（图纸+论文）QTZ40塔式起重机总体及吊臂架优化设计（全套完整）

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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，本次设计的采用正三角形截面。选用这种方式的优点是节省钢材，减轻重量，从而节约成本。其尺寸截面形式如图所示图臂架截面及其腹杆布置水平腹杆侧腹杆上弦杆下弦杆臂架节臂架截面尺寸与臂架承载能力臂架构造塔顶高度及拉杆结构等因素有关。截面高度主要受最大起重量和拉杆吊点外悬臂长度影响最大。截面宽度主要与臂架全长有关。设计臂架长度为，共七节。腹杆布置和杆件材料选用矩形截面臂架的腹杆体系宜采用人字式布置方式，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，也可采用顺斜置式。此两种布置方式各有特点。当采用顺斜置式式，焊缝长度较短质量不易保证。焊接变形不均匀，节点刚度较差，且不便于布置小车变幅机构。因此本设计选用人字式布置方式。其优点在于，这种布置方式应用区段不受限制，焊缝长度较长，强度易于保证，焊接变形较均匀，节点刚度较好，便于布置小车变幅机构。臂架杆件材料有多种选择可能性。般情况下，上吊点小车变幅臂架的上弦以选用实心钢为宜，但造价要高。因此本设计选用号无缝圆钢管。其特点是惯性矩长细比要小，抗失稳能力高。下弦采用等边角钢对焊的箱型截面杆件，经济实用，具有良好的抗压性能。因此上弦杆选用，下弦选用的角钢型号为，臂间由销轴连接。吊点的选择与构造吊点可分为单吊点和双吊点。其设计原则是臂架长度小于，对最大起吊量并无特大要求，般采用单吊点结构。若臂架总长在以上，或对跨中附近最大起吊量有特大要求应采用双吊点。采用单吊点结构时，吊点可以设在上弦或下弦。吊点以左可看作简支梁，以右可看作悬臂梁。在设计中采用双吊点。.平衡臂与平衡重塔式起重机是上回转塔机。上回转塔机均需配设平衡臂，其功能是支撑平衡重或称配重，用以构成设计上所需要的作用方向与起重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，还常在其尾端装设起升机构。起升机构之所以同平衡重起安放在平衡臂尾端，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。平衡臂的结构型式平衡臂的构造设计必须保证所要求的平衡力矩得到满足。短平衡臂的优点是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，相应减少塔身上部的垂直载荷。限位开关。用于限制塔式起重机的回转角度，防止扭断或损坏电缆。凡是不装设中央集电环的塔式起重机，均应配置回转限位开关。小车行程限位开关。用以使小车在到达臂架头部或臂架根端之前停车，防止小车越位事故的发生。.起升高度限制器为了防止起升卷筒过卷而拉断钢丝绳，工程起重机均装设有起升高度限制器。起升高度限制器组要有重锤式和螺杆式。重锤式高度限制器优点是结构简单，使用方便缺点是用钢丝绳悬挂，重锤经常与起升钢丝绳摩擦。螺杆式高度限制器常用于小车变幅式塔式起重机，这种限制器装有两个限位开关，还可以做双向控制。.起重量限制器起重量限制器只控制或只显示起重机的极限载荷。在正常的起重机作业中，起升钢丝绳的合力对转轴的力矩与弹簧力对转轴的力矩相平衡,而弹簧的变形量较小，当超载时，弹簧产生较大的变形，撑杆打开限位开关，使起升机构停止工作，起限制超载的作用。.力矩限制器自升塔式起重机上用的力矩限制器大都装设于塔帽结构主弦杆处。它的工作原理为塔式起重机负载时，塔帽结构主弦杆便会因负载而产生变形。当载荷过大超过额定值时，主弦杆产生显著变形。此变形通过放大杆的作用而使螺钉压迫限位开关触头的压键，从而切断起升机构的电源。力矩限制器主要有传感器装置，吊臂长度检测装置，吊臂仰角检测装置，运算系统及显示部分和执行机构所组成。力矩限制器通过检测装置当时的吊臂长度和吊臂对水平面的倾角，并输入到运算系统内，计算出当时的工作幅度，然后根据相应的“幅度起重量特性曲线”计算出当时允许起升的最大载荷，并以此作为额定值。装设在变幅液压缸上的传感器装置测得反应总力矩的信号，送入运算系统内，经过计算后得出起升载荷的实际值。当实际值大于额定值时，起重机已处于危险工作状态，这时力矩限制器会发出声响和灯光警报。.风速仪风荷是塔式起重机的基本载荷，风荷与风速有关，还会随高度升高而增大。因此，风速仪是种极其重要的安全预警装置，对每台自升式塔式起重机均是必备之物。风速仪应安装在塔机顶部至吊具最高位置间的不挡风处。.钢丝绳防脱装置塔式起重机安全规程规定滑轮起升卷筒及动臂式塔机的变幅卷筒应设有钢丝绳防脱装置，该装置与滑轮或卷筒侧板最外缘的间隙不得超过钢丝绳直径的。除此之外还有许多电子安全装置，用以保证工人工作的安全，使他们在安全舒适的环境下工作。.电气系统电气系统是塔机最重要的组成部分之。电气系统的设计直接关系到塔机使用的可靠性。塔机的电气系统是由大量的电气元件组成的，从设计角度讲，可以简单地为三个组成部分驱动元件部分，如电动机电磁联轴节电磁离合器电磁制动器涡流制动器控制元件部分，如接触器中间继电器延时继电器整流器变压器电阻器电容器断路器主令控制台按钮保护元件部分，如过电流继电器熔断器相序保护器压敏电阻以及限位器等装置。.总体设计原则整机工作级别塔式起重机的工作级别与它的利用等级工作频繁程度和载荷状态受载荷的轻重和频繁程度有关。根据使用状态由塔式起重机设计规范附录表选取本次设计的自升式建筑用塔机的利用等级为经常轻负荷使用，载荷状态为中有时起吊额定载荷，般起吊中等载荷，起升等级为，工作级别为,名义载荷谱系数.。机构工作级别根据塔式起重机设计规范规定机构的工作级别按机构的利用等级和载荷状态分为六级。机构的利用等级按机构工作总时间分为六级。机构工作总时间规定为机构在设计寿命期内处于运转的总小时数，它仅作为机构零件的设计基础，而不能视为保用期。机构的载荷状态表明机构受载的轻重程度，按载荷谱系数分为三级。由塔式起重机使用手册表及塔式起重机设计规范附录表取定起升机构回转机构变幅机构顶升机构的工作级别如表所示表工作机构级别起升机构回转机构变幅机构顶升机构机构利用等级机构载荷状态机构工作级别名义载荷谱系数主要技术性能参数.额定起重力矩.最大起重力矩最大起重量.起升高度固定式附着式.工作幅度,.小车运行速度,．起升特性参数表如表所示表起升特性参数表倍率起重量.速度.顶升速度.。.平衡臂与平衡重的计算上回转塔式起重机应按塔身受载最小的原则确定平衡重的质量。平衡重的设计要求满载工作时，塔身承受的前倾弯矩接近于空载非工作状态时塔身的后倾弯矩。工作状态的前倾弯矩为吊臂自重引起弯矩吊臂拉杆引起弯矩变幅机构引起弯矩及最大起重力矩之和减去平衡臂引起弯矩起升机构引起弯矩平衡重引起弯矩，即非工作状态时的后倾弯矩为平衡臂引起弯矩起升机构引起弯矩平衡重引起弯矩之和减去吊臂自重引起弯矩吊臂拉杆引起弯矩及变幅机构引起弯矩，即由得即.起重机参照同类型塔机，各部件参数见表表起重机各部件对塔身的中心力矩序号名称重量坐标力矩平衡臂.起升机构.平衡臂拉杆.吊臂拉杆短杆.长杆.变幅机构.载重小车吊钩组物品液压顶升机构平衡重起重臂第节总计.第二节第三节第四节第五节第六节第七节塔顶.上接架.下接架.上接盘.司机室.套架.底架.斜撑.个塔身标准节.个塔身基础节.总计.根据参数代入公式得经设计，平衡重重心位置坐标塔式起重机般都为单联滑轮组，故倍率等于承载分支数。起升速度有种，见表表起升特性参数表倍率起重量.速度四倍率与二倍率转化方便快捷，起升机构钢丝绳缠绕示意图及倍率转换如图所示图起升机构钢丝绳缠绕示意图起升卷筒塔顶滑轮起重量限制器滑轮载重小车臂端固定点上滑轮吊钩滑轮组变换倍率的方法如下将上滑轮用销轴与吊钩滑轮组的两滑轮的杆交点连接起来，此时即为四倍率状态拔出销子，上滑轮上升到载重小车处固定后，就变为二倍率状态。.回转机构塔机是靠起重臂回转来保障其工作覆盖面的。回转运动的产生是通过上下回转支座分别装在回转支承的内外圈上并由回转机构驱动小齿轮。小齿轮与回转支承的大齿圈啮合，带动回转上支座相对于下支座运动。回转机构是重负荷工作机构，不仅要附带很重的吊载和臂架等结构部件转动，而且要克服很大的迎风阻力。这些均是影响回转机构设计及电动机功率选择的因素。目前采用的回转机构有以下几种电动机液力耦合器减速器小齿轮回转机构这种回转机构呈字型立式安装，由于中间装有液力耦合器，可减缓电机启动时的速度冲击，因此运动比较平稳。但靠电机反接制动，特别在就位时，只能靠操作人员“点动”。特点是结构简单，运行可靠，造价相对较低，但调速性能不好。带涡流制动器的力矩电机行星减速机小齿轮回转机构这种机构在启动和减速时，引入了涡流制动器，使之达到起制动平稳。但造价较高。变频调速回转机构该机构由变频调速电机鼠笼型行星减速机小齿轮组成。通过变频器调整电源频率，从而改变电机转速，结构最为简单，但目前尚无回转机构专用变频器。由多档速度的绕线转子异步电动机液力耦合器行星减速器电磁片式制动器的回转机构这是种较好的回转机构，能保证力的传递平稳而无磨损。其对风荷调控作用在于风载转矩增大超越限度时，电动机接电后，制动器便首先转动，从而使塔机免去不必要的倒转，风停止后，制动器又会立即松开。当工作班结束后，塔机非作业时，通过随风转电控或机械操作装置使制动闸松开，令塔机犹若座风向标可随风转动，但不至于被巨风强吹扭毁。考虑在满足使用要求条件下，降低成本，本次设计的型号塔式起重机回转机构选用第种结构型式。回转机构由台双速电动机驱动，电动机型号。经过力偶合器至行星齿轮减速机到主动小齿轮，再驱动回转支承大齿轮。本机构由于采用了液力偶合器联结，使其运转平稳，冲击惯性小，进而改善了塔机的工作状况。回转机构工作原理见图。图回转机构简图双速电动机液力偶合器型行星齿轮减速器驱动小齿轮单排四点接触球式回转支承回转大齿轮.变幅机构变幅机构是实现改变幅度的工作机构，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅机构由电动机减速器卷筒和制动器组成。功率和外形尺寸较小。变幅机构按其构造和不同的变幅方式分为运行小车式和吊臂俯仰式。此次设计的型塔式起重机采用水平臂小车变幅，实现小车的水平移动。按照小车沿吊臂弦杆行走方式，小车式变幅机构分为自行式和绳索牵引式两类。前者驱动装置直接装在小车上，依靠车轮与吊臂轨道间的附着力驱动车轮使小车运行。电动滑车沿吊臂弦杆行走就是这类变幅机构的典型例子，由于牵引力受附着力的限制，而且小车自重也比较大，故这种自行式小车变幅机构只适用于小型塔式起重机。绳索牵引式变幅机构的小车依靠变幅钢丝绳牵引沿吊臂轨道运行，其驱动力不受附着力的限制，故能在略呈倾斜的轨道上行走，又由于驱动装置装在小车外部，从而使小车自重大为减少，所以适用于大幅度，起重量较大的起重机。在塔式起重机中大多采用绳索牵引式变幅机构，这样即可减轻吊臂载荷，又可以使工作可靠，而且因其驱动装置放在吊臂根部，平衡重也可略为减少。因此选用绳索牵引式小车变幅机构。常用变幅机构有以下几种多速电机变幅机构它是由个带盘式制动器的双速或三速电机，驱动行星减速器，带动卷筒运动。这种变幅机构结构简单紧凑，其性能能满足各种臂长需要，但在极速变换时，存在速度和电流冲击。变频调速变幅机构这是种新型的无级变速变幅机构。其变速由通用变频器调整电机电源频率，从而改变电机转速。该机