平衡臂结构设计及计算

1、平衡臂结构设计及计算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

2、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

3、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）矩形断面格桁结构平衡臂：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

4、过1600。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断面格桁结构的平衡臂。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，QTZ160型塔式起重机选用平面框架式平衡臂。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。塔机平衡臂承受

5、平衡臂拉杆、起升绳的拉力、风载荷、起升机构、平衡重、平衡臂自重及产生的惯性力。属于双向压弯构件。根据受力结构要求，采用支肢为40a#槽钢，缀条为双层L75X6角钢。图4.1 平衡臂机构示意图4.2平衡臂计算4.2.1计算简图及工况图4.2 平衡臂计算简图图4.2中： 、：平衡重自重； :起升机构重（3290kg）； :配电箱重（100kg）；:平衡重； T：拉索拉力； S：起升钢丝绳拉力； ：平衡臂自重（4760kg）；：平衡重（2000kg）。计算工况：本塔式起重机平衡臂耳板位置的设计原则：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

6、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=10t，高度为最大H=52m，钢丝绳拉力：=px+（）x+3480=118480(N) =(N) (4.2a) :吊钩组重（3480N）；：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。 (4.2b)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：（起升机构出工况一和工况二的应力相等）计算得： （N） (4.2c)拉索直径： (4.2d)取 故选用mm的圆钢（两根拉索）：

7、平衡臂拉杆与平衡臂夹角；：起升绳与平衡臂夹角。4平衡臂稳定性计算1.计算所需部分数据： 平衡臂宽：1500mm；主肢40a+10封板；平衡臂根回转中心距：1850/2+180=1105mm；最大额定起重量：P=10t；最小额定起重量：P=1.15t；回转速度：0.87r/min；起、制动时间：t=4s。主肢的截面形式为槽钢封板已知：槽钢型号40a# 封板型号5#槽钢截面系数：、A (4.) (4b) (4.c) (4d)截面中腹杆截面形式：L756角钢 (4e)平衡臂截面： 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：a.由风力产生的0点

8、的力矩为： (4.)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：a.由起升机构产生的最大弯矩：由表查得： (4b)b.有自重载荷在起升机构处产生的最大弯矩： (4.c)5）计算、6）查表得7）计算欧拉临界公式： (4d)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 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。4.3 拉杆受力计算 =930MPa Mpa； Q235A =215MPa圆钢材