塔式起重机总体设计和平衡臂计算说明书

1、1 前 言1.1塔式起重机背景在建筑安装过程中，能同时完成重物的垂直升降和水平移动的起重机械很多应用中最广泛的是塔式起重机。塔式起重机简称塔机，也称塔吊，源于西欧。在各种起重机械中，塔式起重机具有其独特的技术性能指标，已成为建筑工地的主要施工机械，他是最早出现在西方工业革命的城市建设中，由早期的系缆式桅杆吊演变而来，并随着建筑结构体系和施工方法的改进，塔机也演变出各种形式和规格，已成为起重机械中的一个重要门类。塔式起重机(简称塔机)作为主要物料运输机械在建筑业得到了广泛应用。尤其近年来随着高层、超高层建筑的兴起，塔机在现代化建筑施工过程作用越来越大，并且不断向大型化、智能化方向发展。近年来，建

2、筑业的迅速发展，为塔式起重机的发展创造了前所未有的发展机会 。 塔式起重机由于具有适用范围广、回转半径大、起升高度大、效率高、操作简单等特点，目前在我国建筑安装工程中已得到广泛使用，成为一种主要的施工机械，特别是对于高层建筑来说，是一种不可缺少的施工设备。塔式起重机是一种塔身树立起重臂回转的起重机械。他的特点是：起重臂安装在塔身上部，因而起升的有效高度和工作范围就比较大。这是各种不同类型塔式起重机的共同特点。1.2塔式起重机发展现状及前景大为缩小，并成为生产和使用的大国，但在总体结构、性能、质量等方面与国外比还存在一定问题。如产品结构不合理我国至今累计生产了近十万台塔式起重机，但是型号还达不到

3、40种，绝大部分型号大同小异，原因之一是技术法规限制了产品的开发。产品技术性能含金量不高塔式起重机是建筑机械唯一可移动垂直运输工具，其技术性能高低不仅关乎工程进度，各关系着安全生产。目前，我国塔机性能基本处于八、九十年代机械化水平，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。代表当代塔机技术性能的全无级调速，PLC控制在发达国家中以十分普遍而我国目前充其量在2%；发达国家已批量生产，运行状态实现了全参数监控与故障诊断的智能型塔机，而我国刚刚启动，可以说还是空白，诸如在实验手段上，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。

4、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。如法国Potain公司推出的matic MD系列和MR系列。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、整体施运的塔机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。例如法国Potain公司的GTMR系列，德国Liebheer公司的20E

5、S塔机。3.发展城市型塔机，不忽略上回转动臂式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。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。在我国由于经济建设的状态及建

6、筑规模的需要，在20世纪70年代以前以旧式塔机为主（现多属淘汰产品），20世纪80年代以后，多使用新式塔机。目前在我国的建筑工地上常见的塔机，大致可分为三类：一类是多层建筑施工中使用的中小型下回转快速拆装塔机；一类是普通高层建筑中使用的上回转式塔机；另一类是用于高层建筑和超高层建筑施工中能附着于建筑物上的自升式塔机和能在建筑物内部自行爬升的内爬式塔机。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沿以下几个发展方向：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的既方便

7、、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450KNM、600KNM和1000KNM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

8、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。这方面我国刚开始，如国产中联QTZ80H型塔机已有所采用还应加大投入，还有许多工作有待我们去做。我国塔式起重机行业发展的三个方向：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，我国九五、十五规划都是一个高速发展的态势，十一五规划预计将会做些调整，但总的发展不会减弱，根据我国塔机发展现状和迎接国际市场的挑战，提出以下建议供参考。 建立独立的研究体系，开发出高

9、新产品。我国已加入世界贸易组织，我们就不能随便模仿人家的东西了，否则就会吃官司。因此，必须独立地开发出有自主知识产权的产品。同时要以创新观念为先导，开发出实用、可靠、安全、经济适应市场的好产品。当然这并非那么容易，还要靠科技，一方面，要利用高新科技求改造、完善、拓宽、提高我国的传统产业，使产品上水平，才能进入国际市场，另一方面，科技要面对国情，要向中小城镇乃至乡村普及，开发出适应小城镇建设需要的40TM左右的中小型塔机。只要我们把开发搞好、设计水平、制造水平提高了，不仅可以保住我们自己的市场，走出国门，占领国际市场仍有可能性。根据国情扬弃国外技术，解决自己的问题。近年来，我国塔机行业通过公关，

10、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，根据我国的饿国情着力进行研制，如能解决将会大大推动我国塔机技术发展向质的飞跃。按市场规律强强联合，提高制造水平。目前，企业改革改制正在深入开展，要提高我国塔机整体制造水平以适应国内外对塔机的需要，走强强联合促进集团化发展，不失为有效办

11、法。当然，要按市场规律办事，不能搞拉郎配，其中发挥行业协会主管部门的作用是不可忽视的，这样可以加快国内外、行业内外的资源整合，扬长避短、优势互补，名专业生产厂家在已有基础上集中力量，有重点地引进、消化、吸收先进的东西，创新出自己的特色产品，并注意发展自主的现代化专业制造技术，以近快提高我国塔机的制造水平，促进我国工程机械由大国变强国，实际与国际市场的融合。塔式起重机属于一种非连续性的搬运机械。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型的起重机高，使工业与民用建筑中完成预制构件和其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。由于塔式起重机能靠近建筑物，起幅度利用率可达其幅度的80%，普通履带式、轮胎式起重

12、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。塔机在高层工业和民用建筑施工的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；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。任何一台塔机都可将其分为三部分：金属结构、工作机构、驱动控制系统。塔机金属结构部分：塔身、塔头或塔帽、起重臂、平衡臂、回转支撑、底架、车台架等主要件所组成。金属结构是塔机的骨架，通常约占整机的70%左右，承受塔机的自重载荷籍工作时各种外

13、载荷，因此其结构的强度、刚度、稳定性等方面必须保证其健全可靠的工作。金属结构设计得是否合理、制造质量的好坏都将直接影响塔机的工作性能。工作机构是为实现塔机不同的机械运动要求而设置的各种机械部分的总称。塔机为了能够完成包括起吊重物、运送重物到指定地点并将重物安装就位这三项动作在内的吊装作业全过程，塔机需要进行起升、回转和变幅，加上塔机自身如移动需要行车。因此，每台塔机都必须装设有起升机构、回转机构变幅机构和大车行走机构四大基本工作机构。有些自升式塔机为了能自升提高塔身，均备有液压顶升机构。有些自升式塔机的平衡重是可移动的，为此还备有平衡重牵引机构。有些自升式塔机为了便于高空维修和满足在顶升过程中

14、零星吊装标准的需要，还装有辅助卷扬机。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进行控制完成机构的起动、制动、改向、调速以及对工作机构的安全性进行监控，并及时地将工作情况用各种参量：电流值、电压值、幅度、速度、起重力矩、工作位置、风俗等数值显示出来，以使司机在操作时心中有数。一台性能优越的塔机必须有性能良好安全可靠，寿命较长的控制系统与之配合。塔式起重机种类繁多，形式各异，大小不一，性能也不相同。按照回转部分装设的位置不同可分为上回转式和下回转式两类。前者是指回转支承装设在塔机的上部

15、的塔机。其特点是塔身不转动，在回转部分与塔身之间装有回转支承装置。后者是指回转部分设置在塔机的下部，吊臂装在塔身顶部、塔身、平衡重和所有的机构均安装在转台上，并与转台一起回转的塔机。此种塔机重心低、稳定性好对塔身受力较有利。而且因为平衡重放在下部、能做到自行架设、整体搬运。按照塔机有无行走机构可分为移动式和固定式两类。移动式又可分为轨道式、轮胎式、汽车式、履带式四种。固定式又可分为附着式和内爬式两种。在高层（50M）建筑施工中，施工现场狭小，工期紧迫时多采用固定式。内爬式适于施工现场狭窄的环境中，附着式塔机广泛用于高层建筑中。按照塔机变幅方式不同又分为：动臂变幅、小车变幅、综合变幅三种。动臂变

16、幅臂架受力状态良好，自重较轻。当塔身高度一定是具有一定的起升高度优势。但是达不到起重与变幅平移的目的，臂架的仰角受到限制变幅功率大，只是用于起升高度低，变幅小的中小型塔机。小车变幅式优点是幅度利用率高，而且变幅时吊重物在不同高度不变，工作平稳边缘装就位，效率高。缺点：臂架受力以弯矩为主，故臂架重量比动臂变幅臂架重。是用于大幅度、大高度自升式塔机。按照塔机起重能力大小可分为轻型、中型、重型塔机。轻型塔机，其重量在0.53t之间，一边适于5-6层以下的民用建筑中；中型塔式起重机起重量在3-15t之间一般适用于高层建筑施工和工业建筑的吊装。中型塔式起重机，起重量在20-40t之间甚至更大适用于重工业

17、厂房和设备的吊装。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。我国塔机经过五十年的发展与国外先进国家水平差距1.3设计内容当今社会，人口的急剧增多，人均占地面积的减少要求现代建筑向高层化发展，要求我们必须有适应高层建筑的施工设备。因此，我们选择QTZ160型塔式起重机作为毕业设计题目。这次我们设计的塔机选定为QTZ160型自升式塔式起重机，采用上回转式，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平衡臂拉杆。并且安装、拆卸费时，需要进一步改善。为

18、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性能、结构设计及其制造成本。QTZ160型塔机参数的选择将参照各种塔机生

19、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44米，56米，65米。固定高度为52米，最大起升高度（附着）169米，额定起升力矩160TM。1.1 塔式起重机结构图2 设计原则和参数2.1工作级别1.塔式起重机工作级别（载荷状态 Q名义载荷谱系数 Kp=0.250利用等级 U5总工作循环数 Nt=5x10塔式起重机工作级别 A52.塔式起重机机构工作级别利用等级 T5总工作时间 H=6300h平均每天运转小时数 2.0-4.0载荷状态 L2名义载荷谱系数 Km=0.250载荷状态起升机构 L2回转机构 L3小车变幅机构 L2顶升机构 L2利用等级起升机构 T4回转机构 T4小车变幅机

20、构 T3顶升机构 T1工作级别起升机构 M4回转机构 M3小车变幅机构 M3顶升机构 M12.2塔式起重机载荷及其组合2.2.1载荷分类基本载荷：正常工作时始终或经常作用在塔式起重机上的载荷，包括自重载荷、起升载荷、各种动载荷和离心力。附加载荷：正常工作时不经常作用在塔式起重机上的载荷，即工作状态下的风载荷、温度载荷。特殊载荷：偶然作用在塔式起重机上的载荷，包括非工作状态下风载荷、试验载荷、工作状态下的碰撞载荷。2.2.2载荷系数1）基本载荷1.自重载荷Fg： Fg考虑起升冲击系数 1=0.91.12.起升载荷FQ： FQ考虑起升动载荷系数 2=1.31.6 卸载冲击系数 3=1-1.5m/m

21、m起升质量的卸载部分（kg）m起升质量（kg）3.变幅小车运行冲击载荷系数： 4=1.14.惯性载荷Fm： 考虑弹性震动载荷系数5 启、制动力平稳变化：5=1.11.5 启、制动力突然时： 5=1.51.75.回转离心力：Fmf=mwr6.波度载荷Fa验算整机抗倾翻稳定性时支承面倾斜度取 =12）附加载荷1.风载荷： Fw=cwpwA（N）Cw风力系数；Pw计算风压；A塔式起重机或物品垂直于风向的迎风面积；正常工作状态计算风压: Pw1=150pa工作状态最大计算风压： Pw=250pa非工作状态最大计算风压：Pw2=1100pa2.温度载荷一般不予以考虑。3）特殊载荷1.试验载荷Ft动态试验

22、载荷： Fdt=6110%FQmax静态试验载荷 ： Fdt=125% FQmaxFQmax额定起重量6动载荷系数 6=0.5（1+2）2起升动载荷系数试验载荷应作用于塔式起重机最不利位置。2.碰撞载荷Fc对弹簧缓冲器 Fc=mV/S （N）对液压缓冲器 Fc=mV/S （N）2.2.3载荷组合现阶段塔式起重机的设计计算主要采用确定性的方法，又由于实际载荷的复杂多变，故在设计塔式起重机时只能采用理论计算和实际经验相结合的方法确定载荷。根据塔式起重机设计规范GB/T-92中规定的载荷：组合A（正常工作载荷的组合）也称疲劳计算载荷，它只考虑基本载荷的各种组合。此种载荷组合适用于结构件机器连接的强度

23、、弹性稳定性和疲劳计算。组合B（工作最大载荷的组合）也称强度计算载荷，考虑基本载荷和附加载荷的各种组合。它包括塔式起重机在容许的最繁重的适用条件下的各种最大载荷。此种载荷组合用于结构件及其连接的强度和弹性稳定性计算。组合C(非工作最大载荷的组合)也称验算载荷，考虑基本载荷、附加载荷、特殊载荷的各种组合。至起重机处于非工作状态下可能出现的最大工作载荷。适用于结构件及其连接的强度和弹性稳定性计算。2.3材料及其许用应力结构材料及其许用应力结构材料，Q235A、16M、20、45、40Cr、20Cr、35基本许用应力见表2.1。表2.1 结构材料及其许用应力金属材料组合组合组合安全系数许用抗压弯应力

24、许用剪切应力许用端面承压应力安全系数许用抗压弯应力许用剪切应力许用端面承压应力安全系数许用抗压弯应力许用剪切应力许用端面承压应力Q235A1.48152.087.82281.34167.996.9251.91.22184.4106.5276.6 续表2.116Mn1.48185.8107.3278.71.34205.2118.5307.81.22225.4130.1338.1201.48128.474.1192.61.34141.881.9212.71.22232.9134.9233.6451.48192.010.92881.34212.1122.5318.21.22232.9134.5349

25、.440Cr1.48331.1191.2496.71.34365.7211.1548.61.22401.7231.3602.620Cr1.48264.8152.9397.21.34292.5168.9438.61.22321.3185.5482表2.2 焊缝的许用应力焊缝形式 拉、压、应力w 剪切应力 w 对接焊缝质量分级 1.2/30.80.8/角焊缝自动焊-/手工焊-0.8/表2.3 螺栓和销轴连接的许用应力接头种类精制螺栓连接（A、B级）普通螺栓连接（C级）销轴连接应力状态拉伸剪切承压拉伸剪切承压拉伸剪切承压材料tctcsc连接件钢号40Cr137.3102.9107.580.6365.

26、7219.445137.3102.9107.580.6212.1123.3结构件钢号Q235A302.2235.1235.116Mn369.4287.3287.3注：当销轴在工作中可能产生微动时，承压许用应力降低50%。2.4主要性能参数1. 公称起重力矩塔式起重机公称起重力矩指起重臂为基本臂时最大幅度与相应额定起重力的乘积值（M=mxgxL）。幅度指塔式起重机空载时，其回转中心至吊钩中心垂直线的水平距离。额定起重量（额定起升载荷）指在规定幅度时的最大起升载荷。本塔机额定起生力矩为160KNM。2. 起升高度塔式起重机运行或固定状态时，空载、塔身处于最大高度、吊钩位于最大幅度处，吊钩支撑面对塔

27、式起重机支撑面的允许最大垂直距离。常以H表示，单位：M。本塔机起升高度52m。3. 最大起升速度塔式起重机空载，吊钩升至起升高度过程中稳定运行状态下的最大平均上升速度，常以Vq 表示，单位：m/min。本塔机器升速度不低于100 m/min。4. 回转速度塔式起重机空载、风速小于3m/s，吊钩位于基本臂最大幅度和最大高度是的稳定回转速度。常以n表示，单位：r/min。本塔机回转速度不小于0.6 r/min。5. 小车变幅速度塔式起重机空载，风速小于3m/s，吊钩自最大幅度到最小幅度时的平均线速度，即小车稳定运行速度。常以Vb表示。本塔机小车变幅速度0-55 m/min。6. 最低稳定下降速度为

28、了起升载荷安装就位的需要，起重机起升机构所具备的最小速度。即吊钩滑轮组为最小钢丝绳倍率，吊有该倍率允许的最大起重量，吊钩稳定下降时的最低速度，常以Vd表示。单位：m/min。本塔机最低稳定下降速度不小于5 m/min。7. 最大额定起重量最大额定起重是指起重机基本臂处于最小幅度时所起吊重物的最大质量。本塔机为10t。2.5起重机性能表表2.4 起重机性能表（两倍率）幅度m2.4-1517192123252729起重量t50005000500050005000500050004698幅度m3133353739414345 续表2.4起重量t4330400937253466324830452861

29、2694幅度m4749515355575961起重量t25242403227421562064194418491760幅度m6365起重量t16781600表2.5 起重机性能表（四倍率）幅度m2.4-1517192123252729起重量t100008819875381197678553250374613幅度m3133353739414345起重量t42523924364033813163296027762609幅度m4749515355575961起重量t24572318218920711961185917641675幅度m6365起重量t15931515图2.1 QTZ1600起升力矩曲

30、线（4倍率）图2.2 QTZ1600起升力矩曲线（2倍率）表2.6 主要技术数据起升机构电动机型号YZRSW280M-4/8-55/51.5KW（变频调速）功率KW55/51.5转速r/min1440/700高度限位器FKDX-G倍率=2=4吊重t52.5105起升速度5010025100钢丝绳规格6W19-16-1850-甲镀又交最大牵引力2.5吨回转机构电动机型号YEJ112M-4-5.5KW功率KW5.5转速r/min13480减速机型号传动比195液压耦合器型号输出端齿轮参数模数m12齿数Z16变位系数-0.5 续表2.6回转支承单排四点接触球式回转支承型号QW1600.50模数m12

31、齿数Z151变幅机构电动机型号YEJ132S-4-5.5KW功率KW5.5钢丝绳速度高速m/min55低速m/min0表2.7 技术性能表额定起重力矩KN.m1600最大起重量Kg10000工作幅度mm2400-62000起升高度（独立式/附着式）52000/起升速度m/min二倍率50/100四倍率25/50顶升速度m/min0.57回转速度r/min0.87 变幅速度m/min055最低稳定下降速度4.9整机外形尺寸吊臂断头至回转中心mm62000平衡臂尾部至回转中心16000其它电机总功率KW71.5不包括顶升机构允许工作温度C-20-+40非工作风压800电机总功率最大工作风压2503

32、 总体方案设计3.1总体布置整机的底架被紧固于专用的混凝土基础上，其上部与塔身相连接，塔身上端与一半节相连接，半节与顶升套架和下转台相连接，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、塔帽、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。起重臂用两根吊臂拉杆与塔帽连接，其根部与上回转台销轴连接。平衡臂则用两根拉杆与塔帽连接，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

33、运动。塔身高度由底架、基础节、加强节、标准节、半节的高度组成。塔身加强节上部对角线方向上由四个可拆卸的耳板，四根斜撑杆上面用销轴与耳板连接下面与底架耳板连接。顶升机构有顶升套架和液压顶升装置两部分组成，顶升套架为框架式空间钢结构件，用销轴与半节相连，其后侧装有液压顶升装置的顶升油缸及顶升横梁，液压泵站放置在套架工作平台上，顶升时顶升横梁顶在塔身的踏步上在油缸的作用下，套架连同半节下转台以上部分沿塔身轴线上升，油缸顶升两次，可引入一个标准节。起升高度不超过30m时，采用独立式，大于30m时，采用附着式，附着时不论何种情况下，上部悬臂部分不得大于22m。塔式起重机包括金属结构、工作机构、驱动控制系

34、统三部分。3.2金属结构其金属结构部分主要有底架、塔身、标准节、加强节、附着装置、回转支承、上转台、下转台、塔帽、司机室、平衡臂、起重臂、起重臂拉杆、变幅小车、顶升套架等组成。金属结构是塔式起重机的骨架，它承受着起重机自重及作业时的各种载荷，是塔式起重机的重要组成部分，其重量通常约占整机重量的一半以上。因此，金属结构设计合理与否，对减轻起重机自重，提高起重机性能，节约钢材以及提高起重机可靠性等都有重要意义。1. 起重臂塔式起重机臂架的结构形式有三种：桁架压杆式、桁架水平式、桁架混合式。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架倾角，使臂架俯仰变幅，比价主要承受轴向压力。桁架水平式臂架

35、利用沿臂架弦杆运动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。目前塔式起重机一般使用这两种形式。塔式起重机臂架长，自重较大，臂架设计合理与否将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、港督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感采用人字形布置，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。图3.1 起重臂截面示意图图3.

36、2 起重臂结构示意图2. 平衡臂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、方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，使用于人员在上面进行安装和检修作业。上回转塔机的平衡臂较长，约为起重臂长的1/4左右。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。3.塔帽承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部载荷，并通过回转塔架，塔台承座等的结构部件或直接通过转台传递给他身结构。QTZ160型塔式起重机结构为前倾式四棱锥式结构，顶部焊

37、有拉板架、起重臂拉板、平衡臂拉板通过组合型拉杆及销轴与起重臂、平衡臂相连。为了安装各拉杆的需要，塔帽上部设有工作平台，工作平台通过螺栓与塔帽相连，运输时可拆下平台。塔帽上部设有起重钢丝绳导向滑轮和安装吊臂拉杆用的滑轮，后侧设有带护圈的扶梯通往塔顶安装维护。下端有四个销轴与回转塔身相连，由力矩限位器起保护作用。4.塔身结构按塔身与臂架之间的相互关系，可分为上回转式和下回转式两类，上回转式又可分为普通上回转式和自升附着式两种，由于后者能适应多种形式建筑物的施工需要，而且塔身惯量小，所以选择自升附着式。按结构形式分：桁架式和圆筒式，其中桁架式塔身使用最多，截面为正方形，尺寸为1850X1850mm，

38、每节长2800mm，标准节之间用8个M39高强度螺栓连接，标准节两节之间用12个M39高强度螺栓连接，塔身柱弦杆采用角钢L140X140X14拼焊成方管。5.底架结构底架由整梁和两根半两组成的十字梁，撑杆为一根两端焊连接板的方形管，十字梁及四根撑杆之间均采用高乾螺栓或销轴连接，装拆运输都十分方便。四根撑杆的上端分别与加强节四个主肢卡箍连接。底架有以下几种结构：1）十字型底架2）带撑杆的十字型底架（适用于轨道式）3）带撑杆的井字型底架（适用于轨道式）4）带撑杆的水平框架式杆件拼装底架（适用于1000-1200KNM轨道式自升塔机）5）塔身偏置式底架（适用于1000-1200KNM级轨道式自升塔机

39、）小车变幅水平臂架自升式塔机可采用十字型底架。图3.3 标准节示意图6.基础基础包含以下几种类型：1）力形整体式钢筋混凝土基础适用于七星自升塔机。2）条形分割式钢筋混凝土基础需要很大的地耐力，或安装在原有混凝土的地面上，不以节约成本。3）四个独立块体式钢筋混凝土基础中心负载过大，不宜采用重型起重机。4）独立式大块体基础塔机上部载荷全部传给地基，起承上启下的作用最不利的情况都可安全工作。综上所述，选择（4）类形式。7.下支座（见图3.4）下支座上部用高强度螺栓与回转支撑相连，支撑上部结构，下部四角用4个销轴和8个M39的高强度螺栓分别与爬升架和塔身相连接。8.上支座（见图3.5）上支座上部用4个

40、销轴与回转塔身刚性相连，下部用高强度螺栓与回转支撑连接。在支撑座两侧对称的安装两套回转机构，而在它下面的小齿轮准确的与回转支撑外齿圈啮合。上支座三面平台，方便工作，另一面设有回转限位器，司机室侧置在上支座的回转机构旁边，出入容易，工作安全。图3.4 下支座图3.5 上支座3.3工作机构工作机构包括：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。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

41、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。起升机构要注意以下几点问题：1）起升机构的卷筒应具有足够的容绳量，臂架处于最小幅度，吊钩处在最低位置时，在卷筒上至少要保留3圈钢丝绳。2）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。3）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

42、形式：图3.6 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.回转机构回转机构主要由双速电动机、液力耦合器、电磁制动器、回转限位器、行星减速器、小齿轮、支座组成，其结构紧凑，传动比大，制动平稳，该机构工作时，不受较大风力影响，利用制动器，可是起重臂停留在确定位置，制动器制作定位用。而在非工作状态起重臂又能随风向而转动。3.变幅机构该机构用于带动变幅小车沿起重臂纵轴线往复运动，以实现吊钩与起吊物品的变幅运动。该机构安装于起重臂第一节臂内，主要由双速电动机、减速器、卷筒和FKDX多功能限位器组成。4.起升钢丝绳系统该系统由起升机构卷筒放出，经塔帽和下部

43、导向轮，在经过变幅小车及吊钩滑轮组，最后将钢丝绳固定于起重臂前端。5.变幅钢丝绳系统变幅钢丝绳卷筒的两端各绕出一根变幅钢丝绳，其中一根通过起重臂导向轮固定于变幅小车的后部，另一根经起重臂中部及端部的导向滑轮固定于小车前方，小车前后设有钢丝绳张紧装置。 图3.7 起升绳穿绕示意图（2倍率）图3.8 起升绳穿绕示意图（4倍率）图3.9 变幅钢丝绳穿绕示意图3.4驱动控制系统驱动控制系统是用来给各种机构提供动力的，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监控，完成机构的启动、制动、改向、调速以对机构工作的安全性实施监控，并及时将各种参量如电流值、电压值等显示出

44、来，以使司机在操作时心中有数。4 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

45、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

46、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

47、美观与起重臂匹配得体。起重力矩不超过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

48、结构简单，加工容易。塔机平衡臂承受平衡臂拉杆、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。

49、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=10t，高度为最大H=52m，钢丝绳拉力：=px+=10x0.5（1+1.3）x+3480=(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： =36291.65（N） (4.2c)拉索直径： (4.2d)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。4.2.2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/m