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1、塔式起重机QTZ40起升机构的设计摘 要 塔式起重机在现代化建设中起到非常重要的地位，它是现代社会进步的一个标志，是人类建设不可缺少的重要设备。它的高效性、安全稳定性是塔机行业较普遍关心和注意的问题。本设计就塔式起重机的起升机构的结构、受力分析、核心受力件材料等几个方面， 结合我国自行生产的QTZ40型塔式起重机为例，依据GB/T1375292塔式起重机设计规范，用多跨连续外设梁结构方式，以塔机单吊点水平起重臂作为研究对象，通过研究、分析起升机构的受力情况，明确卷筒、钢丝绳的结构和尺寸的确定方法，以及根据载荷确定起升机构的电机系统。确保塔式起重机能够安全、稳定的实行顶升加节过程，保证塔式起重机
2、的安全施工。关键词 起升机构 优化设计 校核第一章 绪论1、课题背景及发展现状 二次世界大战结束以后，由于许多国家夷为废墟，庞大而艰巨的家园重建工作，要求建筑施工实现机械化，以加快建设进度。作为建筑机械化主导机械，塔式起重机得以应运而迅猛发展。1.1、国外塔式起重机行业发展概况 塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。自塔式起重机在建筑施工中显露身手并逐渐成为工程机械一个重要分支以来，已经有50余年历史，其间利经了曲折复杂的发展阶段。70年代末，由于种种原因，国外塔式起重机制造业陷入了低谷，不少中小工厂
3、纷纷停业或转产，仅少数大厂得以维持。直至80年代末才呈现逐渐复苏态势，1994年为复苏年头，复苏势头最好的国家为德国。据有关资料介绍，在塔机制造业鼎盛的70年代，西德拥有各式塔机48500台，80年代总量减至1/3，而近几年，东西德合并，基建规模扩大，塔机产量上升，现有塔机近40000台，其中半数机龄不足5年。 如今世界塔机市场最为红火的地区为东欧和亚太（特别是东南亚）。活跃在塔机市场上的著名产商是；德国的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法国的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Come
4、nsa ，芬兰的 Betrox ，丹麦的KRLL 澳大利亚的Favco。这些大厂为了在国际塔机市场上占有更多份额，莫不注重总结经验，认真分析市场动态，下大力气进行产品的更新和开发。1.2、我国塔式起重机行业发展概况我国塔式起重机行业于20世纪50年代开始起步，1953年由原民主德国引进建筑师-型塔式起重机（Baumeister ）,1954年抚顺试制成功第一台2-6t塔式起重机，仿建筑师-型。初名TQ2-6塔式起重机。首次在北京用于大型砌块民用建筑施工，并取得成功。1965年列入国家生产计划的沈阳建机厂开始批量生产红旗-16型塔式起重机。20世纪80年代随着改革开放和国际技术交流增多，我国曾先
5、后有原联邦德国.法国.意大利及丹麦引进了为数可观的塔式起重机产品，特别是1984年由法国POTAIN公司引进的三种机型（H3/36B.F0/23B.GTMR360B）的生产许可证，极大地促进了我国塔式起重机产品设计制造技术的进步。通过消化吸收国外先进技术，对基础部件，如电动机.电器.回转支承.传动机构及安全装置等进行定点生产，一些生产主机的专业大厂还进行了相应的技术改造，增设钢材预处理生产线，从而使国产塔式起重机的质量迅速提高，一些主要机种已达到或接近国外同类产品质量水平。进入20世纪90年代以后，我国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，全国塔式起重
6、机总拥有约为10万台。塔式起重机出口业务曾一度极为兴旺。至此，无论从生产规模，应用范围和塔式起重机总量来衡量，我国均堪称世界首号塔式起重机大国2、 产品设计的依据、目的及意义 无论国内还是国外，塔式起重机在现代化建设中都起作非常重要的地位。它是现代社会进步的一个标志，是人类建设不可缺少的重要设备，它的高效性、安全稳定性是塔机行业较普遍关心和注意的问题。在我国每年因塔机安全方面引起的伤亡事故较多，给不少的家庭和社会造成了严重的影响和巨大的损失。为了减少或避免事故的发生，在塔机整体设计中应综合考虑各相关参数，以人为本、安全第一的设计观点来进行各项设计。本设计以我国自行生产的QTZ40塔式起重机为例
7、，该机为水平起重臂架，小车变幅，上回转自升式多用途塔机，其最大工作幅度为50米，最大起重量为6吨，起重力矩符合最新塔式起重机基本参数。在进行实地测量机器各部件的基础上绘制机构图。在保证能恢复原机的前提下拆分机器，拆卸前画出装配结构示意图，在拆卸的过程中不断修正，注意零件的作用和相互关系，进行零件的测绘并绘制装配图，在测绘的过程中，探索其构思过程和设计特点，吸取其技术精华，并对其不足之处进行改善，把自己的设计思想融入其中第二章总体方案的设计1、总体布置 整机的底架被紧固于专用的混凝土基础上，其上部分与塔身连接，塔身上端与一半连接，半节与下转台一体，顶升套架与下转台连接，下转台上面与回转装置的外圈
8、连接。紧固于回转支承内圈上的转动部分，包括回转上转台、塔帽、平衡臂、起重臂、牵引小车与吊钩、平衡重、起升机构、回转机构及操作室等，均可以绕塔身轴心线在各自平面内回转。 起重臂用两根吊臂拉杆与塔顶连接，其根部与上转台连接，平衡臂则用两根拉杆与塔顶连接，其根部与上转台销轴连接。起升机构设在平衡臂后部，回转机构布置在回转上转台的右侧，左侧是驾驶室，牵引小车和吊钩由设在位于起重臂靠近臂根处的牵引机构牵引，沿起重臂纵轴线做水平往复运动。 塔身高度由底架、基础节、标准节、上转台的高度组成，独立高度由14节塔身节组成（包括基础节和标准节）。塔身加强节上对角线方向有四个可拆卸耳板，四根斜称杆上面用销轴与耳板连
9、接，下面与底座耳板连接。顶升机构由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，用销轴与上转台连接，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面上，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心线上升，油缸顶升两次，可引入一个标准节。2、金属结构部分（底架、标准节、基础节、平衡臂、回转支撑、下转台、上转台、塔帽、司机室、起重臂、起重臂拉杆、牵引小车及顶升套架等）2.1、平衡臂和平衡重在小车变幅水平臂架自升塔机机构中，平衡臂是延伸了转台，除平衡臂中外，在其尾端设起升机构。2.1.1、 起升机构 实现重物升、降运动的
10、机构称为升降机构。塔式起重机的起升机构通常由电动机、制动减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。2.1.2、 回转机构 塔式起重机的回转运动，在于扩大机械的工作范围。当吊有物品的起重臂绕塔机的回转中心做 的回转时，就能使物品吊运到回转圆所及的范围以内，这种回转运动是通过回转机构来实现的。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。在实现回转运动时，为塔式起重机回转部分提供稳定、牢固的支承，并将回转部分的载荷传递给固定部分的装置称为回转支承装置；驱动塔式起重机的回转部分，使其相对塔式起重机的固定部分实现回转的装置称为回转驱动装置。回转支承装置简称回转支承。在塔式起重机中主要使用柱式和
11、滚动轴承式回转支承装置。 柱式回转支承装置 柱式回转支承装置又可分为转柱式和定柱式两类。转柱式回转支承装置结构简单，制造方便，适用于起升高度和工作幅度以及起升重量较大的塔式起重机。定柱式回转支承装置结构简单，制造方便，起重机回转部分的转动惯量小，自重和驱动功率较小，能使起重机的重心降低。滚动轴承式回转支承装置 常用的滚动轴承式回转支承装置按滚动体形状和排列方式可分为单排四点接触球时回转支承、双排球是回转支承、单排交叉滚珠式回转支承、三排滚珠式回转支承。根据国内塔式起重机的设计要求，这里回转机构采用定柱式回转支承装置。2.2、起重臂 变幅机构是实现改变幅度的工作机构，并用来扩大塔式起重机的工作范
12、围，提高生产效率。塔式起重机的变幅机构按工作性质可分为非工作性变幅机构和工作性变幅机构。 塔式起重机的变幅机构按机构运动形式分为臂架摆动式变幅机构(简称动臂式)和运行小车式变幅机构（简称小车式）。 臂架摆动式变幅机构按照吊臂和驱动装置间传动件的结构形式，动臂式变幅机构可分为挠性传动和刚性传动两类。 运行小车式变幅机构 按照小车吊臂弦杆行走的方式，小车式变幅机构分为自行式和绳索牵引式两类。现今我国应用最广泛的起重臂架形式为小车变幅水平臂架。本次设计采用小车变幅水平臂架。小车变幅水平臂架简称小车臂架，是一种兼受压弯作用的水平臂架，是格式塔机广泛应用的一种起重臂，其特点是：吊载可借助变幅小车沿臂架全
13、长进行水平位移，并能平稳准确地进行安装就位。小车变幅水平臂架又可分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架，双吊点小车变幅臂架和起重臂与平衡臂连成一体的锤头式小车变幅水平臂架。本次设计采用双吊点小车变幅臂架。塔机臂架的截面形式：塔机臂架的截面形式有三种：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。小车变幅水平臂架大都采用正三角形截面，伸缩式小车蝙蝠臂架可采用三角形截面或矩形截面，俯仰变幅臂架大都采用矩形截面。FQZ40是属于小车变幅水平臂架，故起重臂的截面选定为正三角形截面。腹杆的：矩形截面臂架的腹杆体系宜采用人字布置式方式，而三角形截面起重臂的腹杆体系既可采用人字式布置方式，也可采用一顺斜置式。为了配合
14、起重臂两侧钢架腹杆系统布置方式的特点，起重臂水平臂架的腹杆也有相对应的布置方式。即：一顺式、交错对称式和密集布置式。三角形截面臂架水平刚架一顺斜置式腹杆布置方式，其特点是：腹杆布置均匀，焊缝不过于集中。此次设计应选用一顺斜置式腹杆布置方式。腹杆对交错对称布置方式的部分节点焊缝过于集中。水平刚架腹杆密集布置方式是当臂架幅度大，下弦杆采用槽钢时，为了提高下弦杆水平面内抗失稳能力和加大承载能力而采用的这种密集布置式腹杆体系。杆件材料的选用：臂架杆件材料有多种选择可能性，上吊点小车变幅臂架的上弦杆以选用Q345圆钢为宜，其优点是：迎风阻力小，吊点构造简单，不易发生撞击变形。万一产生弯曲变形，容易调整复
15、原，实心圆钢上弦杆与腹杆连接处刚度比较好。在Q345实心圆钢供货难以满足需求的情况下，可考虑采用20#无缝钢管或16Mn等边角钢拼焊方钢管以代替。其特点是：同等截面实心圆钢相比，惯性矩大，长细比小，抗失稳能力高。其缺点是管内壁易受潮生锈，抗撞击变形能力差。臂架的下弦杆以采用等边角钢对焊的箱型截面杆件最为经济实用，具有良好的抗压曲性能。轻型小车臂架下弦杆可采用槽钢或槽钢加封板组焊组件。腹杆可采用20#、15#或16Mn无缝钢管。所以本次设计的上弦杆采用Q345圆钢，下弦杆采用等边角钢对焊的箱型截面。臂架拉杆构造：目前自升式塔机小车变幅臂架大多采用刚性组合拉杆。由于选用材料不同又可分为扁钢拉杆，实
16、心圆钢拉杆，厚壁无缝钢管拉杆及角钢对焊方形断面空腹拉杆。从塔机受风载的角度考虑，实心圆钢拉杆的迎风面积小，而扁钢的迎风面积较大，不利于塔机的回转，从经济角度考虑，扁钢拉杆以及厚壁无缝钢管的成本要远高于实心圆钢拉杆，综合考虑，拉杆用实心圆钢拉杆。2.3、套架和液压顶升机构 套架结构采用片式拼装结构，采用这种结构的优缺点类似于塔身的标准节的结构设计。液压顶升机构包括液压泵、管路、工作油缸、电动机等，是目前使用最广泛的一种顶升方式。其主要优点是构造简单、工作可靠、平稳、安全、操作方便、爬行速度快。按顶升液压缸的布置，顶升接高方式又可分为中央顶升和侧顶升两种。所谓中央顶升，是指将顶升液压缸布置在塔身的中央，并设上、下横梁各一个。液压
