塔式起重机基础知识学习教案

1、塔式起重机基础知识塔式起重机基础知识第一页，共90页。19411941年年第一部塔机标准第一部塔机标准德国工业标准德国工业标准DIN8670DIN8670公布了，公布了，首次正式首次正式(zhngsh)(zhngsh)规定规定tmtm起重力矩表示塔机的起重力矩表示塔机的起重能力。起重能力。19461946年年19791979年年二战以后，随二战以后，随着战后重建和经济发展，塔机着战后重建和经济发展，塔机在西方工业化国家高速发展。在西方工业化国家高速发展。19801980年至今年至今受建筑市场的影受建筑市场的影响，发展低迷。响，发展低迷。第1页/共90页第二页，共90页。第2页/共90页第三页，

2、共90页。第3页/共90页第四页，共90页。第4页/共90页第五页，共90页。第5页/共90页第六页，共90页。第6页/共90页第七页，共90页。第7页/共90页第八页，共90页。第8页/共90页第九页，共90页。（四）塔机参数（四）塔机参数基本参数及定义基本参数及定义(dngy)(dngy)塔机参数包括基本参数及主参数。基本参数共塔机参数包括基本参数及主参数。基本参数共1 1项，其名称及定义项，其名称及定义(dngy)(dngy)示于示于表表1.1.表表1 1 塔机基本参数及定义塔机基本参数及定义(dngy)(dngy)（据（据GB5031-1994GB5031-1994）第9页/共90页第

3、十页，共90页。最大独立起升高度、最大工作最大独立起升高度、最大工作(gngzu)幅度（标准臂长）、最大额定起重量幅度（标准臂长）、最大额定起重量第10页/共90页第十一页，共90页。主参数主参数公称公称(gngchng)(gngchng)起重力矩起重力矩所谓公称所谓公称(gngchng)(gngchng)起重力矩是指起重臂为基本臂长时起重力矩是指起重臂为基本臂长时最大幅度与相应额定起重量重力的乘积。最大幅度与相应额定起重量重力的乘积。主参数系列见表主参数系列见表2 2。表表2 2 塔机主参数系列（塔机主参数系列（kNmkNm）第11页/共90页第十二页，共90页。第12页/共90页第十三页，

4、共90页。第13页/共90页第十四页，共90页。第14页/共90页第十五页，共90页。第15页/共90页第十六页，共90页。QQ QRmaRmaxR RmaxmaxRL（最大额定起重量对应的有效工作幅度）Q QmaxmaxO2.2.影响起重量特性曲线相关的具体因素和影响情况影响起重量特性曲线相关的具体因素和影响情况* *（1 1）变幅小车、吊钩滑轮组、钢丝绳的自重）变幅小车、吊钩滑轮组、钢丝绳的自重q q（曲线下移）（曲线下移）（2 2）臂架的长度（增长）臂架的长度（增长下移）下移）（3 3）起升绳倍率和变幅小车型式（）起升绳倍率和变幅小车型式（4 4倍率较倍率较2 2倍率倍率下移）下移）（4

5、 4）起升高度（高度增加）起升高度（高度增加下移）下移）（5 5）起重力矩限制器（远点一致）起重力矩限制器（远点一致(yzh)(yzh)，近点上移），近点上移）Q=M/Q=M/（R Rd d）q qd d 对（对（R Rd d）的影响情况）的影响情况, ,使使R R减小而减小而Q Q增大！增大！第16页/共90页第十七页，共90页。产品类组代号(diho)（汉语拼音第一个字母）形式(xngsh)、特征代号（汉语拼音第一个字母）主参数代号（起重(q zhn)力矩Knm）（七）塔机型号的编制方法（七）塔机型号的编制方法为了快速有效地区别各种塔机的品种规格，我们应当了解我国塔机的型号编制方法。根据专

6、业标准ZBJ04008建筑机械与设备产品型号编制方法的规定，我过塔式起重机的型号编制图示如下： 设计序号塔式起重机是起（Q）重机大类的塔（T）式起重机组，故前两个字母为QT；特征代号看你强调什么特征，如块装式用K，自升式用Z，固定式用G，下回转用X等等。例如：QTK400代表起重力矩400kNm的块装式塔机。QTZ800B代表起重力矩800kNm的自升式塔机，第二次改型设计。第17页/共90页第十八页，共90页。第18页/共90页第十九页，共90页。（一）底架（一）底架第19页/共90页第二十页，共90页。第20页/共90页第二十一页，共90页。对下回转的塔式起重机，底架上安装有回转支承；对上

7、回转的，底架上部与塔身连接。底架经常要留有安装和固定压重、电缆(dinln)卷筒的位置和装置。第21页/共90页第二十二页，共90页。第22页/共90页第二十三页，共90页。塔身节的制造精度必须稳定(wndng)，保证在同一型号塔式起重机中绝对互换。塔身节的连接，主要有高强度螺栓塔身节的连接，主要有高强度螺栓(lushun)、抗剪螺、抗剪螺栓栓(lushun)、横向销轴、瓦套连接等。、横向销轴、瓦套连接等。第23页/共90页第二十四页，共90页。高强高强(goqing)螺螺栓栓横向横向(hn xin)销轴销轴瓦套连接瓦套连接(linji)第24页/共90页第二十五页，共90页。第25页/共90

8、页第二十六页，共90页。第26页/共90页第二十七页，共90页。b.螺母：10表示公称抗拉强度b的1/100。4.常用材料有中碳钢和中碳合金钢：12.935CrMo 40Cr 42CrMo10.920MnTiB 35UB 40Cr 458.845 35 40Cr 40B对材料没有严格限制，要求(yoqi)保证机械性能。第27页/共90页第二十八页，共90页。第28页/共90页第二十九页，共90页。预紧力和预紧力距(l j)值注：连接板面要预处理，不刷防锈漆，表面(biomin)不要锈蚀。第29页/共90页第三十页，共90页。第30页/共90页第三十一页，共90页。第31页/共90页第三十二页，

9、共90页。（三）回转支座（三）回转支座一般由回转平台、回转支承一般由回转平台、回转支承(zh chn)、固定支座（或为底架）组成。其中，回转支承、固定支座（或为底架）组成。其中，回转支承(zh chn)为具有较大滚道直径、座圈断面相对较小、回转速度较低，可以承受较大的倾翻力矩和为具有较大滚道直径、座圈断面相对较小、回转速度较低，可以承受较大的倾翻力矩和轴向力、径向力的大型带齿的滚动轴承。通常由高强度螺栓与回转固定部份分别连接，螺栓本轴向力、径向力的大型带齿的滚动轴承。通常由高强度螺栓与回转固定部份分别连接，螺栓本身承受轴向载荷较大，且为交变载荷，为了保证连接可靠、消除间隙，都要在安装时施加一定

10、身承受轴向载荷较大，且为交变载荷，为了保证连接可靠、消除间隙，都要在安装时施加一定的预紧力。的预紧力。第32页/共90页第三十三页，共90页。（四）塔顶（四）塔顶塔顶的型式一般可分为刚性的和可摆动的两种，主要作用是支承吊臂。塔顶的型式一般可分为刚性的和可摆动的两种，主要作用是支承吊臂。对上回转的塔式起重机，刚性塔顶还起支承平衡臂的作用。对上回转的塔式起重机，刚性塔顶还起支承平衡臂的作用。塔顶结构集中了由吊臂及平衡臂传来的载荷，再传递给回转支座、塔身。因此，不仅要考虑安装的塔顶结构集中了由吊臂及平衡臂传来的载荷，再传递给回转支座、塔身。因此，不仅要考虑安装的方便，还要保证强度、刚度方便，还要保证

11、强度、刚度(n d)、稳定性要求。、稳定性要求。刚性塔顶刚性塔顶受弯矩、压力、剪切作用！受弯矩、压力、剪切作用！可摆动塔顶可摆动塔顶受压力载荷作用！（轴心受压）受压力载荷作用！（轴心受压）第33页/共90页第三十四页，共90页。（五）平衡（五）平衡(pnghng)臂臂第34页/共90页第三十五页，共90页。第35页/共90页第三十六页，共90页。第36页/共90页第三十七页，共90页。（六）吊臂（六）吊臂吊臂可分为吊臂可分为(fn wi)两类：两类：动臂变幅式动臂变幅式小车水平变幅式小车水平变幅式伸缩式小车变幅臂架伸缩式小车变幅臂架折曲式臂架折曲式臂架第37页/共90页第三十八页，共90页。动

12、臂变幅式按塔式起重机发展史来讲，动臂变幅式是最早采用的，它具有动臂变幅式按塔式起重机发展史来讲，动臂变幅式是最早采用的，它具有(jyu)臂架截截面小，自重轻、幅度小时可得到较大的起升高度。臂架截截面小，自重轻、幅度小时可得到较大的起升高度。截面形状为正方形，截面形状为正方形，受力形式为轴心受压！受力形式为轴心受压！小车水平变幅臂架，为了小车水平变幅臂架，为了(wi le)减轻自重，截面大部分为三角形，极少减轻自重，截面大部分为三角形，极少数者用矩形截面，而且又多采用正三角形断面，用方钢管或槽钢制成的数者用矩形截面，而且又多采用正三角形断面，用方钢管或槽钢制成的下弦杆做运动小车的轨道，上弦杆用钢

13、管或圆钢等制成。下弦杆做运动小车的轨道，上弦杆用钢管或圆钢等制成。受弯矩、压力、剪切作用！受弯矩、压力、剪切作用！第38页/共90页第三十九页，共90页。第39页/共90页第四十页，共90页。第40页/共90页第四十一页，共90页。第41页/共90页第四十二页，共90页。第42页/共90页第四十三页，共90页。（二）回转（二）回转(huzhun)机构机构特点及组成特点及组成第43页/共90页第四十四页，共90页。第44页/共90页第四十五页，共90页。第45页/共90页第四十六页，共90页。第46页/共90页第四十七页，共90页。第47页/共90页第四十八页，共90页。第48页/共90页第四十

14、九页，共90页。（五）液压顶升机构（五）液压顶升机构(jgu)第49页/共90页第五十页，共90页。第50页/共90页第五十一页，共90页。第51页/共90页第五十二页，共90页。第52页/共90页第五十三页，共90页。Ol1Nl2RN1N2dRo（二）全力矩（二）全力矩(l j)法力矩法力矩(l j)限制器限制器(p92)原理：原理：Mo=0N1l1=Gl2MRoN1= (Gl2)/l1+ MRo/l1N1=C+MR0/ l1N1=C+ (QR0R0)/l1l1O到拉杆的垂直距离（为定值）；l2吊臂自重到O的水平距离；G吊臂自重； QR0 包含小车、吊钩滑轮、重物(zhn w)在内的移动载荷

15、；第53页/共90页第五十四页，共90页。Ol1Nl2RN1N2dR0第54页/共90页第五十五页，共90页。第55页/共90页第五十六页，共90页。调整方法：（1）预报警控制在Rmax起吊0.9QRmax，调整开关2。（2）定幅变码保护在Rmax处，起吊QRmax，使开3是触点接触，放下QRmax，再起吊1.1 QRmax，开关3应动作(dngzu)，否则应重新调整。QQ QR RQ QRmaRmaxR RmaxmaxRLQ QmaxmaxO第56页/共90页第五十七页，共90页。QQ QR RQ QRmaRmaxR RmaxmaxRLQ QmaxmaxO第57页/共90页第五十八页，共90

16、页。十一、流动式起重机力矩限制器十一、流动式起重机力矩限制器一套完整的流动式起重机的力矩限制器，一般包括以下五一套完整的流动式起重机的力矩限制器，一般包括以下五个部分：个部分：主机主机载荷载荷(zi h)(zi h)检测器检测器角度检测器角度检测器长度检测器长度检测器起重机工况监测系统起重机工况监测系统流动式起重机力矩限制器的检验要求及方法流动式起重机力矩限制器的检验要求及方法1 1选择选择(xunz)(xunz)测试点测试点起重特性曲线由两部分组成，起重特性曲线由两部分组成，右图右图ABAB段为强度曲线，段为强度曲线，BCBC段稳定曲线段稳定曲线 第58页/共90页第五十九页，共90页。jn

17、jjnjAQKQKQ jnjjnjinQKQKQKjQjnKjQjnQA2 2综合误差综合误差(wch)(wch)试验试验（1 1）增重法）增重法（一般(ybn)取Kj=1.05）Kj（2）增幅(zn f)法（一般取Kj=1.05）K Kj注意：（Lm=1.1Li）第59页/共90页第六十页，共90页。第60页/共90页第六十一页，共90页。第61页/共90页第六十二页，共90页。第62页/共90页第六十三页，共90页。第63页/共90页第六十四页，共90页。第64页/共90页第六十五页，共90页。第65页/共90页第六十六页，共90页。第66页/共90页第六十七页，共90页。第67页/共90

18、页第六十八页，共90页。第68页/共90页第六十九页，共90页。第69页/共90页第七十页，共90页。第70页/共90页第七十一页，共90页。第71页/共90页第七十二页，共90页。第72页/共90页第七十三页，共90页。第73页/共90页第七十四页，共90页。第74页/共90页第七十五页，共90页。第75页/共90页第七十六页，共90页。第76页/共90页第七十七页，共90页。正常工况正常操作下的事故正常工况正常操作下的事故(shg)，具有突发性，易造成群死群伤，值得研究！，具有突发性，易造成群死群伤，值得研究！一、问题的产生一、问题的产生 南京市某工地的一台南京市某工地的一台QTZ25QT

19、Z25型自升塔式起重机（以下简称塔型自升塔式起重机（以下简称塔机），在吊运一筐砖进行下降作业，当砖筐降落机），在吊运一筐砖进行下降作业，当砖筐降落(jinglu)(jinglu)至至地面时，塔机突然向平衡重一侧倾覆，造成一人死亡一人轻伤地面时，塔机突然向平衡重一侧倾覆，造成一人死亡一人轻伤。第77页/共90页第七十八页，共90页。（二）现场勘察情况（二）现场勘察情况1从倾覆后的现场来看，该塔机塔身的根部发生破坏。该塔机的从倾覆后的现场来看，该塔机塔身的根部发生破坏。该塔机的基础节与过渡基础节与过渡(gud)节连接的四只高强度螺栓有三只发生断裂破节连接的四只高强度螺栓有三只发生断裂破坏。三只断裂

20、螺栓的相对位置及塔机倾覆前的工作位置见图坏。三只断裂螺栓的相对位置及塔机倾覆前的工作位置见图1。第78页/共90页第七十九页，共90页。2. 1#2. 1#螺栓的断裂部位螺栓的断裂部位(bwi)(bwi)及观察情况及观察情况( (见图见图2)2)。 观察观察1#1#螺栓断面，发现仅在离断面边缘约螺栓断面，发现仅在离断面边缘约5mm5mm，存在一宽约，存在一宽约3mm3mm的带状部分有新鲜金属断裂痕迹，带状部分的一侧是宽约的带状部分有新鲜金属断裂痕迹，带状部分的一侧是宽约5mm5mm呈明显锈蚀凹凸不平的旧断面，带状部分的另一侧是宽约呈明显锈蚀凹凸不平的旧断面，带状部分的另一侧是宽约22mm22m

21、m呈呈明显锈蚀的旧断面，旧断面的边缘存在凹凸不平的层状现象明显锈蚀的旧断面，旧断面的边缘存在凹凸不平的层状现象, ,断断面与螺栓轴线垂直，断口处无明显的变形。面与螺栓轴线垂直，断口处无明显的变形。应力应力(yngl)集中部位！集中部位！第79页/共90页第八十页，共90页。3.3.2#2#螺栓的断裂部位急观察情况（见图螺栓的断裂部位急观察情况（见图3 3）。）。观察其断面，发现断面的边缘有观察其断面，发现断面的边缘有6mm6mm宽的部分存在明显的挤压宽的部分存在明显的挤压(j (j y)y)磨损痕迹，其表面发黑、光滑；其余部分呈新鲜的放射撕裂状磨损痕迹，其表面发黑、光滑；其余部分呈新鲜的放射撕

22、裂状，断面平齐且与螺栓轴线垂直，断口处无明显变形。在，断面平齐且与螺栓轴线垂直，断口处无明显变形。在2#2#螺栓头螺栓头部未发现制造厂家标记和性能等级标记。部未发现制造厂家标记和性能等级标记。螺牙末端，同样是应力螺牙末端，同样是应力(yngl)集中部位！集中部位！第80页/共90页第八十一页，共90页。 4.3# 4.3#螺栓断裂部位及观察情况螺栓断裂部位及观察情况(qngkung)(qngkung)（见图（见图4 4）。）。 观察其的断口，发现断口处有明显的缩颈变形，断面直径明显变细，整个断观察其的断口，发现断口处有明显的缩颈变形，断面直径明显变细，整个断面呈新鲜的金属撕裂状，断面不平齐，断

23、口呈典型的拉断断口特征。面呈新鲜的金属撕裂状，断面不平齐，断口呈典型的拉断断口特征。明显明显(mngxin)的缩颈变形！的缩颈变形！第81页/共90页第八十二页，共90页。5.5.在现场尚未安装使用的塔身标准节连接用在现场尚未安装使用的塔身标准节连接用M30M302 2250250高强高强度螺栓中，随机抽出三只，三只螺栓头部的厂家标记分别度螺栓中，随机抽出三只，三只螺栓头部的厂家标记分别为为“C D”“C D”、“ “ ” ”和和“shB”“shB”，性能，性能(xngnng)(xngnng)等级标等级标记均为记均为10.910.9。三、断裂螺栓的试验与断口宏观分析三、断裂螺栓的试验与断口宏观

24、分析根据根据(gnj)现场勘察情况，我们发现事故发生时位于起重臂一侧的现场勘察情况，我们发现事故发生时位于起重臂一侧的1#和和2#螺栓的断口处存在旧裂纹，为查明旧裂纹的产生原因，我们将螺栓的断口处存在旧裂纹，为查明旧裂纹的产生原因，我们将1#和和2#螺栓委托江苏省紧固件质量测试站进行材料化学成分化验、机械性能试螺栓委托江苏省紧固件质量测试站进行材料化学成分化验、机械性能试验和宏观断口照相。验和宏观断口照相。 6.6.事故发生时，该塔机吊运的那一筐砖的数量事故发生时，该塔机吊运的那一筐砖的数量(shling)(shling)为为254254块，重约块，重约700kg700kg。砖筐落地位置离塔身

25、中心的水平距离经测量为。砖筐落地位置离塔身中心的水平距离经测量为9m9m。第82页/共90页第八十三页，共90页。（一）材料化学成分化验（一）材料化学成分化验(huyn)结果分析结果分析1#、2#断裂螺栓化学成份化验断裂螺栓化学成份化验(huyn)结果与结果与GB3098.1-82 紧固件机紧固件机械性能械性能螺栓、螺钉和螺柱的对照见表螺栓、螺钉和螺柱的对照见表1。第83页/共90页第八十四页，共90页。（二）机械性能试验结果分析（二）机械性能试验结果分析(fnx)高强度螺栓的主要机械性能是抗拉强度和硬度。机械性能的试验高强度螺栓的主要机械性能是抗拉强度和硬度。机械性能的试验结果与结果与GB3

26、098.1紧固件机械性能紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱的对螺栓、螺钉和螺柱的对照见表照见表2。第84页/共90页第八十五页，共90页。（三）断口宏观观察与分析（三）断口宏观观察与分析经过对经过对1#、2#螺栓断面的酸洗，可以螺栓断面的酸洗，可以(ky)看出看出1#螺栓的断面（见图螺栓的断面（见图5）的旧裂纹区存在明显的贝纹线，具有典型的疲劳裂纹特征。）的旧裂纹区存在明显的贝纹线，具有典型的疲劳裂纹特征。明显的贝纹状疲劳线！明显的贝纹状疲劳线！应力集中部位断口应力集中部位断口(dunku)(dunku)和螺栓和螺栓轴线垂直轴线垂直新鲜新鲜(xn (xn xinxin) )断断口口新鲜断口新鲜断口

27、第85页/共90页第八十六页，共90页。四、综合分析四、综合分析（一）螺栓（一）螺栓(lushun)疲劳裂纹形成的原因及其扩展过程分析疲劳裂纹形成的原因及其扩展过程分析1.在大小、方向不断变化的弯矩作用下，高强度螺栓承受复杂的交变拉力在大小、方向不断变化的弯矩作用下，高强度螺栓承受复杂的交变拉力(ll)作用，其拉力作用，其拉力(ll)值的变化很大，应力幅也很大。值的变化很大，应力幅也很大。3.高强度螺栓高强度螺栓(lushun)存在应力集中部位，以及可能存在的原始加工缺陷，或使用缺陷，这些缺陷在交变拉力的作用下成为微观的疲劳源。存在应力集中部位，以及可能存在的原始加工缺陷，或使用缺陷，这些缺陷

28、在交变拉力的作用下成为微观的疲劳源。5.这些微观的疲劳源逐步发展形成表面疲劳微裂纹。7.表面疲劳微裂纹均向中心扩展，形成宏观裂纹，在继续扩展的过程中相遇而连成一片，其最终所形成的疲劳裂纹，已占大半个截面，达到极限！6.多次重复使用！多次重复使用！2.交变应力次数交变应力次数达一定量4.螺栓未预紧，应力循环特性变坏，疲劳强度降低！螺栓未预紧，应力循环特性变坏，疲劳强度降低！第86页/共90页第八十七页，共90页。（二）该塔机倾覆（二）该塔机倾覆(qngf)的原因及其演变过程分析的原因及其演变过程分析未对螺栓未对螺栓(lushun)拆卸检查拆卸检查未经有关部门检验合格投入现场未经有关部门检验合格投

29、入现场(xinchng)使用使用1#拉力瞬间转移给拉力瞬间转移给2#螺栓，这个突然转移过来的冲击拉力，导致螺栓，这个突然转移过来的冲击拉力，导致2#螺栓疲劳裂纹急剧扩展，产生螺栓疲劳裂纹急剧扩展，产生瞬时脆性断裂瞬时脆性断裂塔身原来承受弯矩的矩形结构已不存在，在弯矩的作用下，塔身向平衡重一侧倾覆，倾覆过程中将塔身原来承受弯矩的矩形结构已不存在，在弯矩的作用下，塔身向平衡重一侧倾覆，倾覆过程中将3#螺栓拉断。螺栓拉断。事故发生！事故发生！未预紧未预紧正常正常工作时的突然卸载冲击载荷的作用工作时的突然卸载冲击载荷的作用螺栓多次重复使用螺栓多次重复使用产生的向平衡重一侧的冲击弯矩。产生的向平衡重一侧的冲击弯矩。对位于起重臂一侧对位于起重臂一侧1#、2#螺栓产生了一个冲击拉力螺栓产生了一个冲击拉力这个冲击拉力将已经扩展到疲劳极限的这个冲击拉力将已经扩展到疲劳极限的1#螺栓瞬时拉断螺栓瞬时拉断1#、2#螺栓螺栓存在疲劳裂纹存在疲劳裂纹，并未能及时发现，并未能及时发现第87页/共90页第八十八页，共90页。五、结论 1.位于塔身基础节与过渡节连接处的分别