容本次设计研究的是QTZ1000塔机总体方案和平头式平衡臂结构设计及起升机构校核计算。QTZ1000是采用上回转自升式塔式起重机

21、，升高方式为外部附着式、变幅方式为小车变幅式。我这次设计平衡臂及拉杆，为了保证塔机有良好的技术经济性，在设计时金属结构首先满足作业空间的需要，其次满足总体布置的要求，而且有足够的静强度，其金属结构还应有足够的静态刚性和动态特性。塔机金属结构件的重量占整机重量的比重很大，通常约占整机的60-70%。所以选择合适的材料能减轻机构的负荷，降低整机的造价。此外，结构要合理，工艺性要好，尽可能去体现造型美。任何一种机械都有其参数，塔机的参数包括基本参数和主参数。基本参数包括：幅度、起升高度、额定起升载荷、轴距、起重机重量、尾部回转半径、工件速度。主参数是公称起重力矩，这些重要参数直接影响塔式起重机的工作

22、性能、结构设计及其制造成本。QTZ1000型塔机参数的选择将参照各种塔机生产厂家的数据及国家有关文献来确定。起重臂可按施工拼装成50米，60米，70米，80米。自由高度为79米，最大起升高度（附着）200米，额定起升力矩1000T·M。2设计原则和参数图2.1塔机整体示意图2.1塔机的主要技术参数额定起重力矩：1000t.m；最大起重量：80t；最大工作幅度：80m；最小工作幅度：5m；最大起升高度：200米最大幅度处额定起重量：13T起升高度：独立79米，附着200米起升速度：7.272m/min最低稳定速度：5m/min最大回转速度：0.5r/min变幅速度：0-35/50m/m

23、in顶升速度：0.4m/min工作温度：-2040 工作电压：380±%10V 风速：工作状态：20m/s 非工作状态：46m/s 安装时最大高度处风速12m/s2.2起重机设计原则参照工程起重机结构与设计手册、D1250-80说明书，暂定塔机各机构工作级别如下：（1）载荷状态 Q2 （中等载荷） 名义载荷谱系数 Kr=0.25（2）利用等级 U4（经常清闲的使用） 总的工作循环次数 N=2.5×105（3）起重机的工作级别 A43总体方案设计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

24、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。塔机基础固定一般分预埋螺栓固定基础，预埋支腿固定基础两种形式，由于本次设计为QTZ1000塔式起重机，最大起升高度200米，最大吊重80T，属于超大型起重机，所以采用稳定性更好

25、的预埋支腿固定式。支腿上部与塔身节相连接，塔身节顶端、顶升套架与下转台相连接，下转台上面与回转支承的外圈连接。紧固在回转支承内圈上的转动部分包括上回转台、回转塔身、平衡臂、起重臂、变幅小车与吊钩、平衡重、起升机构、回转机构以及司机室等。这些部件均可绕塔身轴线在各自水平面内一起回转。起重臂通过销轴与塔头相连接。平衡臂则用两根拉杆与塔头连接，其根部与上转台销轴连接。起升机构设在平衡臂中后部，回转机构布置在上转台右侧，左侧是司机室，变幅小车和吊钩由设在位于起重臂靠近根部处的变幅机构牵引，沿起重臂纵轴线做水平往复运动。塔式起重机包括金属结构、工作机构、驱动控制系统三部分。3.1金属结构塔式起重机的金属

26、结构是塔式起重机的重要组成部分，金属结构主要部件为：起重臂、平衡臂、上下支承座、塔身等。通常约占整机自重的70左右，承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷，必须在结构的强度、刚度、稳定性等方面保证塔机安全可靠地工作。因此金属结构设计是否合理、制造质量的好坏都将直接影响塔式起重机的工作性能。塔式起重机金属结构的设计必须满足以下要求：（1）满足塔式起重机总体设计要求（2）满足塔式起重机安全可靠的要求（3）重量轻、材料省（4）构造合理、工艺良好（5）造型美观3.1.1起重臂塔式起重机臂架的结构型式有三种：桁架水平式、桁架压杆式、桁架混合式（图3.1）桁架压杆式臂架利用固定在臂架端部的变幅钢丝绳改变臂

27、架倾角，使臂架俯仰变幅臂架主要承受轴向压力。桁架水平式臂架利用沿臂架弦杆运行的起重小车的移动实现变幅臂架主要承受轴向力及弯矩作用。本次设计QTZ1000是采用桁架水平式。a)桁架水平式 ；b)桁架压杆式 ；c)桁架混合式图3.1塔式起重机臂架塔式起重机臂架长，自重较大，臂架设计合理与否直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和整机自重。因此应该在保证臂架的强度、刚度和整体稳定性的条件下尽量减轻臂架的重量。根据以上分析采用小车变幅式臂架，双吊点腹杆布置，三角截面起重臂的腹杆采用人字形布置，加工方便，便于布置小车变幅机构。起重臂横截面为等腰三角形，上弦杆、斜腹杆、水平斜腹杆均为无缝钢管，两根下弦杆为槽

28、钢，下弦杆的上表面及侧面保证分别平整既相互垂直以兼作变幅小车的运行轨道。起重臂每节之间不存在互换性。为便于安装运输和组合成不同长度臂架，吊臂一般分成若干段，由根部节、端部节和若干标准节组成，各节间通过螺栓和销轴联接。图3.2 起重臂截面示意图图3.3 起重臂结构示意图3.1.2平衡臂QTZ1000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

29、，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。上回转塔机的平衡臂较长，约为起重臂长的1/4左右，QTZ1000最大工作幅度为80米，所以本次设计平衡臂长度为20米。全臂分为两节，节间用销轴连接其根部用销轴与回转塔身相连，尾部通过平衡拉杆与塔顶相连接。平衡重搁置在尾部起升机构也靠后布置，电控柜靠前方。这样布置平衡效果最好，而且便于检查、维护和管理。图3.4 平衡臂结构示意图图3.5平衡臂截面图3.1.3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

30、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。图3.6 下支座图3.7 上支座3.1.4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，主弦杆一般为角钢或者方钢管、圆钢管。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

31、。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。(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、X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X形布置。适合起重能力较大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QTZ1000塔机由于属于大型起重机，为提高安装效率，采用销轴联接，其特点

32、是：具有安装速度快、不需要控制预紧力。(4） 塔身结构设计轻、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。 QTZ1000属于大型自升式塔机，为方便运输、储存，综合各种型式的特点，塔身结构采用拼装式塔身标准节。如图3.8所示：图3.8 塔身结构示意图3.2工作机构工作机构

33、包括：起升机构、回转机构、变幅机构等部件。是塔机功能执行机构，其性能好坏，直接关系到整机工作性能好坏。在塔机设计和使用过程中，必须保证其运转平稳和工作可靠。3.2.1起升机构起升机构是实现重物升、降运动的机构。塔式起重机的起升机构的组成：电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等。起升机构同平衡重一起安放在平衡臂的尾端，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。该机构采用三速电动机驱动，通过操纵台上的转换开关，实现变速，以获得理想的起升速度和慢就位的准确性。（1）起升机构要注意以下几点问题：起升机构的卷筒应具有足够的容绳量，臂架

34、处于最小幅度，吊钩处在最低位置时，在卷筒上至少要保留3圈钢丝绳。钢丝绳在卷筒上应有防止乱绳的装置，应选用不旋转钢丝绳。载荷在空中停止后，再次做提升起动，此时载荷载任何提升操作条件下，均不得出现明显反向动作。起升机构按布置形式分为：形布置、L形布置、U形布置、一字形布置。跟据设计要求选择形布置。起升机构布置形式： 图3.9 起升机构示意图1.电动机；2.制动器 ；3.减速器；4.卷筒；5.轴承座；6.高度限位器（2）起升机构主要零部件选择减速器选择起升机构常用的减速器有圆蜗轮减速器、柱齿轮减速器、行星齿轮减速器三种。涡轮减速器的优点是重量轻、尺寸小、传动比大，缺点是效率低、寿命短；柱齿轮减速器的

35、优点是效率高，功率范围大，缺点是体积重量都很大；行星齿轮减速器的优点是结构紧凑、传动比大、重量轻，缺点是造价贵。综合考虑性价比、工作效率，本塔式起重机选择柱齿轮减速器，且柱齿轮减速器已经标准化，选型方便。制动器选择为了保证起升机构的正常工作和安全性，防止工作中突然断电导致重物下坠，制动器应选用常闭式。钢丝绳选择根据绳钢丝韧性（内弯次数的多少）分为：特级、I级和级，起重机通常采用I级。由于本塔机常用于海边港口建设，湿度大，腐蚀严重，故钢丝绳的表面处理应为“甲”级（用于严重腐蚀场合）。钢丝绳应选用交绕绳，因其克服了顺绕绳扭转和易松散的缺陷，且比混绕绳的制作工艺简单，经济性好。3.2.2回转机构回转

36、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

37、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QTZ1000型号塔式起重机回转机构

38、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YTRVF180L1-4F2B5。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3.10。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-回转大齿轮图3.10回转机构简图3.2.3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

39、同的变幅方式分为运行小车式和吊臂俯仰式。此次设计的QTZ1000型塔式起重机采用水平臂小车变幅，实现小车的水平移动。由于起重量较大，为避免起重臂臂架应力过度集中，所以采用双小车变幅。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。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。 1.起升卷筒导向滑轮；2.撑架导向滑轮；3.上支座起重量限制器滑轮；4副小车；5.主、副小车连接粱；6.主小车；7.防扭装置；8.主小车定滑轮； 9.下滑轮组滑轮：10.上滑轮组滑轮

40、；11.副小车定滑轮图3.11双小车四倍率绕绳3.2.4顶升机构顶升机构的顶升形式有绳轮顶升、链轮顶升、齿条顶升、丝杠顶升和液压顶升等5种。绳轮顶升和链轮顶升机构简单，但不平稳，采用较少。液压顶升机构具有结构简单、工作可靠、平稳、安全、操纵方便、爬升速度快等诸多优点。本塔机采用液压顶升机构。 综合上述机构选型和原始设计参数得出下面的技术性能数据表：技术性能数据表机构工作级别起升机构M4回转机构M5变幅机构M4整机工作级别A4最大起重力矩(t.m)1000独立式最大起升高度（m）固定式附着式79200工作幅度（m）最大80最小6.5最大起重量（t）80起升机构型号QPL4272倍率=2双小车=4

41、双小车=8起重量（t）/速度5/7210/57.620/ 28.810/ 3620/28.840/ 14.420/1840/14.480/ 7.2最低稳定速度（2倍率）（m/min）5功率（kW）132变幅机构速度（m/min）035/50功率（kW）18.5回转机构速度（r/min）00.5功率（kW）3×18.5顶升机构工作压力（Mpa）31.5速度（m/min）0.4功率（kW）22总功率（kW）200（不含顶升）平衡重（t）50米臂长60m臂长70m臂长80m臂长45.445.455.257.4工作电压380（±10%）V50Hz风速工作状态20m/s非工作状态46

42、m/s工作温度（）-20+403.3驱动控制系统驱动控制系统是塔式起重机又一个重要的组成部分。驱动装置用来给各种机构提供动力，最常用的是YZR与YZ系列交流电动机。控制系统对工作机构的驱动装置和制动装置实行控制，并及时地将工作情况用各种参量：电流值、电压值、速度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置与风速等数值显示出来，以使司机在操作时心中有数。一台性能优越的塔式起重机，必须由性能良好、安全可靠、寿命较长的控制系统与之配合。4平衡臂的设计与计算4.1平衡臂总体结构设计平衡臂是用来搁置平衡重、起升机构、电控柜等设施用的，它是由工字钢、槽钢、防钢管或角钢组焊而成的平面框架，其上设有走道和防护栏杆，便于

43、人员在上面进行安装和检修作业。上回转塔机的平衡臂相对较大，约为起重臂长的1/4左右，前臂分为前后两节，节间用销轴连接，其根部由销轴与回转塔身相连 接，尾部通过平衡拉杆与塔顶相连接。平衡重搁置在尾部，起升机构也靠后方布置，电控柜靠前方布置，这样布置平衡效果最好，而且便于检查、维护和管理。平衡臂的载荷是固定不变的，故其结构计算便于掌握计算，对于起升机构的运转是一个动载荷激振源，其激振频率与平衡臂固有频率相等或与平衡臂固有频率相接近也会产生共振。使塔机工作平稳。当遇到这样的情况时，平衡臂的梁要加大，增加刚性，改变其固有频率；缩短平衡臂长度，也可改变固有频率，但平衡重要增加；还有一个办法，是在一节臂也

44、设置一个辅助的拉杆支点，平衡拉杆在中间分叉总拉杆在分拉杆夹角平分线上，形成稳定的双吊点平衡拉杆。这种方法对改变固有频率最有效。平衡臂结构形式：上回转塔机需配设平衡臂，其功能是支承平衡重（或称配重），支承平衡重用以构成设计上所要求的作用方向与其中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，还常在其尾部装设起升机构。起升机构之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一则可以发挥一部分配种作用；二则增大钢丝绳卷筒与塔尖导向轮之间的距离，以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳现象。平衡臂有以下几种结构形式：(1）平面框架式平衡臂：有两根槽钢纵梁或有槽钢焊成的箱形断面组

45、合梁和系杆组成。在框架的平面铺有走道版，走道板两旁设有防护栏杆。这种平衡臂结构简单，加工容易。(2）三角形断面桁架式平衡臂（正三角形断面和侧三角形断面两种）：此类平衡臂的构造与起重臂结构构造相似，但较为轻巧，适用于长度较大的平衡臂。(3）矩形截面桁架式平衡臂：根部与座在回转塔架连接成一体，适用于小车变幅水平臂架特长的超重型自升式塔机。平衡臂结构形式的选用原则是：自重比较轻，加工制造简单，造型美观与起重臂匹配得体。起重力矩不超过1600KN·M的自升式塔机，均以采用平面框架式平衡臂较为适宜。重型和超重型自升塔机，则可采用倒三角形或矩形截面桁架式的平衡臂。平衡臂的构造设计必须保证所要求的

46、平衡力矩得到满足。短平衡臂优点：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的减轻塔身上部垂直载荷。根据以上分析，QTZ1000型塔式起重机选用矩形截面桁架式平衡臂。图4.1 平衡臂机构示意图图4.2 平衡臂截面图4.2平衡臂特性计算4.2.1平衡臂截面特性参数（1）主肢截面形式为等边角钢封板： 已知：角钢型号：L200*20-9430 封板型号：10*177 角钢截面参数：Ix1=2545.83mm4 Iy1=2545.19mm4 Wx1=240.41mm4

47、 Wy1=240.41mm4行心坐标：X1=10.59mm Y1=10.59mm 封板截面参数：Ix2=8049.71mm4 Iy2=8049.71mm4 Wy2=909.57mm4 Wy1=910.15mm4 形心坐标：X2=8.58mm Y2=8.58mm（2）斜撑杆截面形式为槽钢： 槽钢型号： C12.6 槽钢截面参数： Ix_xcg=3910000mm4 Iy_xcg=380000mm4 Wx_xcg=621000mm3 Wy_xcg=102000mm3 ix_zfg=49.5mm iy_xcg=15.7mm A_xcg=1569.2mm2（3）横梁截面形式为方管： 已知：方管型号：F

48、70*4 方管截面参数：Ix1=2545416mm4 Iy1=2545416mm4 Wx1=56564mm4 Wy1=56564mm4 （4）平衡臂截面A整个截面的截面特性： 截面面积:A_db=2A_zh=6983.400mm2Ix_db=2Ix_zh =67400000.000mm4I4.2.2计算简图及工况 图4.2 平衡臂计算简图图4.2中：Q1、Q2：平衡臂自重；G2:起升机构重（10.8t）；G3:配电箱重（100kg）；Q3:平衡重； T：拉索拉力； S：起升钢丝绳拉力；G1：平衡臂自重（33.09t）；G4：平衡重（57.4t）。计算工况：本塔式起重机平衡臂耳板位置的设计原则：

49、无风、静止状态主肢应力等于无风、吊起最大起重量、静止状态主肢的应力。所以平衡重设计工况确定为空载、钢丝绳全部卷入、风垂直吊臂吹。平衡重位置及拉杆确定工况一： 满载P=80t，高度为最大H=79.95m， 钢丝绳拉力：=px+=80x0.5（1+1.3）x+37000=957000(N) :吊钩组重（37000N）； ：钢丝绳重量(500N)； ：起升机构从卷筒到吊钩的传动总效率； a:滑轮组倍率； ：动载系数；工况二： 空钩时，钢丝绳全部卷入。设工况一和工况二由平衡臂自重、；起升机构重；配电箱重；平衡重；拉索拉力T；起升钢丝绳拉力S；轴力分别为、和、。/根据平衡重位置的设计原则：（起升机构出工

50、况一和工况二的应力相等）计算得：=36291.65（N）拉索直径：取 故选用mm的圆钢（两根拉索）：平衡臂拉杆与平衡臂夹角； ：起升绳与平衡臂夹角。4.2.3平衡臂稳定性计算(1)计算所需部分数据： 平衡臂宽：1500mm； 主肢20#+10封板； 平衡臂根回转中心距：1850/2+180=1105mm； 最大额定起重量：P=80t； 最小额定起重量：P=1.15t； 回转速度：0.5r/min； 起、制动时间：t=4s。(2)截面特性计算 主肢的截面形式为等边角钢焊件封板 已知：角钢型号20# 封板型号10# 角钢截面系数：、AA=64.22 截面中斜撑杆截面形式：C12.6槽钢 平衡臂截面

51、： 4.2.4载荷计算(1）平衡臂自重： 平衡重均布载荷：(2）风力计算 单位长度上的风力：(3）回转平面内的力矩计算：由风力产生的0点的力矩为：由起升机构产生的回转惯性力矩为： 根据标准取：由配重产生的回转惯性力矩为：由平衡臂自重产生的回转惯性力矩为：由配电箱产生的回转惯性力矩为：回转平面臂根总力矩：回转平面吊点处弯矩：（4）在起升平面内由横向载荷引起的最大弯矩：由起升机构产生的最大弯矩： 由表查得： 有自重载荷在起升机构处产生的最大弯矩：（5）计算、（6）查表得（7）计算欧拉临界公式：（8）计算横向载荷弯矩系数：（9）计算吊点处弯矩：（10）计算端弯矩的不等折减系数:（11）计算稳定性 （

52、12）平衡臂单肢稳定性验算： 主肢40a+10封板： A=11025 查表得： 整体稳定性和单肢稳定性均合格。4.2.5 拉杆受力计算 =930MPa Mpa； Q345B =170MPa 圆钢材料为Q345B。（1）其抗拉强度为：=170Mpa 销轴材料为。（2）其抗拉强度：Mpa 其剪切强度：=930Mpa 故拉杆受力安全。5起升机构设计及计算5.1起升机构总体设计 起升速度：高速：72m/min； 中速：45m/min； 低速：7.2m/min； 工作级别： % Z=300 JC：接电持续率 Z：折合的每小时启动次数塔机起升机构专用减速器是塔机上采用最为广泛的一种减速器。由于塔机用户在绳筒大小选择质量的安全可靠性等方面考虑,要求采用一种特殊要求的减速器，塔机起升机构专用减速器就是应用户要求设计制造的一种特殊减速器，它属于非标型减速器。大部分由中联建筑机械研究所设计，JD566型，JD50型，QSZ460型，ZSB781型等各种专用减速器已广泛应用于各种塔机。塔机起升机构专用减速器较国标普通圆柱齿轮减速器的要求更加严格,所有部件(轴承,油封,钢材等)的进货都必须遵循严格正规的进货渠道,每一道工序都必须经过严格的质量检验,热处理由有专业的厂家提供.使其安全性,稳定性都达到一个新的层次.塔