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1、前言五十年代初，我国塔机的仿制开始起步生产的是一些小型塔机，六十年代自行设计制造了25TM、40TM、60TM、160TM四种机型，多以摆臂为主；七十年代，随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求。于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式的都由我国自己设计并制造；八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的250TM塔机也应运而生。特别是1984年，首先在北京建工集团建机厂引进世界先进的法国POTAIN（波坦）公司技术并与次年成功试制了FO/23B塔机，这可以说是我国塔机发展史的里程碑，他大大缩短了我国与外国的差距，使我国塔机发展步入快行道。通过消化、吸收国外先进技术，我国自行研
2、制的QTZ80、QTZ120两种机型已达到国外八十年代同类产品的水平；进入九十年代，现代化进程不断加快，国内外市场对塔机要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等不断增加，市场的要求加快了新产品开发的力度，先后有400TM、900TM水平臂和300TM动臂式塔机，主要性能带到了国外九十年代水平，这一系列的塔机的开发不但填补了国内空白，而且替代和减少了大型塔机的进口数量。从近20发展年来看，我国起重机机制造水平已有大幅度提高，但相对其他行业先进的制造技术还有很大差距。特别是在涂装工序上，多数企业仍是传统的人工除锈、刷漆，没有封闭喷漆，基底处理不彻底，效率低，文明程度差，环境污染大，焊接质
3、量，外观质量都难以保证。目前，多数企业的管理模式或生产方式还没摆脱传统的多极地进的静态模式，有的还是小而全，大而全，专业化程度，工艺装备和管理水平都很低，很难适应多品种批量化生产和市场经济的激烈竞争，难以形成我自己民族特区的规模工业。我国起重机机的生产存诸多的问题，诸如在试验手段上，多数企业不具备对原材料的予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。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。目前，我国塔机性能基本处于八、九十年代的机械化水平，与现代国外智能化、数字化控制技术还有很大差距，跟不上市场的需要。由于可靠性较差，造成机械、电器事故率较
4、高。代表当代塔机技术性能的全无极调速、PLC控制在发达国家中已十分普及，而在我国充其量在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，而我国目前刚刚启动，可以说还是空白。分析原因是用户群的不确定性制约了技术进步。由于建筑市场繁荣，发展迅速，大量中小建筑企业应运而生，很多新生建筑企业由于缺乏长运规则，资金不雄厚，只得购入技术含量低，一次性投入少的一般塔机或淘汰下来的二手货。这方面，我国法规上还没有明确的限制，或有限制但执行力度也不够，造成购入技术先进，投资大的企业竞争力反而下降；再有陈旧的观念也是制约技术进步的因素，先进的技术，良好的监控系统无疑对保障工程速度、质量和
5、安全生产都会产生积极的效果，同时必不可少地要进行学习或培训已掌握现代技术。机械制造技术不适应在塔机制造上，一些人存在一定误区，认为起重类的机械都是是傻大黑粗，不是什么高精尖细的产品，能吊能转就行了。其实恰恰相反，塔机制造的每个环节关系着人们的生产安全，不能有任何的忽视和纰漏。针对这些状况，我们在此次设计中着重考虑了起重机的简易程度和可靠性方面的要，力求在保障设计要求的前提下是此次设计的木材起重机简单，安全，可靠。1 起升机构设计主起升机构根据设计要求参数，起重量Q=0.5t，属于小起重量塔式起重机，鉴于目前我国的生产经验及生产出现的机型，决定采用开式传动。表1-1 起重机主要技术参数Tab1-
6、1 Crane Main Technical Parameters起重量Q起升高度H跨度L起升速度V5m5m/min a map the first transmission b map the first transmission根据设计所给的参数我们可以有如下方案，如图a所示。显然，a方案结构简单，安装及维修都比较方便，但是由于轴两端的变形较大使得两齿轮沿齿宽方向受力不均匀，易产生磨损。针对这一缺点，b方案都对起进行了完善，使两齿轮的受力均匀，而且从结构上看，该方案不但可以使两齿轮受力均匀，而且结构紧凑简单，又考虑我国现有的生产经验故采用b方案。由设计参数知，起升高度H=5m，根据这一参数
7、，我们选择单层卷绕。这种绕绳方法构造简单，制造及安装方便，由于该起重机的起重量较小，钢丝绳对卷筒的压力较小，故采用单层卷绕。综上所述，采用开式单层卷绕结构。 因为在起升过程中，钢丝绳的安全性至关重要，所以要保证钢丝绳的使用寿命，为此，我们可以采用以下措施：（1） 高安全系数，也就是降低钢丝绳的应力（2） 选用较大的滑轮与卷筒直径（3） 滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的关系，其太大会使钢丝绳与滑轮接触面积减小，太小会使钢丝绳与槽壁间的摩擦剧烈，甚至会卡死。（4） 尽量减少钢丝绳的弯曲次数。钢丝绳破断拉力计算钢丝绳的破断拉力（N）钢丝绳中每一根钢丝的直径（mm）n钢丝绳中钢丝的总根数钢丝
8、绳中钢丝的抗拉强度（Pa）钢丝绳中钢丝的总断面积（）钢丝绳中钢丝的搓捻不均匀引起的受载不均匀系数 6*37+1型6*19+1型本设计选用6*37+1型钢丝绳。与以同直径者6*19+1型相比较，钢丝多且细，则绳的挠性好，而耐磨性则稍差。由于以上原因，故选用6*37+1型钢丝绳。查表知，机动起重机设备安全系数K=5-6，我们选择安全系数K=6，钢丝绳倍率为=2，则钢丝绳的允许拉力为：6*37+1型 6*19+1型选用钢丝绳直径d=11mm,6*37+1型钢丝绳。 滑轮许用最小直径：按钢丝绳中心计算的滑轮允许的最小卷绕直径mmd钢丝绳直径mme滑轮直径与钢丝绳直径的比值查表3-2-1查知，其中轮绳直
9、径比e=16查附表2选用滑轮直径D=280mm，滑轮的绳槽部分尺寸可由附表3查得。由附表4选用钢丝绳直径d=11mm，D=280mm，滑轮轴直径=80mm的型滑轮标记为：ZBJ80006.8-87-11*280-80卷筒直径 为了适当的减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用卷筒直径由附表13选用D=315mm，卷筒绳槽尺寸由附表14-3查得，t=13mm,槽底半径r=7mm。卷筒尺寸取L=800mm表中附加安全系数，取=2 卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，但本设计只有一个动滑轮，无间距，特此取=A=160mm 卷筒计算直径=D+d=280+11=291mm 钢丝绳倍率，取
10、=2卷筒壁厚取=15mm卷筒壁压应力验算：选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度，许用压应力：故抗压强度足够卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L不大于3D，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示于下图图1-1 卷筒弯矩图Fig1-1 Reel Moment Diagram卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：卷筒断面系数式中D卷筒外径D=315mm 卷筒内径=D-2=315-2*15=285mm于是合成应力：式中许用拉应力：所以卷筒强度验算通过。故此卷筒直径D=315mm，长度L=800mm，卷筒槽形的槽底半径r=8mm，绳槽尺寸t=13mm，倍率=2；计算静功率式中机构总功率，一般=0.80.9
11、，取电动机计算功率式中系数查表查得，对于级机构，=0.750.85，取本工作机构工作速度较低，经常处于频繁地工作，反转运行状态，为缩短正，反转过渡时间，提高生产效率，降低消耗，并减小噪声，节省投资，选择适当的低速电动机。选查表16-1-82取电动机型号为YZ112M-6（断续周期性工作制）。其参数分别为P（40%）=1.5kw，转速n=920r/min，效率=69.5%，功率因数cos=0.765，最大转矩（额定）=2.0，额定转矩N=2.0，重量58kg，。按照等效功率法得，当JC%=40%时，所需的等效功率式中工作级别系数，查表得，取r由上述计算可知：，故电动机满足要求卷筒转速为：减速器总
12、传动比：查附表35选用ZQ-500-2Z型的减速器，当中级工作类型时，许用功率为=15.1kw，=31.5，自重=345kgf，输出轴直径为=50mm，轴端长=85mm。关于开式齿轮的计算开式齿轮的传动比是取i=1.7参考各部件的安装位置，我们应用的开式齿轮尺寸为：=150mm，=270mm，齿轮宽度为B=80mm。实际起升速度：误差：实际所需等效功率：输出轴最大径向力为：式中卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷=2kN卷筒及轴自重，参考附表14估计ZQ500减速器输出轴端最大允许径向载荷，由附表40查得由公式得输出轴最大扭矩：式中电动机轴额定力矩 当JC=40%时电动机最大力矩倍数，由附表33查出 减
13、速器输出轴最大容许转矩，由附表36查得，飞轮矩，质量=9.25kg。浮动轴的两轴端为圆柱型d=50mm，l=85mm。靠减速器轴端联轴器，由附表45选用带200mm制动轮的半齿联轴器，其图号为S391，最大容许转矩=710Nm，飞轮矩，质量=16.1kg。启动时间：其中静阻力矩：平均启动转矩：通常起升机构启动时间为1s5s，此处1s，可在电气设计时，增加启动电阻，延长启动时间，故所选电动机合适。制动时间：式中当起升速度小于12m/min时，11.25，故，满足要求。疲劳计算，由起升机构疲劳计算基本载荷式中动载系数， 起升载荷动载系数（物品起升或下降制动的动载效应）由前节已选定轴径d=50mm，因此扭转应力：轴材料用45号钢，=600MPa，=300MPa，弯曲扭曲，轴受脉动循环的许用扭转应力：式中，考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数 与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段， 与零件表面加工光洁度有关，对于粗糙度3.2，=1.151.2；对于粗糙度12.5， 考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢及低合金钢 安全系数，所以故通过强度验算轴所受最大转矩：最大扭
