PT7010平頭塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)—塔身和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目：PT7010平頭塔式起重機(jī)設(shè) 計(jì)——塔身和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 33 / 38 目 錄 摘 要III ABSTRACT IV 1前 言1 1.1 平頭塔式起重機(jī)的概況1 1.2 平頭塔機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1 1.2.1優(yōu)點(diǎn)1 1.2.2缺點(diǎn)2 1.3 選題背景及研究意義3 2整機(jī)總體方案5 2.1 塔機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)5 2.2 起重機(jī)的工作級(jí)別6 2.3 機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別6 2.4 起升機(jī)構(gòu)選型6 2.5 變幅機(jī)構(gòu)選型8 2.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型8 3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算10 3.1 課題的研究容1

2、0 3.2方案設(shè)計(jì)和比較10 3.3 回轉(zhuǎn)支撐裝置的受力計(jì)算10 3.4 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算11 3.4.1回轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算12 3.4.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與校驗(yàn)15 3.4.3制動(dòng)器選擇17 4塔身計(jì)算19 4.1塔身受力計(jì)算19 4.1.1塔身的基本計(jì)算數(shù)據(jù)19 4.1.2塔身力計(jì)算20 4.2桁架塔身整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算21 4.2.1塔身截面幾何性質(zhì)21 4.2.2塔身的長細(xì)比22 4.2.3塔身強(qiáng)度與整體穩(wěn)定性23 4.2.4塔身位移計(jì)算23 5抗傾翻穩(wěn)定性24 5.1驗(yàn)算工況24 5.2抗傾翻穩(wěn)定性校核24 5.2.1基本穩(wěn)定性25 5.2.2

3、 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性27 5.2.3暴風(fēng)侵襲穩(wěn)定性28 5.2.4突然卸載穩(wěn)定性28 5.2.5安裝拆卸穩(wěn)定性28 5.3 地面壓應(yīng)力驗(yàn)算:30 總 結(jié)31 致 謝32 參考文獻(xiàn)33 摘 要 本設(shè)計(jì)題目是對(duì)PT7010平頭塔式起重機(jī)塔身及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),該塔機(jī)為水平臂架、小車變幅、上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔機(jī)。平頭塔機(jī)沒有塔頭和拉桿是它最顯著的結(jié)構(gòu)特征,這也是平頭塔得名的由來。設(shè)計(jì)容主要包括塔身及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)、塔身的金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算等。本文首先對(duì)平頭塔式起重機(jī)的發(fā)展及現(xiàn)狀做出了闡述,并重點(diǎn)介紹了平頭塔式起重機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)；然后運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)

4、計(jì)：對(duì)塔機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹,并對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算,計(jì)算出回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的受力情況,并對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇；對(duì)塔身進(jìn)行設(shè)計(jì)：確定塔身的截面形式,對(duì)塔身進(jìn)行截面特性計(jì)算、力計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算,設(shè)計(jì)出符合要求的平衡臂；最后對(duì)整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算：對(duì)塔機(jī)在五種工況下進(jìn)行抗傾翻穩(wěn)定性校核,得出塔機(jī)滿足穩(wěn)定性的要求。 關(guān)鍵詞：平頭塔式起重機(jī)；塔身；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；穩(wěn)定性 The tower andslewing mechanism of 7010 flat head tower crane design ABSTRACT This design topic

5、 is the tower and slewing mechanism of 7010 flat head tower crane design, the machine is the frame, the car horn level arm, turning the jack-up multi-purpose tower. The flat head tower crane does not have the tower and the tension bar is it most remarkable structural feature, this is also the origin

6、 which the flat head tower acquires fame. Design content mainly includes the tower and slewing mechanism design, calculation of slewing mechanism of metal structure, etc. This paper first introduces flat head tower crane of development and the present situation of make, and also introduced the crew

7、cut the advantages and disadvantages of tower crane; And then by using their professional knowledge in slewing mechanism design: tower of the slewing mechanism are introduced, and the slewing mechanism to carry on the design and calculation, calculates the stress of the slewing mechanism, and the mo

8、tor selection; then to the tower to carry on the design: determine the arms of the cross section shape, the internal force calculation sectional characteristic calculation, the stability calculation, designed to meet the requirements of tower; For the last out of the resistance of the tumbling stabi

9、lity link: tower of five kinds of working conditions of tumbling stability checking out, it is concluded that the stability of the tower meet requirements. Key Words: flat head tower crane；the tower；slewing mechanism；stability 1前 言 1.1 平頭塔式起重機(jī)的概況 塔式起重機(jī)簡稱塔機(jī),也稱塔吊,源于西歐。具有工作效率高、使用圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起重高度高、操作

10、方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點(diǎn),因而在建筑安裝工程中得到廣泛的使用,并成為一種總要的施工機(jī)械。塔式起重機(jī)除了用于工業(yè)與民用建筑外,在電站施工、水利建設(shè)以及造船等部門也常有應(yīng)用。沒有塔頭和拉桿是平頭塔機(jī)最顯著的結(jié)構(gòu)特征,這也是平頭塔得名的由來。由于這一特殊的結(jié)構(gòu)形式才使平頭塔與帶塔頭的塔機(jī)有了質(zhì)的區(qū)別,這也決定了平頭塔所特有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。???????? 與帶塔頭、拉桿的水平臂小車變幅式塔機(jī)相比,平頭塔吊臂的受力狀況、連接方式明顯不同。立塔后無論是工作和非工作狀態(tài),平頭塔吊臂和平衡臂上下主弦桿受力狀態(tài)不變,上弦桿主要受拉,下弦桿主要受壓,沒有交變應(yīng)力的影響,其力學(xué)模型單一、簡明。正是基于這一

11、點(diǎn),平頭塔吊臂的連接設(shè)計(jì)才更簡便,非常便于臂節(jié)之間的快速拆裝,現(xiàn)代的平頭塔吊臂大多采用正三角形截面的空間桁架結(jié)構(gòu)主要也是考慮這一受力狀況。上弦桿靠一個(gè)銷軸連接承受拉力,下弦桿則靠結(jié)合處的端面承受壓力,這樣下弦桿的連結(jié)方式非常簡便,僅靠兩個(gè)定位鎖銷并配鎖止螺栓。安裝時(shí)先將上面的銷軸連好,然后下落臂節(jié),兩鎖銷自動(dòng)就位,穿上螺栓即可,臂節(jié)間主要靠上弦桿的一個(gè)大銷軸連接,既省力又省時(shí),這是平頭塔機(jī)的特色之一。 1.2 平頭塔機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 1.2.1優(yōu)點(diǎn) 1.大大降低拆裝塔機(jī)對(duì)所需起重設(shè)備起重能力的要求。平頭塔機(jī)由于取消了塔頭,其單元質(zhì)量小、安裝高度低,最大安裝高度可比同級(jí)的其它塔機(jī)降低10m以上。

12、普通塔機(jī)安裝吊臂時(shí)必須在地面上先將臂架、拉桿等全部連接好再進(jìn)行整體吊裝,此時(shí)對(duì)起重設(shè)備的要求最高,要有很大的起重量和起升高度。因?yàn)楸鄹N軸連好后還要將大臂抬高許多才能將吊臂拉桿連好,安裝吊臂拉桿時(shí)容易出現(xiàn)安全事故,而平頭塔安裝則徹底被改善。平頭塔的吊臂節(jié)通常有4m、5m或10m節(jié)。以50m長的吊臂為例,其最大單元質(zhì)量只相當(dāng)于吊臂總量的1/5左右,臂架在空中逐節(jié)拆裝和整體吊裝相比對(duì)起重設(shè)備的要求大大降低,不僅節(jié)省拆裝費(fèi)用,而且更加安全、快捷。 2.適合于群塔交叉作業(yè)。由于平頭塔取消了塔頭,當(dāng)群塔交叉作業(yè)時(shí)每兩臺(tái)交叉的高度差通?？山档?m,而帶塔頭的塔機(jī)要10m以上。平頭塔群交叉作業(yè)總體高度可

13、大大降低,則具有總體安裝時(shí)間少、對(duì)安裝設(shè)備的要求低、減小每臺(tái)塔機(jī)的壓重及采用較小的塔身截面和底架等優(yōu)點(diǎn)。 3.適合對(duì)高度有特殊要求的場合施工。平頭塔沒有塔頭,吊鉤的有效高度大為提高,空間利用率高,因此非常適合于對(duì)高度有特殊要求的場合,如機(jī)場的改擴(kuò)建,機(jī)場旁的施工,隧道、廠房的施工,高壓線下的施工等,而傳統(tǒng)帶塔頭的塔機(jī)往往很難勝任。 4.適合于對(duì)幅度變化有要求的施工場合。平頭塔機(jī)臂節(jié)特殊的連接方式及沒有塔頭、拉桿,使其吊臂的逐節(jié)拆裝非常簡易、安全,施工過程中如需要改變吊臂的長度<加長或縮短>時(shí)都不用拆下整個(gè)吊臂,而在空中就可以完成臂節(jié)的加、減。這種需要改變幅度的情形在電廠〔站〕的雙曲線冷

14、卻塔施工中經(jīng)常會(huì)遇到,當(dāng)冷卻塔建好后塔機(jī)通過雙曲線最小孔徑時(shí),往往需要拆除部分臂節(jié)甚至是大部分臂節(jié)才能順利將塔機(jī)降下。普通塔機(jī)受拉桿的限制,吊臂只能拆掉吊點(diǎn)以外的臂節(jié),要拆掉吊臂拉桿難度很大,這時(shí)采用平頭塔就可以在空中很方便地任意拆掉臂節(jié)。 5.便于施工現(xiàn)場受限條件下的塔機(jī)拆裝。如果受現(xiàn)場條件限制,汽車起重機(jī)無法靠近時(shí)采用平頭塔無疑是最佳的方案。因?yàn)槠筋^塔獨(dú)有的吊臂連接方式使整個(gè)臂架可以在空中逐節(jié)拆裝,必要時(shí)可以直接從運(yùn)輸車輛上取放臂節(jié)。由于單元臂節(jié)的質(zhì)量較小,可以利用工地上已有的塔機(jī)安裝其旁邊的平頭塔。實(shí)際上拆卸塔機(jī)時(shí)現(xiàn)場受限的情況更加普遍,如帶有裙樓的高層建筑,因種種因素塔機(jī)常立在裙樓里

15、,一旦工程完工拆塔時(shí)受裙樓的限制,汽車起重機(jī)往往無法靠近,普通塔機(jī)拆卸大臂是個(gè)難題,而這種情況拆平頭塔則容易得多。 1.2.2缺點(diǎn) 平頭塔也有其固有的缺點(diǎn),大致有3方面。 1.平頭塔整個(gè)吊臂、平衡臂的質(zhì)量比同級(jí)別的普通塔機(jī)重5%～15%。為克服這一缺點(diǎn)應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則,如150tm以上級(jí)別平頭塔的吊臂應(yīng)設(shè)計(jì)成單節(jié)質(zhì)量較輕的分段組合式,以便于運(yùn)輸及空中的逐節(jié)拆裝,重要的是便于安裝人員安全到達(dá)臂節(jié)連接點(diǎn)及穿繩。另外,回轉(zhuǎn)平臺(tái)與平衡臂和吊臂應(yīng)采用分體式設(shè)計(jì),限制單件質(zhì)量。 2.在現(xiàn)有條件下500tm以上級(jí)別平頭塔的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)逐漸喪失。對(duì)于幅度較大的大型平頭塔機(jī)來說吊臂的自重明顯增加

16、,這會(huì)削弱平頭塔的起重能力。為有效彌補(bǔ)這一損失,應(yīng)最大限度地減少吊臂自重,通常是降低其截面高度、減小結(jié)構(gòu)件的材料壁厚、采用高強(qiáng)材料等。 3.平頭塔吊臂的外形尺寸對(duì)運(yùn)輸不利。尤其是大型平頭塔的根部節(jié)較大,如最初Linden550tm級(jí)平頭塔的根部吊臂節(jié)高達(dá)3.7m,因超高必須解體運(yùn)輸,因此通常情況下吊臂節(jié)的截面尺寸不應(yīng)超過2.8m。對(duì)于臂長85～120m、起重力矩800tm以上的大型塔機(jī)來說,采用平頭式的設(shè)計(jì)會(huì)帶來不便,在吊臂截面尺寸的處理上有些困難,此時(shí)采用傳統(tǒng)帶拉桿的吊臂形式較好 1.3 選題背景及研究意義 當(dāng)今中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展時(shí)期,建筑工業(yè)化和工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中起重機(jī)的使

17、用是不可缺少的。 從古代,人們?yōu)榱私ㄔ齑笮徒ㄖ桶l(fā)明了原始的起重設(shè)備,到了今天,起重機(jī)設(shè)計(jì)制造已經(jīng)成為一個(gè)專門的產(chǎn)業(yè)。起重設(shè)備的應(yīng)用給人們帶來了很大的便利,小到倉庫里的叉車,大到航天中心的吊裝火箭的起重機(jī)械,建筑工地上隨處可見的塔式起重機(jī),港口碼頭的大型龍門吊,起重機(jī)的身影無處不在。 起重機(jī)械是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備,被廣泛的應(yīng)用于各種物料的起重、運(yùn)輸、裝卸、安裝和人員輸送中,從而大大減輕了體力勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 在現(xiàn)代建筑工程中,起重機(jī)成立標(biāo)志性裝備。紐約的帝國大廈可以在短短的400余天建成,并且在隨后的幾十年里保持世界最高建筑的頭銜,起重機(jī)械功不可沒；20XX德國世界

18、杯場地建設(shè),整個(gè)工作場地分為幾個(gè)工作區(qū)域,劃分的原則就是起重機(jī)械的工作覆蓋圍,將整個(gè)工地都置于起重機(jī)械的工作圍,大大提高建設(shè)速度和場地利用率。在中國,三峽大壩的建筑現(xiàn)場,最顯眼的施工設(shè)備就是那些巨大的塔吊,它們?nèi)找共煌５孛β抵?為這個(gè)巨大的水利工程能夠早日造福社會(huì)提供強(qiáng)有力的保障。 不僅僅在建筑工地上活躍著起重機(jī)的身影,港口、機(jī)場、車站或者各種各樣的工車間,都有起重設(shè)備在工作。如果沒有起重機(jī)的參與,那些巨大的港口可能會(huì)癱瘓,帶來的經(jīng)濟(jì)損失或許不會(huì)小于金融危機(jī)的沖擊。 正是由于起重機(jī)使用的普遍性,起重機(jī)設(shè)計(jì)制造具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,僅工程起重機(jī)一項(xiàng),全球的年銷售額就有75億美元,但是

19、這些大多是由歐美企業(yè)壟斷。 我們已經(jīng)看到世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始進(jìn)入新的技術(shù)革命時(shí)代。我國目前仍然處在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周 期化階段,起點(diǎn)低、設(shè)備落后,相對(duì)發(fā)達(dá)國家落后20年左右。如果我國能從國外工業(yè)發(fā)展中得到啟示,將可加快我國起重機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。 2整機(jī)總體方案 圖2-1 塔機(jī)整體示意圖 2.1 塔機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 額定起重力矩——1000kN.m 最大起重量——8t 最大工作幅度——70m 最小工作幅度——3 m 最大起升高度——150m 最大幅度處額定起重量——1t 起升高度——獨(dú)立50m,

20、附著180m 起升速度——50~100m/min 最低穩(wěn)定下降速度——≤5m/min 最大回轉(zhuǎn)速度——0.7r/min 變幅速度——30/50m/min 頂升速度——0.4 m/min 工作溫度——-20℃~40℃ 工作電壓——380±%5V 最大工作風(fēng)壓——250N/M2 2.2 起重機(jī)的工作級(jí)別 參考工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)手冊(cè),暫定塔機(jī)及各機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別如下： <1> 載荷狀態(tài) Q2 〔中等載荷〕 名義載荷譜系數(shù) <2> 利用等級(jí)

21、 U4 〔經(jīng)常清閑的使用〕 總的工作循環(huán)次數(shù) <3> 起重機(jī)的工作級(jí)別 A4 2.3 機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別 表2-1 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 起升機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu) 頂升機(jī)構(gòu) 載荷狀態(tài) L2 L3 L3 L2 利用等級(jí) T4 T4 T3 T1 工作級(jí)別 M4 M3 M3 M1 2.4 起升機(jī)構(gòu)選型 在塔式起重機(jī)中,用以提升或者下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu),一般采用卷揚(yáng)機(jī)式。起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)中最重要最基本的機(jī)構(gòu),其工作的好壞直接影響到整臺(tái)起重機(jī)的工作

22、性能。 常用于塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)有GQTJ系列和QTJ系列起升機(jī)構(gòu)。相比較而言,QTJ系列起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較緊湊,選擇此系列的起升機(jī)構(gòu)。 起升機(jī)構(gòu)通常由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤組成。 1.鋼絲繩選擇 鋼絲繩是有很細(xì)的強(qiáng)度很高的鋼絲,按一定的螺距繞成股,再由股繞成繩。 在作為中小型起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)使用時(shí),纖維芯鋼絲繩在抗拉強(qiáng)度和破斷力方面可以滿足使用需求,并且起重機(jī)在運(yùn)送物料時(shí)需要卷繞,因此選用纖維芯鋼絲繩,以增加使用壽命,減少更換次數(shù)。 2.卷筒選擇 起升機(jī)構(gòu)的卷筒是用來卷繞并儲(chǔ)存起升繩的。在批量生產(chǎn)的通用中小型起重機(jī)中多用鑄鐵制造的卷筒,一般采用多層卷繞。 多

23、層卷繞卷筒主要用于起升高度很大的起升機(jī)構(gòu),多采用不帶螺旋槽的光面卷筒,根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用多層卷繞式的鋼絲繩鑄造卷筒。 3.電動(dòng)機(jī)選擇 我國起重機(jī)采用專用的直流和交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速圍大、過載能力強(qiáng)、平滑的調(diào)速特性和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。工作電壓為220 V 和440 V。但存在設(shè)備費(fèi)用高、體積大和需要專用的供電電源等缺點(diǎn), 少數(shù)冶金起重機(jī)和要求在較大圍平穩(wěn)調(diào)速的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)。 籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單, 操縱方便, 有較高的轉(zhuǎn)差率, 適用于直接啟動(dòng), 價(jià)格也便宜, 缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流大<達(dá)額定電流的4～6 倍>和不能承受較多的起動(dòng)次數(shù)。作為起升機(jī)構(gòu)用電機(jī),需要頻

24、繁起動(dòng),因此籠式電機(jī)不適合選用。 繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用的最多。因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路可以外接起動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)起動(dòng)調(diào)速, 起動(dòng)平穩(wěn)、起動(dòng)電流通常不超過額定電流的2～215倍, 且有較高的過載能力。所以這次選用繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 4. 減速器選擇 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置,用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩,以滿足工作需要。QJ系列減速器減速比圍寬,機(jī)械傳動(dòng)效率高,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音低,使用壽命長,承載能力高,易于拆檢,易于安裝。這里選用QJ系列標(biāo)準(zhǔn)減速器。 5. 制動(dòng)器選擇 制動(dòng)器是起升機(jī)構(gòu)不可缺少的安全裝置,而且要安裝在高速軸與卷筒剛性聯(lián)系的位置。一般起重機(jī)常用的減速器有

25、盤式和瓦塊式兩種。因?yàn)楸P式制動(dòng)器是以平面的摩擦塊雙向壓到制動(dòng)盤上產(chǎn)生制動(dòng)力,制動(dòng)摩擦力合摩擦受損均勻,更換也方便,所以這里選用盤式制動(dòng)器。 6.聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器是將兩個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)部件聯(lián)系起來,如電動(dòng)機(jī)輸出軸和減速器輸入軸的連接,減速器輸出軸與卷筒軸的連接等。在電動(dòng)機(jī)輸出軸與減速器高速軸之間,選用梅花形彈性聯(lián)軸器,因?yàn)殡姍C(jī)輸出轉(zhuǎn)速高,具有沖擊和振動(dòng),這種類型的聯(lián)軸器有緩沖減振的作用,另外還有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,補(bǔ)償能力好的優(yōu)點(diǎn)。減速器低速軸有卷筒間有較大的轉(zhuǎn)矩,如使用普通齒輪聯(lián)軸器,尺寸會(huì)很大,因此,可以選用近年來設(shè)計(jì)的卷筒專用齒形聯(lián)軸器。 2.5 變幅機(jī)構(gòu)選型 變幅機(jī)構(gòu)按工作性質(zhì)分：非工作性

26、質(zhì)變幅機(jī)構(gòu)和工作性質(zhì)變幅機(jī)構(gòu)；變幅機(jī)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)形式分： 臂架擺動(dòng)式變幅機(jī)構(gòu)和運(yùn)行小車式變幅機(jī)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)在市場上流行以及工地上常用的形式,此次設(shè)計(jì)選用運(yùn)行小車變幅機(jī)構(gòu) 〔1〕電機(jī)選擇 綜合分析現(xiàn)今主流產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn),主要是電機(jī)的區(qū)別,初步選定類型為變頻電機(jī)此種電機(jī)工作時(shí)候噪音、啟動(dòng)平穩(wěn)、耗能少、無級(jí)變速,綜合多種優(yōu)點(diǎn)此次變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)電機(jī)選擇變頻電機(jī)。方案論證：小車變幅機(jī)構(gòu)是影響重物就位準(zhǔn)確性的一個(gè)機(jī)構(gòu),它的慣性沖擊要比回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)低一些。目前大塔一般是用雙速或三速電機(jī),小塔機(jī)用的是單速電機(jī),先進(jìn)的則是變頻無極調(diào)速電機(jī),價(jià)格當(dāng)然高一些,卻是發(fā)展趨勢。 〔2〕 鋼絲繩選擇 變幅機(jī)構(gòu)的鋼絲繩選擇

27、不像起升機(jī)構(gòu)那樣承受很大的力,在保證小車變幅時(shí)候帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力即可以,根據(jù)多中塔式起重機(jī)中的鋼絲繩,此處初選鋼絲繩規(guī)格6〔19〕-25-155-I-甲鍍右交。 2.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系列最常用的為H系列回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),其特點(diǎn)是可根據(jù)用戶需要配置不同電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速,采用國外先進(jìn)技術(shù)的硬齒面、高精度的行星減速器為封閉式結(jié)構(gòu),運(yùn)行可靠,保修維護(hù)方便,采用電磁制動(dòng)器,啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確、制動(dòng)迅速可靠,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,傳遞力矩大,箱體強(qiáng)度高,通過調(diào)整減速機(jī)速比和輸出齒輪參數(shù),能滿足任何參數(shù)。 〔1>電機(jī)選擇 綜合分析現(xiàn)今主流產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn),主要是電機(jī)

28、的區(qū)別,初步選定類型為變頻電機(jī),此種電機(jī)工作時(shí)候噪音、啟動(dòng)平穩(wěn)、耗能少、無級(jí)變速,綜合多種優(yōu)點(diǎn)此次回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)電機(jī)選擇變頻電機(jī)。方案論證：采用電機(jī)的種類和好壞決定塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)慣性力,目前,廣泛采用的起升電機(jī)有： 鼠籠式電機(jī)、繞線電機(jī),變頻電機(jī)。繞線電機(jī)采用繞線式串電阻調(diào)速方式,這種方式起動(dòng)特性較軟,沖擊較小,但價(jià)格也相應(yīng)高一些。比較先進(jìn)的是變頻無級(jí)調(diào)速電機(jī),它起動(dòng)沖擊很小有,但成本高,價(jià)格較貴。 <2> 回轉(zhuǎn)支承選型 支承裝置是為塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)定、牢固的支承,并將回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給固定部分的裝置,簡稱回轉(zhuǎn)支承。在塔式起重機(jī)中主要適用柱式和滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。滾動(dòng)軸承式回

29、轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)緊湊,可同時(shí)承受垂直力、水平力和傾覆力矩,是目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)支承裝置。所以綜合考慮選擇使用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置按滾動(dòng)體形狀和排列方式可分為四種;單排四點(diǎn)接觸式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。綜合考慮此次設(shè)計(jì)采用雙排球式回轉(zhuǎn)支承。 <3> 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置 塔機(jī)上一般采用電動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置,其安裝在塔機(jī)的回轉(zhuǎn)部分,電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)最后一級(jí)小齒輪,小齒輪與安裝在塔機(jī)固定部分上的大齒圈相嚙合,以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。塔機(jī)常采用以下兩種形式的機(jī)械傳動(dòng)形式：臥式電動(dòng)機(jī)與蝸桿減速器傳動(dòng),這種方案機(jī)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)比大,但效率低。適用于要

30、求結(jié)構(gòu)緊湊的中小型塔式起重機(jī)； 立式電動(dòng)機(jī)與行星齒輪減速器傳動(dòng),這種方案傳動(dòng)比大,機(jī)構(gòu)緊湊,是較理想的傳動(dòng)方案。所以此次設(shè)計(jì)采用立式電動(dòng)機(jī)與行星齒輪減速器傳動(dòng)。 3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算 3.1 課題的研究容 起重機(jī)最大幅度：70m 最大幅度額定起重量：1 T.要求根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)載荷,慣性載荷,最后轉(zhuǎn)化為回荷,設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),擬定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案,經(jīng)過比較得到合理的傳動(dòng)方案。 3.2方案設(shè)計(jì)和比較 塔機(jī)對(duì)回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的要求, 按其重要程度順序歸納為下列幾條: <1> 回轉(zhuǎn)平穩(wěn),起動(dòng)制動(dòng)慣性力小。這對(duì)建筑施工要求塔機(jī)作業(yè)圍越來越大<即起重臂需越來越長>,更顯得重要。 <2>

31、 在重載、輕載<或空載>回轉(zhuǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)不同的速度,即有調(diào)速功能, 以提高施工工效。 <3> 使用可靠,壽命長。如果故障頻繁,對(duì)施工工期影響太嚴(yán)重。 <4>工作時(shí)可停止定位, 非工作狀態(tài)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 <5> 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置本身尺寸小重量輕,以便于上支座結(jié)構(gòu)布置及減輕塔身結(jié)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)的計(jì)算負(fù)荷,減少壓重。這對(duì)軌道式作業(yè)的塔機(jī)尤為突出。 <6> 傳動(dòng)效率高,以節(jié)約電能。 采用選定用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置,為保證軸承裝置正常工作,對(duì)固定軸承座圈的機(jī)架要求有足夠的剛度；立式電動(dòng)機(jī)與行星齒輪減速器傳動(dòng)這種傳動(dòng)方案采用的行星齒輪減速器有擺線針輪傳動(dòng)、漸開線少齒差和諧波傳動(dòng)等。行星傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大,結(jié)

32、構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),是塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)較理想的傳動(dòng)方案。塔式起重機(jī)的電動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)推薦采用可操縱的常開式制動(dòng)器,以避免制動(dòng)作用過猛,遇有強(qiáng)風(fēng)時(shí),亦能自動(dòng)回轉(zhuǎn)到順風(fēng)位置,減小傾覆危險(xiǎn)〔采用常開式制動(dòng)器時(shí),應(yīng)有制動(dòng)器制動(dòng)后的鎖住裝置〕。 3.3 回轉(zhuǎn)支撐裝置的受力計(jì)算 作用在回轉(zhuǎn)支撐上的載荷主要包括起重臂架、平衡臂架、平衡重、塔頂部分的自重、最大額定起升載荷、風(fēng)載荷、慣性載荷以及回轉(zhuǎn)齒輪嚙合力的作用。這些力均可向回轉(zhuǎn)中心簡化成回轉(zhuǎn)支撐的計(jì)算載荷垂直力V,水平力H和力矩M三部分。 用下式計(jì)算： =342846N =152143N =1345397N FQ---最大額定載荷,N； FQ

33、=1000×9.8=9800 N ----起升動(dòng)載荷系數(shù)：取=1； F1----作用在重物上的離心力,N； F1=1000××70=29491.2N； FWQ----作用在重物上的風(fēng)力,N； FWQ=250×8=2000N； Gb----起重臂的重力,N； Gb=4254.6×9.8=25984.7N； G1----除去起重臂架和配重之外其他回轉(zhuǎn)部分的重力,N； G1=1679×9.8=16454.2N； G3----平衡重,N； G3=14600×9.8=143080N； FL1---G1質(zhì)量引起回轉(zhuǎn)離心力,N； FL1=1679××0.8=550 N； FL3-

34、---G3質(zhì)量引起回轉(zhuǎn)離心力,N； FL3=14600××12=71761.9 N； FLb---起重臂架的回轉(zhuǎn)離心力,N； FLb=2652××28=29872 N； Fw2---作用在塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分上的風(fēng)載,N； Fw2=4430××0.8=1451N； 根據(jù)塔式起重機(jī)的總體尺寸及計(jì)算載荷,即垂直力V,水平力H和力矩M,按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇滾動(dòng)軸承型號(hào) 3.4 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)計(jì)算包括回轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 3.4.1回轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算 塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)主要克服的阻力是回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力據(jù)、風(fēng)力阻力矩和回轉(zhuǎn)慣性阻力矩,按下式計(jì)算： T=Tm+

35、Tw+Tg+Tp T----回轉(zhuǎn)阻力矩,N.m； Tm----回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力據(jù),N.m； Tw----風(fēng)力阻力矩,N.m； Tg----慣性阻力矩,僅出現(xiàn)在回轉(zhuǎn)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí),N.m； Tp----坡度阻力矩,N.m； 〔1〕 摩擦阻力矩 Tm 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置在回轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力據(jù)按下式計(jì)算： 式中----當(dāng)量摩擦系數(shù),如表3.1所示： 表3.1 當(dāng)量摩擦系數(shù) 工況 球式回轉(zhuǎn)支撐 交叉滾珠式回轉(zhuǎn)支撐 回轉(zhuǎn)啟動(dòng) 正?；剞D(zhuǎn) 0.012 0.008 0.015 0.01 D0-----回轉(zhuǎn)支撐滾道中心圓直徑,1.6m； ---

36、垂直力和力矩在回轉(zhuǎn)支撐的滾動(dòng)體上產(chǎn)生的發(fā)向壓力絕對(duì)值總和,N； 當(dāng)e=<交叉滾珠式〕和e=<滾球式〕時(shí) 當(dāng)<交叉滾珠式〕和>0.3D0<滾球式〕時(shí) 因?yàn)镸/V>0.3D0,所以： 式中----系數(shù),滾球式=1.5, -----水平力H在回轉(zhuǎn)支撐的滾動(dòng)體上產(chǎn)生的法向壓力絕對(duì)值總和,N; =1.72×152143=219309.4N 式中----系數(shù)值,與滾動(dòng)體的形狀和滾動(dòng)體與滾道的接觸角等因素有關(guān)。當(dāng)接觸角為450時(shí),對(duì)滾球式取=1.72 〔2〕風(fēng)阻力矩TW 風(fēng)阻力矩的計(jì)算公式： 式中FWQ-

37、---作用在起吊物上的風(fēng)載荷,N A=2㎡ ,C=1.2 FWQ=1.2×250×2=600 N； ----作用在起重臂架上的風(fēng)力,N； Abi =55.26×1.2=66.3 m2 φ漏=0.25, η重=0.25, C=1.3 Kn=1, qⅡ=250N/m2 A實(shí)=φ<1＋η>A=0.25×1.25×66.3=20.72 m2 FWb=1.2 ×250×20.72=6734 N FW3----作用在平衡重上的風(fēng)載荷,N； A=5.0m2 FW3=1.2×250×5.0=1500N ----作用在平衡臂架上的風(fēng)載荷,N； A=0.35×15.32=5

38、.362 m2 FW4=1.2×250×5.362=1608.6 N ----起吊物品到回轉(zhuǎn)中心的距離,m； 取 R=40m ----起重臂架風(fēng)力作用線到回轉(zhuǎn)中心的距離,m； 取 Rb=27.5m ----平衡重風(fēng)力作用線到回轉(zhuǎn)中心的距離,m； 取 R3=11m ----平衡臂架力作用線到回轉(zhuǎn)中心的距離,m； 取 R4=9m ----起重臂與風(fēng)向的夾角,〔°〕。 當(dāng)=90°時(shí),起重臂架與風(fēng)向垂直,最大的風(fēng)阻力矩按下式計(jì)算： =600×40+6734×27.5-1500×11-1608.6×9=141352.17N.m； 當(dāng)從零變化到90o的過程中,風(fēng)阻力矩

39、也隨著變化,其等效風(fēng)阻力矩按下式計(jì)算： =0.7×141352.17=98946.52 N.m； <3> 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩是由起升載荷、塔機(jī)回轉(zhuǎn)部分和傳動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)零件三部分質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力矩引起的。 Tg---回轉(zhuǎn)慣性阻力矩,kg·m2； TgQ----起吊物品繞塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)的慣性阻力矩,kg·m2； TgG----塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩,kg·m2； TGm----作用在電機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分的慣性阻力矩,kg·m2； 起吊物品繞塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)的慣性阻力矩 =58800××0.7/<9.55×5>=163487N.m； 式中 Q-額定起

40、升載荷,N； Q=6000×9.8=58800 N； R-起吊物品的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心線的水平距離,m； 取 R=20m n----塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)速度,r/min； 取 n=0.7r/min ----回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)時(shí)間,s,通?？扇=3～6s. 塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩 JGi----塔式起重機(jī)零部件和構(gòu)件繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2； TgG=121342.5n.m 作用在電機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分的慣性阻力矩,因?yàn)樽饔迷陔姍C(jī)軸上的機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可以忽略不計(jì),所以這部分不計(jì)。 <4> 坡度阻力矩 塔式起重機(jī)由于軌道鋪蛇不平或者土壤

41、地基的沉陷,導(dǎo)致其回轉(zhuǎn)中心線與鉛垂線成一夾角,從而產(chǎn)生坡度阻力矩。 Tpmax= Gi------塔機(jī)各回轉(zhuǎn)部件質(zhì)量的重力,N Li————各部件至回轉(zhuǎn)軸線的距離,m r————坡道角度 Tpmax=12563N.m Tpe≈0.7Tpmax=8794.11N.m 3.4.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與校驗(yàn) 初選電動(dòng)機(jī)時(shí),等效功率安下面的公式計(jì)算 =126605.71×0.7/<9550×0.8> =10.6 kw =126605.71 N.m 式中 Pe----電機(jī)等效功率,kw； ----回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總效率,采用行星齒輪傳動(dòng)時(shí)0.8～0.85；取=0.8 n----

42、塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)速度,r/min； 取n=0.7r/min； 查表可取電機(jī)型號(hào)為YZR160L-6,其參數(shù)為 1.電動(dòng)機(jī)的過載能力校驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)過載能力校驗(yàn)按下式進(jìn)行 =6kw 式中PJC—基準(zhǔn)接電線持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率,11KW； H—系數(shù),在電壓有損失〔交流電動(dòng)機(jī)為15%,直流電動(dòng)機(jī)不考慮〕,最大轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有允差〔繞線型異步電動(dòng)機(jī)為10%,籠型電動(dòng)機(jī)為10%〕等條件下,繞線型異步電動(dòng)機(jī)取H=1.55,鼠籠型電動(dòng)機(jī)取1.6,直流電動(dòng)機(jī)取H=1,直流電動(dòng)機(jī)取H=1： Zm—機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù); λm—基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)持續(xù)率時(shí),電電動(dòng)

43、機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)； Tw2max—按工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)載荷計(jì)算出風(fēng)阻力矩,N·m 2.電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)按式 式中：—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)電動(dòng)機(jī)的額定功率〔kw〕 —?電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,r/min —機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率 —系數(shù), —回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)最不利工作循環(huán)的等效平均阻力矩,N.mm,可按下式近似計(jì)算： 其中：—系數(shù)取0.68 —電動(dòng)機(jī)的靜阻力矩,N.mm —最大起升載荷,N —卷筒計(jì)算直徑, —倍率 —減速機(jī)傳動(dòng)比 —機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率 高速起吊： 低速起吊： 故發(fā)熱校核合格。 3.啟動(dòng)時(shí)間校核 塔機(jī)

44、設(shè)計(jì)規(guī)GB/T13752-92要求控制系統(tǒng)使啟動(dòng)時(shí)物品的平均加速度a —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,r/min [tq]—許用起動(dòng)時(shí)間,一般為4～10S [J]—機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量換算到電機(jī)軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg. Tq—電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)力矩Nm Tj—靜阻力矩N.m JD—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg. JL—制動(dòng)輪和聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg. 3.4.3制動(dòng)器選擇 由塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)GB/T13752-92知,據(jù)此進(jìn)行制動(dòng)器選擇計(jì)算： 起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩需滿足正點(diǎn)面條件： 式中：—制動(dòng)安全系數(shù)取1.5 —滿載時(shí)制動(dòng)軸的靜力矩 T= 式中： m—鋼絲繩層數(shù) d—鋼絲

45、繩直徑 i卷筒至制動(dòng)器軸間轉(zhuǎn)動(dòng)比16.34 機(jī)構(gòu)總效率 所以 根據(jù)制動(dòng)器所需制動(dòng)力矩選用標(biāo)準(zhǔn)分列制動(dòng)器,型號(hào)為YWZ-315/45-16,額定制動(dòng)力矩630N.m。 4塔身計(jì)算 4.1塔身受力計(jì)算 塔式起重機(jī)的塔身是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體,支撐著塔機(jī)上部的重量和載荷的重量。塔身截面形式為正方形截面,主弦桿為方鋼管,腹桿為角鋼。計(jì)算大體上分為軌道式塔身的計(jì)算和附著式塔身的計(jì)算,軌道式是指在軌道上運(yùn)行的塔式起重機(jī),附著式是指按一定間隔距離通過支撐裝置將塔身錨固在建筑物上的自升式塔式起重機(jī)。本設(shè)計(jì)其計(jì)算模型如圖所示 圖4-1塔身的計(jì)算模型

46、 4.1.1塔身的基本計(jì)算數(shù)據(jù) ：塔身在臂根鉸接截面所受軸向力,N；N0=279834N ：塔機(jī)回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的均布水平慣性力,N/m； 變幅回轉(zhuǎn)慣性載荷,塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)和制動(dòng)是,所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性載荷計(jì)算方法和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的類似, ：起重臂及物品與平衡臂及配重產(chǎn)生的不平衡力矩〔端力矩〕,N.m； ：回轉(zhuǎn)部分產(chǎn)生的扭力矩,N.m； 、：塔頂水平力,N； ：均布風(fēng)力,N/m,假定風(fēng)力與塔機(jī)運(yùn)行慣性力方向相同〔固定式塔身不計(jì)算運(yùn)行慣性力及〕； =504N/m 式中 —作用在塔式起重機(jī)塔身上的均布風(fēng)力,N/m； C—風(fēng)力系數(shù),查表得；C=1.7

47、 q—計(jì)算風(fēng)壓 q=250Pa；；—風(fēng)速,m/s； A—垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積,； =44,.36 —兩片相鄰桁架前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù),； —結(jié)構(gòu)充實(shí)率； B—塔身橫截面寬度,B=1700mm。 H—塔身高度,m。 ：最大幅度時(shí)相應(yīng)的額定起升載荷,t；FQ=1t R：最大幅度,m；R=70m ：塔身重量,t Pt=18.5t 4.1.2塔身力計(jì)算 當(dāng)各種載荷按一定規(guī)則分配到個(gè)平面后,可根據(jù)分配到的作用力分別計(jì)算出各平面桁架的力,從而計(jì)算塔身的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性,塔身主肢弦桿的穩(wěn)定性,計(jì)算塔身腹桿的,塔機(jī)非工作狀態(tài)時(shí),用以計(jì)算整機(jī)傾覆穩(wěn)定性和驗(yàn)算塔身的整體穩(wěn)定性。 在

48、塔身危險(xiǎn)截面〔I-I〕的軸向力計(jì)算： =279834+9800×18.5=340267.3N 〔〕 MX=FY×=32523×41.5=1349704N.m 式中：—塔身危險(xiǎn)截面距塔身頂部的距離,m。 彎矩〔臂架位于塔身截面I-I繞x-x軸上〕： 塔身危險(xiǎn)截面剪切力： =6822878.1N <3-8> 4.2桁架塔身整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算 4.2.1塔身截面幾何性質(zhì) 1〕方鋼管 □ 1352×12單肢幾何特性 ,如圖4.2 圖4.2 方鋼截面 整體結(jié)構(gòu)的幾何特性 4.2.2塔身的長細(xì)比 根據(jù)確定的計(jì)算模型等截面塔身對(duì)x軸的

49、長細(xì)比為 根據(jù)確定的計(jì)算模型等截面塔身對(duì)y軸的長細(xì)比為 式中,為支撐方式?jīng)Q定的各種塔身的長度系數(shù),H為塔高,或取H-h計(jì)算。 桁架塔身換算長細(xì)比為 式中 —塔身橫截面所截垂直于x軸的兩個(gè)側(cè)面桿毛截面面積之和,； —塔身橫截面所截垂直于y軸的兩個(gè)側(cè)面的各腹桿毛截面面積之和,； —塔身的許用長細(xì)比,=150。 4.2.3塔身強(qiáng)度與整體穩(wěn)定性 桁架塔身的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性均用最大截面計(jì)算。 強(qiáng)度 ,所以桁架塔身的強(qiáng)度滿足要求。 整體穩(wěn)定性 或98.5MPa,所以符合要求 式中 —x-x軸整體穩(wěn)定性擴(kuò)大系數(shù)； —y-y軸整體穩(wěn)定性擴(kuò)大系數(shù)； —塔身對(duì)截面x軸和

50、y軸的歐拉臨界力,,。 4.2.4塔身位移計(jì)算 塔頂?shù)乃轿灰瓶砂磻冶坭旒芰哼M(jìn)行計(jì)算,采用下式近似計(jì)算： 根據(jù)我國規(guī)要求,塔式起重機(jī)在額定起升載荷作用下,塔身在臂架連接處的水平靜位移應(yīng)不大于H/100。即 其中,H為臂架連接處至軌道頂面的垂直距離,m。 5抗傾翻穩(wěn)定性 5.1驗(yàn)算工況 本塔式起重機(jī)為固定基礎(chǔ)的自升式塔式起重機(jī),其抗傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算包括：安裝架設(shè)、拆卸和使用過程〔工作狀態(tài)、非工作狀態(tài)〕。列表5-1如下： 表5-1固定基礎(chǔ)塔式起重機(jī)驗(yàn)算工況 工 況 說 明 基本穩(wěn)定性 工作狀態(tài)、靜載、無風(fēng) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 工作狀態(tài)、動(dòng)載、有

51、風(fēng) 暴風(fēng)侵襲 非工作狀態(tài) 突然卸載 工作狀態(tài),料斗脫落 安裝拆卸 安裝拆卸狀態(tài)、有風(fēng) 5.2抗傾翻穩(wěn)定性校核 圖5-1 抗傾翻穩(wěn)定性計(jì)算簡圖 由于固定基礎(chǔ)式的傾覆邊沿不明確,GB/T13752-92提出,固定式砼基塔機(jī)整機(jī)抗傾翻穩(wěn)定性驗(yàn)算公式： 式中 e----偏心距； M----作用于基礎(chǔ)上的彎矩； h----基礎(chǔ)深度； b----基礎(chǔ)寬度； Fv----作用于基礎(chǔ)上的垂直載荷； Fh----作用于基礎(chǔ)上的水平載荷； Fg----混凝土基礎(chǔ)的重力； 作用于基礎(chǔ)上的彎矩包括自重載荷、起升載荷、離心力、慣性力及風(fēng)載荷產(chǎn)生的力矩,根據(jù)上述工況計(jì)算如下：

52、 5.2.1基本穩(wěn)定性 工作狀態(tài)：無風(fēng)靜載、考慮自重載荷及吊重對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響,載荷放大系數(shù)：自重載荷系數(shù)取1.0,離心力系數(shù)取1.0,起升載荷系數(shù)取1.5。 〔1〕自重載荷計(jì)算 表5-2 基本穩(wěn)定性自重載荷 名稱 質(zhì)量 重心至回轉(zhuǎn)中心距離mm 力距Kg.mm 起重臂第一節(jié) 480 2250 1080000 起重臂第二節(jié) 865 10500 9082500 起重臂第三節(jié) 788 20500 16154000 起重臂第四節(jié) 713 30500 21746500 起重臂第五節(jié) 636 40500 25758000 起重臂第六節(jié) 5

53、12 50500 25856000 起重臂第七節(jié) 465 57500 26737500 起重臂第八節(jié) 330 62500 20625000 起重臂第九節(jié) 312 67500 21060000 起重臂第十節(jié) 83 70740 5871420 起重臂其他 176 35630 4532000 變幅機(jī)構(gòu) 220 7860 1729200 平衡臂 2683 -7523 13963533 起升機(jī)構(gòu) 1600 -8280 -1324800 平衡重 14700 -16270 -189879000 司機(jī)室 244 1310 31

54、9640 電氣系統(tǒng) 150 -3810 -571500 平衡臂拉桿 541 -6142 -3322822 回轉(zhuǎn)塔身 880 0 0 上轉(zhuǎn)臺(tái) 1230 0 0 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 500 0 0 回轉(zhuǎn)支承 420 0 0 下轉(zhuǎn)臺(tái) 1351 0 0 套架 3667 0 0 引進(jìn)平臺(tái) 255 2190 493407 液壓頂升機(jī)構(gòu) 230 -1700 -391000 塔身 15750 0 斜撐 1720 0 底架 3150 0 基礎(chǔ) 70000 0 合 計(jì) 120824 -4977

55、0422 〔2〕離心力計(jì)算： F=mw2=m<0.7×2×3.14/60>2=<8000+246+279>*0.0055*15500/10000=72.675 離心力矩 F.r=72.675×<42000+1000>=3125025N.mm 〔3〕起升載荷力矩計(jì)算： F.r=〔8000＋246＋279〕×15500= 132137500 N.mm 〔4〕偏心e計(jì)算： M=〔132137500×1.5＋3125025×1.0-49770422×1.0〕×10 =1453108030N.mm Fh=0N Fg＋Fv=[<8000＋246＋279>＋120824

56、]×10=1293490N e=1123.4mm 5.2.2 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 工作狀態(tài)：有風(fēng)載、考慮自重載荷及吊重對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響,載荷放大系數(shù)：起升載荷系數(shù)取1.30,離心力系數(shù)取1.0,自重載荷取1.0,風(fēng)載荷系數(shù)取1.0 〔1〕風(fēng)載荷計(jì)算： 表5-3 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性風(fēng)載荷 部件 風(fēng)力系數(shù) 風(fēng)壓N/m2 迎風(fēng)面積mm2 總面積mm2 充實(shí)率ω 擋風(fēng)折減系數(shù) 風(fēng)載荷N 到基礎(chǔ)距離mm 對(duì)基礎(chǔ)底面力矩N.mm 塔身 1.6 250 1476273 4110752 0.3591 0.47 13884 23530 32669052 下轉(zhuǎn)臺(tái) 1.6

57、250 657743 1027196 0.6403 0.15 302.56 46500 1406904 支撐 1.2 250 2349500 2349500 1.0 704.85 46855 33025746 回轉(zhuǎn)塔身 1.3 250 1222557 3007303 0.4065 0.39 552.37 48333 2669776 司機(jī)室 1.2 250 2992000 2992000 1.0 897.60 43450 3900072 起重臂 1.3 250 181526 806482 0.2251 0

58、.66 6885.9 50050 887737 平衡臂 1.6 250 163720 375760 0.4357 0.34 100.20 49500 495000 平衡重 1.2 250 3604400 3604400 1.0 1081.3 49500 5352534 三機(jī)構(gòu) 1.2 250 828000 828000 1.0 248.4 49500 1229580 電氣 1.2 250 720000 720000 1.0 216 49500 1069200 載荷 1800

59、 48333 8699940 合 計(jì) 63472266 〔2〕偏心e計(jì)算： M=〔132137500×1.3＋3125025×1.0-49770422×1.0〕×10+ 63472266×1.0×10 =1886056190N.mm Fg＋Fv=[<8000＋246＋279>＋120824]×10=1293490N e = 1458mm 5.2.3暴風(fēng)侵襲穩(wěn)定性 非工作狀態(tài),載荷放大系數(shù)：自重載荷取1.0,風(fēng)載荷系數(shù)取1.2。 M＋Fh·h =-49770422×1.0×10＋〔63472〕×1100/250×1.2×10 =23942

60、74593N.mm Fg＋Fv=[<8000＋246＋279>＋120824]×10=1293490N e = 1851mm 5.2.4突然卸載穩(wěn)定性 工作狀態(tài)：考慮自重載荷及吊重對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的影響,載荷放大系數(shù)：自重載荷取1,起升載荷取-0.2,風(fēng)載荷系數(shù)取1.0。 〔1〕起升載荷計(jì)算： F.r=〔8000＋246〕×15500×10=1278130000 Kg.mm 〔2〕偏心e計(jì)算： M＋Fh·h =-49770422×1.0-0.2×12781306×1.0×10 =-368868688N.mm Fg＋Fv =120824×10=1208240N e =-305.

61、3mm 5.2.5安裝拆卸穩(wěn)定性 安裝拆卸作狀態(tài),載荷放大系數(shù)：自重載荷取1,風(fēng)載荷系數(shù)取1.0。 〔1〕自重載荷計(jì)算 表 5-4 安裝拆卸穩(wěn)定性自重載荷 名稱 質(zhì)量 重心至回轉(zhuǎn)中心距離mm 力距Kg.mm 平衡臂 1856 -7523 -13963533 起升機(jī)構(gòu) 1600 -8280 -13248000 平衡重 2100 -10560 -22176000 司機(jī)室 244 1310 319640 電氣系統(tǒng) 150 -3810 -571500 平衡臂拉桿 541 -6142 -3322822 回轉(zhuǎn)塔身 880 0

62、0 上轉(zhuǎn)臺(tái) 1230 0 0 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 500 0 0 回轉(zhuǎn)支承 420 0 0 下轉(zhuǎn)臺(tái) 1351 0 0 套架 3667 0 0 引進(jìn)平臺(tái) 255 2190 493407 液壓頂升機(jī)構(gòu) 230 -1700 -391000 塔身 15750 0 斜撐 1720 0 底架 3150 0 基礎(chǔ) 70000 0 合計(jì) 118244 -52859808 〔2〕風(fēng)載荷計(jì)算 表 5-5 安裝拆卸穩(wěn)定性風(fēng)載荷 部件 風(fēng)力系數(shù) 風(fēng)壓N/m2 迎風(fēng)面積mm2 總面積mm2 充實(shí)率ω 擋風(fēng)

63、折減系數(shù) 風(fēng)載荷N 到基礎(chǔ)距離mm 對(duì)基礎(chǔ)底面力矩N.mm 塔身 1.6 100 17213817.6 47936000 0.3591 0.47 4048.68 4750 19231230 下轉(zhuǎn)臺(tái) 1.6 100 657743 1027196 0.6403 0.15 121. 9000 1089216 支撐 1.2 100 2349500 2349500 1.0 281.94 9355 2637550 回轉(zhuǎn)塔身 1.3 100 1222557 3007303 0.4065 0.39 220.95 11000

64、 2430430 司機(jī)室 1.2 100 2992000 2992000 1.0 359.04 10950 3931490 平衡臂 1.6 100 163720 375760 0.4357 0.3464 40.04 12050 482940 平衡重 1.2 100 3604400 3604400 1.0 432.4 12050 5211960 三機(jī)構(gòu) 1.2 100 828000 828000 1.0 99.36 12050 1197290 電氣 1.2 100 720000 720000 1.0

65、 86.40 12050 1041120 合 計(jì) 37253226 〔3〕偏心e計(jì)算： M＋Fh·h =-52859808×10-37253226×10=-901130340N.mm Fg＋Fv=118244×10=1182440N e = -762mm 經(jīng)計(jì)算地面反力至基礎(chǔ)中心的距離小于,故整機(jī)抗傾翻穩(wěn)定性滿足要求。 5.3 地面壓應(yīng)力驗(yàn)算: 式中 Pb—地面計(jì)算壓應(yīng)力。 [Pb]—地面許用壓應(yīng)力,一般取2×105～3×105Pa 符合要求。 總 結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主

66、要完成了以下任務(wù)：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是PT7010平頭塔式起重機(jī)塔身和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,通過畢業(yè)實(shí)習(xí),書刊、網(wǎng)絡(luò)等方式查閱了大量有關(guān)的資料,對(duì)塔式起重機(jī)有了大體的了解后,首先對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)；然后根據(jù)任務(wù)書的要求對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)；塔身金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核,包括塔身的截面選擇、尺寸的確定和強(qiáng)度計(jì)算以及穩(wěn)定性計(jì)算。 在本次設(shè)計(jì)是一個(gè)學(xué)習(xí)和鉆研的過程。在翻閱和認(rèn)真學(xué)習(xí)了各種力學(xué)教材后,仍會(huì)遇到許多問題,但在指導(dǎo)老師青老師的點(diǎn)撥指導(dǎo)下,都一一解決,老師在設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中給了我許多好的建議。雖然在本次設(shè)計(jì)中對(duì)塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算這方面做的還不是很成熟,我會(huì)在以后的時(shí)間里將其不斷的完善,并使它走向成熟。 通過對(duì)PT7010塔式起重機(jī)塔身及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),使我對(duì)塔式起重機(jī)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。我們從開始的無從下手到最后的順利完成,這個(gè)過程無疑使我們的查閱資料的能力、設(shè)計(jì)報(bào)告的能力、電腦繪圖等能力得到進(jìn)一步提高。在設(shè)計(jì)的過程中,大量的計(jì)算工作培養(yǎng)了自己細(xì)心、認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度,也培養(yǎng)了自己對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度,這對(duì)以后無論是工作還是做學(xué)問都是極其重要的。這次設(shè)計(jì)給我的另一個(gè)感觸是必須要