QTZ6015塔机总体设计.doc

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1、2 总体设计 总体参数 型号：QTZ6015； 额定起重力矩：1156千牛米； 最大起重量：8吨； 工作幅度：2.5米60米； 最大幅度处额定起重量：吨； 起升（独立）高度：45米； 变幅速度不小于：40米/分钟； 最大起升速度不小于：60米/分钟； 回转速度不小于：转/分钟; 最低稳定下降速度不大于：7米/分钟。 总体方案选择2.2.1塔基类型选择通过对塔机厂的参观和查阅相关资料，本设计采用回转自升式塔式起重机。其优点是轮廓底部尺寸小，要求较小的建筑基地空间，不影响建筑材料的堆放使用；塔身不会转故惯性小，便于改装成附着式塔式起重机，能适应多种形式建筑物的施工需要。由于普通上回转式已经不能满足

2、大高度吊装工作的需要，故本次设计采用自升附着式，即塔身附着在建筑物上，可以随着建筑物的升高而沿着层高逐渐爬升。爬升套架采用外爬式，因为内爬式在工作时司机不能看到起吊过程，操作不便；施工结束后，又要用辅助设备将塔机解体，并吊到地面，费工时。综上所述并考虑经济性、建筑体型、和周围空间等因素的考虑后，选择上回转外部附着塔帽式起重机。2.2.2 驱动形式起重机的性能和特点在很大程度上取决于驱动装置。本设计采用电力-机械驱动，相比内燃机-驱动更好一些。目前塔式起重机的驱动装置广泛采用起重机和冶金专用的YZR、JZR、YDZ系列电动机。2.2.3 变幅机构型式根据国内塔机发展和使用情况，采用小车变幅，即通

3、过移动小车实现变幅。工作时吊臂安装在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿吊臂轨道移动。这种方案的优点是：安装定位准确，变幅速度快，变幅惯性力没有回转惯性大。2.2.4 爬升机构根据爬升机构的传动方式不同，自升式塔式起重机的传动方式不同，自升式塔式起重机可分为机械式和液压式爬升机构。其中液压式采用液压油缸顶升，在国内外广泛使用。本次设计为了塔身附着和加节方便，决定采用上回转-外套架爬升上加节式。2.2.5 吊臂的结构形式吊臂是塔式起重机的主要结构之一。塔式起重机吊臂的结构形式有桁架压杆式，桁架水平式和桁架混合式三种。本吊臂采用塔式起重机常用的桁架水平式吊臂，吊臂的断面制成三角形，弦杆和腹杆均由型

4、钢制成。其中上弦杆为圆管。下两弦杆为方管，兼做载重小车的运行轨道。2.2.6 塔身的结构型式塔身是起重机最重要的受力勾践之一，有标准节通过高强度螺栓连接而成。标准节主弦杆和腹杆用无缝钢管，截面为正方形，沿塔身高度方向做成等截面结构，整个标准节是一个空间的桁架结构。2.2.7 其他结构形式塔帽采用前置式；平衡臂采用片式结构；底座节采用法兰盘。 各部分外形尺寸、自重和重心位置2.3.1 标准节（1） 、标准节结构分析：标准节为标准件在一定程度上可以实现互换。由上图可知，标准节由以下几个部分构成：1）、主弦杆：一共4根；2）、腹杆：横腹杆12根，斜腹杆8根；3）、爬梯：扶杆2根，水平爬杆8根，节距为

5、255mm，连杆为4根分别焊接在扶杆两头；4）、抗扭杆：一共3根，均布于3层水平腹杆上，用于增强标准节的强度；5）、螺栓套：分别焊接在4根主弦杆两头，每头两个，一共16个，用于两头个标准节之间的连接（在螺栓套里套上螺栓实现）；6）顶升块：分别安装在2根主弦杆上，每根2块，在顶升过程中用于支撑横梁。（2） 、标准节是构成塔身的标准件，高度为米，断面尺寸为，其结构简图如下图所示：图（3）、查找网络资料和机械设计手册可以得到设计结果如下表表 标准节各部件规格及重量序号名称横截面尺寸（mm）数量长度 （mm）单位长度理论质量（）总重量（kg）1主弦杆14610425002横腹杆6061219303斜腹

6、杆706822734爬梯扶杆354224805水平爬杆28393506连接杆28344007对角平撑606227238螺栓套305161259顶升块410上封板411下封板412定位套4合计 标准节的总重量： 计算总重量： 2.3.2 底座节（1） 、底座节结构分析：由上图可知底座节由以下几部分组成：1）、立柱：4根；2）、平腹杆：分两层一共八根；3）、斜腹杆：均布于底座节4个侧面上，每个面2根，共8根；4）、抗扭杆：平腹杆，分两层，每层一根；5）、法兰盘：焊接在立柱底部，是底座和混凝土基础连接的桥臂，其结构参考厂家；6）、筋板：焊接在立柱和法兰盘之间，以加强立柱和法兰盘的连接；7）、螺栓套：

7、用于连接底座节和标准节，共8个。（2） 、底座节为塔式起重机基础，用于支撑整个塔机的重量，其结构如图所示：图（3） 、由以上分析并参照机械设计手册可以得出以下结论：表 基础节各组成部分规格尺寸及其重量序号名称横截面尺寸数量长度（mm）单位长度理论质量（kg/m）总质量（kg）1主弦杆1461648002平腹板706817943斜腹板70688154对角平撑706225375法兰盘46筋板167螺栓套8合计4）、底座节总重量计算重量：，取2.3.3吊臂采用水平变幅式吊臂，横截面为等腰直角三角形。采用双吊点型式。上弦杆为无缝钢管，下弦杆为槽钢加封板，腹杆均为钢管，为减轻自重，根据吊臂内力变化，采用

8、变截面式，材料选为Q235。（1）、确定臂长：根据参数指标，该塔机最大幅度为60m，确定吊臂长度（2） 、初定吊点位置（初定的两吊点将吊臂分为L1,L2,L3）: 参考值：2.3.4 平衡臂凡上回转塔机均需配设平衡臂，其功能是支承平衡重，用以构成设计上所要求的作用方向与起重力矩方向相反的平衡力矩。常用的平衡臂有以下几种结构型式：平面框架式、三角形断面桁架式、矩形截面桁架式。由于平面桁架式平衡臂有两根槽钢或是槽钢拼焊的箱型截面梁组成，适用于要求较长平衡臂重型、超重型自升塔机。本次设计选举该种结构式平衡臂。由于平衡臂长度与起重臂长度之间有一定比例关系。一般可取其比值为为了制造及运输方便，平衡臂的长

9、度通常在超出一定值后制成两节，节与节之间用销轴连接。所以平衡臂： 参考同类塔机选取平衡重：2.3.5 塔帽塔帽是有圆管或角钢组焊接而成的四棱锥结构，是一空间桁架结构。上端通过拉杆使起重臂保持水平，下端用四个销轴与上支座项链。参照同类型塔机塔帽相关参数，估算塔帽重量为：2.3.6 拉杆（1） 、塔机拉杆如下图所示：图图（2） 、塔机拉杆分析：由上图可知，塔机拉杆分为吊臂拉杆和平衡臂拉杆，下面将会对这两种拉杆进行分析：吊臂拉杆：吊臂拉杆有长短两根。长拉杆：长度为，材料为热轧钢结构无缝钢管，理论重量为m，拉杆分为7节，每节，则，。短拉杆长度为21m，材料同长拉杆，分为4节，每节，。平衡臂拉杆：平衡臂

10、拉杆为两根并排等长的拉杆，长度为材料为热轧无缝钢管，理论质量为m，分为两节每节，则（3） 、综上所述，可得下表分析结果： 表 塔机拉杆参数序号名称长度（mm）分节数数量材料理论质量（kg/m）重心位置（m）总重量（kg）1吊臂长拉杆711082吊臂短拉杆21411083233平衡臂拉杆22736合计2.3.7套架 自升式塔式起重机的构造比普通上回转塔式起重机增加了一个套架和一套顶升装置。套架只要有套架结构、上下工作平台及装在套架上的液压顶升机构等组成。在套架的设计中一般是按自重力矩调整为零来考虑。 改塔机标准节截面尺寸为：1.94m1.94m，高度为2500mm，故取套架截面尺寸为2.5m2.

11、5m，高度为5300mm。参照塔机厂同类型塔机套架相关参数，估计套架的质量为2.3.8 回转塔身（1） 、回转塔身在出厂前会先与塔帽通过连接板焊接在一起，塔身的具体结构如下： 图（2） 、回转塔身结构分析： 由上图可知，回转塔身主要由以下几个部分组成：1）、主弦杆：主要用于连接塔帽并支撑起塔帽、吊臂和平衡臂的作用，长度为1500mm，每根弦杆由两根型号的角钢焊接而成；2）、加强腹杆和加强肋板：加强腹杆焊接于主弦杆的上部，增加回转塔身上部的强度以支撑起吊臂和平衡臂，加强肋板焊接于加强腹板上，以进一步增强回转塔身上部的强度；3）、横、斜腹杆：各8根，采用热轧结构无缝钢管，对称分布于塔身各个侧面上；

12、4）、爬梯：采用无缝钢管；5）、铰支板1用于连接平衡臂，铰支板2用于连接吊臂，对其强度和韧性要求较高，所以材料可以采用Q235加高温回火处理；6）、法兰盘和肋板：用于连接回转塔身和上支座，具体结构尺寸参考厂家的相关产品。（3）、由以上分析，并参照塔机厂同类型塔机套架相关参数，估计套架的质量为2.3.8塔机各部分重量及到回转中心的距离 为了方便设计与计算，之前设计过程中未涉及到的部分零件的重力及其到回转中心的距离均参照塔机厂家QTZ6015相关参数设计。QTZ6015型塔机各部件重力及其到回转中心的距离和弯矩如下表所示（以吊臂一侧为正）：表 塔机各部分重量及其到回转中心的距离和弯矩序号部件名称到

13、回转中心的距离（m）自重（N）弯矩（）1底座节0490002标准节019746003顶升套架02800004下支座01900005回转支承0525006上支座0861007回转塔身01500008塔帽2000060009司机室4500810010吊臂71100209034011平衡臂2213012吊臂长拉杆662013吊臂短拉杆323014平衡臂拉杆246015力矩限制器120096016平衡重203000-279531017配电箱30003762018起升机构22000-27588019回转机构05000020变幅机构1240004800021顶升装置6000-600022电气系统-3500

14、0-1500023起重量限制器21063合计657670起重特性曲线力矩限制器安装位置，及其全力矩中心位置示意图：图2.4.1力矩限制器的类型 本次设计采用固定式塔帽，力矩限制器弓形板设于塔帽前弦杆，属于前倾式，根据参考文献【1】，取X=1.11a（式中：a为吊臂根部到回转中心的距离），由于之前对塔帽以及回转塔身进行结构分析所得的数据可知：a=600+300=900mm，则X=999mm。2.4.2起重机特性曲线中直线与曲线焦点的确定因为额定起重力矩为：，当吊臂最大起重量时，其允许的最大起吊幅度为，则：，即：,所以：。2.4.3全力矩基准标定值M标因为额定起重力矩即为全力矩基准标定值，则有：

15、=平衡重计算由前面的计算可知，G小车=300kg,G吊钩组=160kg。Qmax=8000kg.对平衡重的计算有两个原则，本次设计按原则2计算：塔机的各个部件（除可移动部分外）对顶升作用点的力矩，如下表所示：表序号部件名称重量（kg）重心距作用点距离（m）对顶升块作用点力矩（）1吊臂71102091602吊臂长拉杆6623吊臂短拉杆3234变幅机构4001248005司机室4508106塔帽14004207顶升装置6006008配电箱300-37629平衡臂221310起升机构2200-2758811平衡臂拉杆12312电气系统380-5-190013平衡重合计原则2：小车在最大幅度处起吊相应

16、额定起重量时对回转中心产生的前倾力矩和小车在根部不吊重时对回转中心产生的后倾力矩之比为，即：,由以上原则2有： = = = = =，则=20300kg塔机整机重量及其重心位置确定2.6.1塔机各部件重量及其势能和对回转中心的力矩塔机各部分重量及其势能和对回转中心的力矩表序号部件名称纵坐标（m）横坐标（m）自重（N）弯矩（）势能（）1底座节04900019602标准节0197460045415803顶升套架028000013720004下支座01900009843905回转支承0525002722656上支座0861007回转塔身01500008086508塔帽20000600011378009

17、司机室4500810023400010吊臂711002090340390410111平衡臂22130121515812吊臂长拉杆662013吊臂短拉杆323014平衡臂拉杆246015力矩限制器12009607123216平衡重203000-279531017配电箱30003762016530018起升机构22000-275880121220019回转机构05000025905020变幅机构1240004800023744021顶升装置6000-600029280022电气系统-35000-1500028250023起重量限制器2106311592合计6576702.6.2塔机整机重量及其重心

18、位置的确定 由上表可以知道，塔机整机重量（包括平衡重，不包括蝙蝠小车及吊钩装置等可移动重量）为：657670（N）。塔机整机重心位置：C=（m）塔机的重心高度：H=657670=（m）混凝土基础的计算混凝土基础的外形尺寸如图所示：图混凝土基础长、宽：6000mm6000mm，高1700mm混凝土的基础的重量：Q=整机抗倾覆稳定性计算2.8.1抗倾覆稳定计算的意义及方法 塔式起重机重心高，工作半径大，而支撑轮廓尺寸又相对较小；一旦失去稳定就可能造成重大“倒塔”事故。因此，保持其稳定性具有极其重要的意义。根据塔式起重机设计规范GB/T 1375292的规定，必须对塔式起重机的工作状态的抗倾覆稳定性

19、，非工作状态的抗倾覆稳定性，安装、抗倾覆稳定性进行验算。他是其踪迹的抗倾覆稳定性验算，是在对无奈定性最不利的载荷组合条件下进行的。若包括塔式起重机自重和齐声载荷在内的各项载荷对倾覆边（相对稳定侧）的力矩数和大于零（M0），则认为塔式起重机是稳定的。在计算式，规定对起稳定作用的力矩符号为正、起倾覆作用的力矩符号为负。另外，考虑到各种载荷对稳定性的实际影响程度，在计算每一种工况下的稳定性是，均给各项再和乘以相应的载荷系数，如下表：表载荷系数序号工况自重载荷起升载荷惯性载荷或碰撞载荷风载荷说明1基本稳定性002动态稳定性风压3突然卸载0风压4暴风侵袭00风压5安装架设稳定性风压3 塔身结构设计塔身结

20、构设计特点3.1.1塔身结构主要参数独立起升高度（以吊钩位置为准）：45m；附着起升高度（以吊钩位置为准）：；独立式塔身包括一个底座节（高）和18个标准节（每节高）；附着式塔身包括一个底座节（高）和63个标准节（每节高）；标准节横截面尺寸：1940mm1940mm；标准节通过M36，粗牙，性能等级为级的螺栓连接；塔身底部无倾斜3.1.2塔机简图图塔机自重产生的轴向力及后倾力矩3.2.1塔机自重对塔身校核面产生的轴向压力对于独立式塔身结构，在校核时，主要对塔身根部A-A截面和掉鼻根部铰点B-B截面进行校核。对于附着式塔身结构，在校核时，主要对顶部一刀附着装置处C-C截面和吊臂根部铰点B-B截面进

21、行校核。塔机各部件自重及其对塔身中心线之矩表序号部件名称至回转中心的距离（m）自重（N）弯矩（）1底座节0490002标准节019746003顶升套架02800004下支座01900005回转支承0525006上支座0861007回转塔身01500008塔帽2000060009司机室4500810010吊臂71100209034011平衡臂2213012吊臂长拉杆662013吊臂短拉杆323014平衡臂拉杆246015力矩限制器12096016平衡重203000-279531017配电箱30003762018起升机构22000-27588019回转机构05000020变幅机构124000480

22、0021顶升装置6000-600022电气液压系统-35000-1500023起重量限制器21063合计657670塔机对吊臂根部铰点B-B截面的轴向压力：+=(4000+71100)+22000+22130+2460+203000+3000+6620+3230+20000+120+210+4500=369880N 当塔机为独立式时，塔机对塔身根部A-A截面的轴向压力=369880+15000+5000+8610+5250+19000+28000+6000+109718+4900=659100N附着式时塔机对顶部附着装置C-C截面的轴向压力=369880+15000+5000+8610+525

23、0+19000+28000+6000+10976=641036N3.2.2自重载荷产生的后倾力矩由上表可知：计算工况3.3.1吊臂工况I 吊臂在最大起吊幅度处，起吊额定起重量Q=，即为吊臂的工况I：式中：q吊钩组及50%铅垂部分钢丝绳重量，取：q=+= 起升动载荷系数，取：=； 变幅小车冲击系数，取：=； G变幅小车及50%垂直铅垂部分钢丝绳重量，G=+=3.3.2 吊臂工况II当吊臂起吊最大重量，且变幅小车运行到起吊幅度时的工况，即为吊臂工况II，则有：3.3.3计算工况机器方位列表计算工况机器方位汇总 表塔身截面内力计算及内力组合3.4.1独立式内力计算塔身B-B截面内力计算1） 工况2，

24、方位1图A轴向力计算B惯性载荷计算 塔机各部分因旋转产生的惯性力，只计算回转切向惯性力，取塔机回转速度为min，转速邮0加速到min需4s。基本公式1：（吊臂和平衡臂惯性力用式计算）由上式可计算得到以下部件的惯性力及其产生的惯性矩，见表序号部件名称质量（kg）R（m）惯性力（N）惯性力矩（）1塔帽20002回转塔身15000003司机室4504变幅机构400125吊臂长拉杆6626吊臂短拉杆3237平衡臂拉杆2468电气系统5000009起升重物800021002625010起升机构220011平衡重20300表基本公式2：起重臂的惯性载荷： 平衡臂的惯性载荷： ，=.mC风载：D水平力：=+

25、=E倾覆力矩：对于B-B截面，由于风载荷惯性力产生的倾覆力矩很小，为了简化计算，在计算时忽略不计。F扭矩：2） Mn=+=工况2，方位2图A轴向力=369880+=B风载虽然风向方位与工况1不同，但是大小相同即C惯性力惯性力大小与方位1相同即D水平力E倾覆力矩F扭矩3） Mn=非工作工况图A轴向力B风载由总体设计部分表，有：C惯性力此时塔机处于飞工作状态，塔机不会因为工作需要而转动，即D水平力F扭矩此时上回转塔身没有被锁起所以Mn=塔身根部A-A截面内力计算AB段长度：1） 工况2，方位1：图A轴向力659100+=B风载C水平力=12954=D倾覆力矩=扭矩A A截面扭矩与BB截面扭矩相同M

26、n= =+ =主弦杆单肢拉力H主弦杆单肢拉力I斜腹杆内力2)工况2，方位2图A轴向力方位2情况下的轴向力同方位1即659100+=B风载风力方向与方位1不同，但大小与前面方位1相同，即C惯性力同前面方位1，D水平力E倾覆力矩=扭矩Mn=主弦杆单肢拉力H主弦杆单肢拉力I斜腹杆内力3）非工作工况A轴向力图同方位1，即B风载A-A截面的风载荷由B-B截面处的风载荷和塔身部位受到的风载组合，结合前面的2.8.3中表的数据可以得到如下结果：C惯性力此时塔机处于非工作状态，塔机不会因为工作需要而转动所以D水平力E倾覆力矩=扭矩此时上回转塔身没有被锁所以Mn=G主弦杆单肢拉力H主弦杆单肢拉力I斜腹杆内力:3

27、.4.2附着内力计算对于附着式塔身，由于塔机通过附着装置固定在建筑物上，经分析，风从垂直于吊臂和平衡臂的方向吹过来的时候（即方位1时）远没有风从平衡臂吹响吊臂时的情况（即方位2）时对塔身的强度和稳定性不利。所以，在进行载荷组合的时候，可以不考虑方位1时的情况。1、塔身B-B截面内计算：塔身强度及稳定性校核3.5.1截面集合形状特征参数 结合数据，经分析可知，塔式起重机塔身的危险截面为A-A和B-B，相比之下，截面B-B的各种内力参数都没有这两截面大，所以进行危险截面的校核验算时，只需计算A-A和C-C截面即可。1） 主弦杆 规格： 截面积： 惯性矩：，其中 回转半径： 计算长度：L=110cm 单肢细长比：=由参考文献【1】（P50）表A1，对Q235钢轴心受压结构件的稳定性系数为：=2） 斜腹杆 规格： 截面积：A= 惯性矩：，其中 回转半径： 计算长度：L= 单肢细长比：=由参考文献【1】（P50）表A1，对Q235钢轴心受压结构件的稳定性系数为：=3） 整体面积 截面积： 惯性矩：