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设计项目计算与说明结果、 、- 刖言第 1 章刖言底架:塔式起重 机概述1.1塔式起重机概述4602X4602塔式起重塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械。在咼 245机发展情工业与民用建筑施工中塔式起重机是完成预制构件及其他建QTZ500 标况塔式起重筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在咼层建筑施工中其准节选用机的发展幅度利用率比其他类型起重机咼。由于塔式起重机能靠近建1.6mX1.6m趋势筑物，其幅度利用率可达全幅度的80%普通履带式、轮胎高 2.5m总体设计式起重机幅度利用率不超过 50%而且随着建筑物咼度的增腹杆采用概述总体设计加还会急剧地减小。因此，塔式起重机在高层工业和民用建20 号无缝方案的确筑施工的使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加钢管疋快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。同三角形布置金属结构 安装基础 底架结构时，为了适应建筑物结构件的预制装配化、工厂化等新工艺、M30 的 40Cr新技术应用的不断扩大，现在的塔式起重机必须具备下列特螺栓联结塔身结构占：八、塔身结构选塔身标准-f-H1.起升咼度和工作幅度较大，起重力矩大。用整体式塔节塔身结构2.工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能。身标准节A 口 口 切设计要领3.要求装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需本次设计米塔身接高要。用液压顶升问题套架与液 压顶升机QTZ500 型自升式塔式起重机，其吊臂长 50 米，最大起本次设计的重量 4 吨，额定起重力矩 50 吨米。是一种结构合理、性能比QTZ500 塔构较优异的产品，比较目前国内外同规格同类型的塔机具有更式起重机采爬升架多的优点，能满足高层建筑施工的需要，可用于建筑材料和用的为上顶顶升机构 套架液压顶升构件的调运和安装，并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施升工。整机结构不算太大，可满足中小型施工的要求。本次设计米回转支承本机以基本咼度（独立式）36 米。用户需咼层附着施工，用侧顶升装置 柱式回转只需提出另行订货要求，即可增加某些部件实现本机的最大QTZ500 采支承设计高度 100 米，也就是附着高层施工可建高楼 32 层以上。用平面框架滚动轴承1.2塔式起重机发展情况式平衡臂式回转支塔式起重机是在二次世界大战后才真正获得发展的。战QTZ500 塔承平衡臂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机采用前倾11 穴 1 冃塔顶需要大量性能良好的塔式起重机。欧洲率先成功，1923 年成截锥柱式司机室功制成第一台比较完整的塔式起重机，塔顶断面尺起重臂 构造型式在我国，塔式起重机的生产与应用已有 40 多年的历史，寸为 1.36m分节问题经历了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。X1.36m,塔截面形式20 世纪 50 年代，为满足国家经济建设的需要，中国引顶咼及截面尺进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。5.945m设计项目计算与说明结果度腹杆布置 和杆件材 料选用吊点的选 择与构造 附着装置 拉杆 上、下支座 工作机构 起升机构 起升机构的传动方 式起升机构 的减速器 起升机构 的制动器 滑轮组倍率回转机构 回转电动 机液力耦合 器制动器 减速器 变幅机构安全保护 装置限位开关 又称限位 器起升高度 限制器起重量限 制器 力矩限制器风速仪 钢丝绳防 脱装置电子安全 装置 总体设计原则1954 年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试制成功了中国第 一台TQ2-6 型塔式起重机。随后又仿照前苏联样机，研制了 15t 与 25t塔式起重机，这个时期中国生产与使用的塔式起 重机的数量都较少。20 世纪 60 年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛 使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构 中米用了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、 涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力耦合器等。在此 时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。 1961 年，首先在北京试制成功了红旗-11 型塔式起重机，它 也是中国最早自行设计的塔式起重机。随后，中国又自行设 计制造了 TQ-6 型等塔式起重机，至 1965 年全国已有生产厂 10 余家，生产塔式起重机 360 多台。这些塔式起重机都是下 回转动臂式，可整体托运，能满足六层以下民用建筑施工的 需要。20 世纪七十年代，塔式起重机服务对象更为广泛。塔式 起重机的幅度、起重量和起升高度均有了显着提高。为了满 足市场各方面的要求，塔式起重机又向一机多用方向发展。 中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。1972年中国第一台下回转的轻型轮胎式轨道两用起重机问世；同 年为了北京饭店施工，中国又自行设计制造了QT-10 型自升式塔式起重机，该机的起重力矩为1600kNm 这一时期还先后开发了 ZT1O0 ZT120 ZT280 等小车变幅自升式塔式起 重机、QT-20 小车变幅内爬式塔式起重机，QTL16TQ40 TQ45 TD25QTG40 QTG6C 下回转动臂自行架设快装塔式起重机等， 其年产量最咼超过 900 台，标志着中国塔式起重机仃业进入 了一个新的阶段。20 世纪 80 年代，中国塔式起重机相继出现了不少新产 品，主要有 QTZ100 QTZ120 等自升式塔式起重机， QT60 QTK60QT25HK 等下回转快装塔式起重机等。这些产品在性 能方面已接近国外 70 年代水平，这一时期的最高年产量达 1400 台。与此同时，随着改革开放和国际技术交流的增多， 为满足建筑施工的需要， 也从国外引进了一些塔式起重机，其中有联邦德国的 Liebherr、法国的 Potain 以及意大利的 Edilmac 等公司的产品。由于这些塔式起重机制造质量较好， 技术性能比较先进，极大地促进了中国塔式起重机产品的设选用 7 个 6m标准节间，1个 6m 和 1 个2m 的延 接节腹杆体系采用人字形布方式臂架上弦杆选用 20 号 无缝圆钢管QTZ500 塔式起重机米用双吊点式拉杆结构，材料为16MnQTZ500 采用电力传动的起升机构采用圆柱齿轮减速器 续表FW=1909.25NFW=196.2 NFw=765 N 刀FW=2870.75NFW=6500 N刀 FW=6563N设计项目计算与说明结果整机工作 级别机构工作 级别主要技术 性能参数 平衡臂与 平衡重的 计算起重特性 曲线起重特性 曲线塔机风力 计算工作工况I风载荷 方向与起 重臂方向 垂直工作工况n风载荷 方向与起 重臂方向 平行工作工况 川风载荷 方向与起 重臂方向 平行 （吊臂与平衡臂 旋转 45）非工作 工况W风载荷方向 与起重臂 方向平行 整机的抗 倾翻稳定性工作工况计与制造技术的进步。20 世纪 90 年代以后，中国塔式起重 机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个新的兴盛 时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。全国 塔式起重机的总拥有量也从 20 世纪 50 年代的几十台截至 2000 年约为 6 万台。至此，无论从生产规模、应用范围和塔 式起重机总量等角度来衡量，中国均堪称塔式起重机大国。1.3塔式起重机的发展趋势根据国内外一些技术资料的介绍，塔式起重机的发展趋 势具体归纳为以下几个方面。1、吊臂长度加长在 20 世纪 60 年代初，吊臂长度超过 40m 的较少，70 年代吊 臂长度已能做到 70m 快速拆装下回转塔式起重机的吊臂长 度可达到35m 自升式塔式起重机吊臂是可以接长的，标准 臂长一般为 3040m 可以接长到 5060m 重型塔式起重机 吊臂则更长。随着塔式起重机设计水平的提高，可以解决由 臂长加大带来的一些技术问题，而低合金高强度钢材及铝合 金的广泛采用也为加长吊臂提供了非常有利的条件。2、工作速度提高，且能调速由于调速技术的进步，混轮组倍率的可变、双速、三速 电动机及直流电动机调速的应用，使塔式起重机工作速度在 逐渐提高。20 世纪 50 年代生产的塔式起重机工作速度较低，起升速度一般只有 2030m/min，回转速度为 0.61r/min， 变幅速度为 3040m/min,大车行走速度为 1040m/min，而 近几年来塔式起重机工作速度已有提高。起升机构普遍做到 具有 34 种工作速度，重物起升速度超过 100m/min 者已经 很多，构件安装就位速度可在 010m/min 范围内进行选择，回转速度一般可在 01r/min 之间进行调节，小车牵引和塔 式起重机行走大多也有 23 种工作速度，小车牵引速度最快 可达 60m/min。随着塔式起重机向大型、大咼度方向发展，操作人贝的 能见度越来越差。因此需要在吊臂端部或小车上安装电视摄 像机，在操作室利用电视进行操作。有的还采用了双频道的 无线电遥控系统，不仅可由地面的操作人员控制吊装，还可 以根据事先编排的程序自动进行吊装。4、更多地采用组装式结构刀 FW=1331.65 NFW=38.1 NFW=122.1 N刀 FW=160.2N FW=454.793NFW=430.5NFW= 287.35NFW=230.4FW=813.9N刀 FW=1331.65 NFW=122.1 N刀 FW=160.2NFW=454.793NFW=430.5NFW=11901.6 NFW= 1264.34N FW=1073.76NFW=3581.16N刀 FW=5919.26NFW=167.31NFW=537.24N刀 FW=704.55NFW=2001.45NFW=1894.2N0 20m设计项目计算与说明结果I验算 基本稳定 性， 工作状 态， 静态无 风工作工况n验算 动态稳定 性， 工作状 态， 动态有 风非工作工况川暴风侵袭，非工作状 态，风向由 平衡臂吹 向起重臂，有向后翻的倾向工作工况IV突然 卸载，工作 状态，料斗 卸载， 有向 后翻的倾 向 固定基础 稳定性计 算套架的稳 定性校核 套架所受 载荷和弯 矩的计算套架简化 示意图求计算长度，轴力为了便于产品更新换代，简化设计制造、使用与管理， 提高塔式起重机使用的经济效益，国外塔式起重机专业厂已 做到产品系列化、部件模数化。以不同模数塔身、臂架标准 节组合成变断面塔身和臂架，这不仅能提高塔身、臂架的力 学性能，减轻塔式起重机自重，而且可明显减少使用单位塔 架、臂架的储备量，为降低成本、简化管理创造了条件。第 2 章总体设计2.1概述塔式起重机是工业与民用建筑施工中，完成预制构件及 其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在高层建筑施 工中其幅度利用率比其他类型起重机高。塔式起重机的起升 高度、工作幅度和起重力矩都很大，这就要对其受力、稳定 性等进行考虑与计算。塔机的主要性能参数包括：起重量、 起升高度、幅度、各机构工作速度、重量指标和起重力矩等。 这些参数表明了起重机的工作性能和技术经济指标，它是设 计塔式起重机的技术依据，也是生产中选择塔式起重机技术 性能的依据。总体设计是机械设计整个过程中最关键的环节之一。它 是使设计产品满足技术参数及形式的总构想，决定了机械设 计的成败。在总体设计前，应先进行深入细致的调查研究， 收集国内外同类机型的相关资料，了解国内外塔机的使用情 况，并进行分析比较，然后制定总的设计方案。设计原则应 当在保证所设计的机型达到国家有关标准的同时，力求结构 合理，技术先进，积极性好，工艺简单，工作可靠。2.2总体设计方案的确定QTZ50C 型塔式起重机是上回转、水平臂架、液压自升式 的结构形式，由金属结构、工作机构和驱动控制系统三部分 组成。在进行总体设计时，要综合考虑塔机的强度、刚度、 稳定性、各种工况下的外载荷以及塔机的经济性，从而选出 合理的设计方案。塔式起重机金属结构部分由塔身，塔头或塔帽，起重臂 架，平衡臂架，回转支撑架等主要部件组成。对于特殊的塔 式起重机，由于构造上的差异，个别部件也会有所增减。金属结构是塔式起重机的骨架，承受塔机的自重载荷及 工作时的各种外载荷，是塔式起重机的重要组成部分，其重19395.2 N酗=143.708 tmM2=168.116tmM3=29.6917 tmM4=89.7 t m刀 M =61.3605 tm 0此工况下，塔机稳定可 靠M=143.708 t mM=157.344t mM=29.6917t mM=89.7t mM6=19.626 tm刀 M= 0此工况下，塔机稳定可 靠设计项目计算与说明结果N 和弯矩量通常约占整机重量的一半以上，因此金属结构设计合理与29.6917t m :求计算长度否对减轻起重机自重，提咼起重性冃能，节约钢材以及提咼起M4=求轴力 N重机的可靠性等都有重要意义。89.7t m和弯矩1.基础M5=截面几何 特征计算 求面积高层建筑施工用的附着式塔式起重机都米用小车变幅的95.693t m XM=水平臂架，幅度大部分在五十米以上，无须移动作业即可覆222.9303tm求惯性盖整个施工范围，因此多米用钢筋混凝土基础。 o矩，和回钢筋混凝土基础有多种形式可供选用。对于有底架的固此工况下，转半径， 腹杆定自升式塔式起重机，可视工程地质条件，周围环境以及施塔机稳定可截面几何工现场情况选用 X 形整体基础，四个条块分隔式基础或者四靠特征个独立块体式基础。对于无底架的自升式塔式起重机则米用M=单肢长细 比抗弯模量整体式方块基础。91.445t mX 形整体基础的形状及平面尺寸大致与塔式起重机X 形M=计算修正底架相似。塔式起重机的 X 形底架通过预埋地脚螺栓固定在95.4476t m系数混凝土基础上，此种形式多用于轻型自升式塔式起重机，如M=顶升油缸图 2-1 所示。29.6917t m的选型计M=算2-1 X 形整体基础缸筒内径长条形基础由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁组89.7tm（缸径）的计算 塔机上部成，其功能犹如两条钢筋混凝土的钢轨轨道基础，分别支承M =底架的四个支座和由底架支座传来的上部荷载。如果塔机安10.732 t mX M =重量计算装在混凝土砌块人行道上，或是安装在原有混凝土地面上，油缸内径 D均可米用这种钢筋混凝土基础，如图 2-2 所示。81.5541t m活塞杆直分块式基础由四个独立的钢筋混凝土块体组成，分别承 0径计算此工况下，强度验算受由底架结构传来的整机自重及载荷。钢筋混凝土块体构造塔机稳定可稳定性验尺寸视塔机支反力大小基地耐力而定。由于基础仅承受底架靠算传递的垂直力，故可作为中心负荷独立柱基础处理。其优点油缸壁厚e=1.02及外径计是：构造比较简单，混凝土及钢筋用量都比较少，造价便宜，双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重性能的 单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻 5%-10%小车变幅 臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用 小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种臂架 的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。分节问题臂架型式的选定及构造细部处理取决于塔机作业特点， 使用范围以及承载能力等因素，设计时，应通盘考虑作出最 佳选择，首先要解决好分节问题。小车臂架常用的标准节间长度有 6、7、8 10、12m 五种。为便于组合成若干不同长度的臂架，除标准节间外，一般都 配设 12个 35m 长的延接节，一个根部节，一个首部节和端 头节。端头节构造应当简单轻巧，配有小车牵引绳换向滑轮、 起升绳端头固定装置。此端头节长度不计入臂架总长，但可 与任一标准节间配装，形成一个完整的起重臂。本次设计选 用标准节长度为 6m 另加上 3m 长的延接节。其示意图见图 2-11。图 2-11 臂架分节截面形式及截面尺度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， 本次设计的 QTZ500 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 2-12 所示。臂架截面尺寸与臂架承载能力、臂架构设计项目计算与说明结果臂架一至五节：B=1020mm H=800mm臂架六至九节：B=1017mm H=800mm造、塔顶咼度及拉杆结构等因素有关。截面咼度主要受最大 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 50m 共分九节。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。一般情况下，上吊点 小车变幅臂架的上弦以选用 16Mn 实心钢为宜，但造价要高。 因此本设计选用 20 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89X8,下弦选用的角钢型号为：75X5,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50m 对最大起吊量并无特大要求，一般采用单吊点结 构。若臂架总长在 50 米以上，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。10.附着装置附着装置由一套附着框架，四套顶杆和三根撑杆组成， 通过它们将起重机塔身的中间节段锚固在建筑物上，以增加 塔身的刚度和整体稳定性撑杆的长度可以调整，以满足塔 身中心线到建筑物的距离限制通常这个距离以3.55m 设计。附着装置如图 2-13 所示。2-13 附着装置QTZ630 塔式起重机米用双吊点式拉杆结构，拉杆由焊件设计项目计算与说明结果组成，其材料为 i6Mn 拉杆节之间用过渡节连接，由受力特 性计算出其拉杆点作为位置，其中在平衡臂和吊臂上设有拉 板和销轴用来连接用。12.上、下支座上支座上部分别与塔顶、起重臂、平衡臂连接，下部用 高强螺栓与回转支承相连接在支承座两侧安装有回转机构， 它下面的小齿轮准确地与回转支承外齿圈啮合，另一面设有 限位开关。下支座上部用高强螺栓与回转支承连接、支承上部结构， 下部四角平面用 4 个销轴和 8 个 M30 的高强螺栓分别与爬升 架和塔身连接。222 工作机构塔机工作机构分为 5 种：起升机构；变幅机构；小车牵 引机构；回转机构；大车行走机构。固定式塔机不设大车行走机构。起升机构、变幅机构及小车牵引机构在构造上极为近似，均 由电动机、联轴器、制动器、减速器和卷筒等部件组成。为了提高塔机生产率，加快吊装施工进度，无论是起升 机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车行走机构 均应具备较咼的工作速度，并要求从静停到全速运行，或从 全速运行转入静停的全过程（即启动和制动过程），都能平缓 进行，避免产生急剧冲动，对金属结构产生破坏影响。对于 咼层建筑施工用的自升塔机来说，由于起升咼度大，起重臂 长，起重量大，对工作机构调速系统有更高的要求。1.起升机构起升机构是起重机机械的主要机构，用以实现重物的升降运 动。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、钢丝 绳、滑轮组和吊钩组成。本次设计的起升机构由一合三速电 动机驱动，电动机型号 YZTDF225M,-4/8/32 N=15/15/3.7 KW,n=1400/700/144 rp m 通过弹性联轴节与 ZQ500 型圆柱 齿轮变速相驱动起升卷同，本机构米用液力推杆制动器。起 升速度由电控三速电动机实现其“两快一慢”的动作，本机 构还备有高度限位装置，避免起升时卷筒发生过卷现象，通 过调整高度限位装器行程开关的碰块的位置，以实现吊钩在 最大高度时，起升机构断电，保护高度限位的安全。高度限 位器只是一种安全装置，不允许用来作工作装置使用。其简设计项目计算与说明结果图如图 2-14 所示。2-14 起升机构简图1-三速电机2-联轴器3-液力推杆制动器4-ZQ500 圆柱齿轮减速器 5-卷筒6-高度限位器起升机构的传动方式机械传动：其动力是由发动机经机械传动装置传至起升 机构起升卷同，同时也传至其匕工作机构，由于集中驱动， 为保证各机构独立运动，整机的传动比较复杂。起升机构的 调速困难、操作麻烦、但工作可靠。电力传动：由直流或交流电动机通过减速器带动起升卷 筒。直流电动机传动的机械特性适合起升机构工作要求，调 速性能好，但直流电的获得较为困难。交流电机传动由于能 直接自电网取得电流，结构简单、机组重量轻。液压传动： 有高速液压马达传动和低速大扭矩液压马达 传动。前者重量轻、体积小、容积效率咼。后者传动零件少， 起、制动性能好，但容积效率较低，易影响机构转速，体积 与重量较大。综上，考虑经济性、工作情况、工作效益等，本次设计 采用电力传动。起升机构的减速器起升机构的减速器通常有以下几种：圆柱齿轮减速器、 蜗轮减速器、行星齿轮减速器。圆柱齿轮减速器效率咼，功 率范围大，使用普遍，但体积大。蜗轮减速器的尺寸小，传 动比大，重量轻，但效率低，寿命短。行星齿轮减速器包括 摆线针轮行星减速器和少齿差行星减速器，具有结构紧凑、 传动比大、重量轻等特点，但价格较贵。比较上述性能，选 用圆柱齿轮减速器。起升机构的制动器起升机构的制动器可布置在咼速轴上， 也可布置在低速轴上。 制动器布置在咼速轴上时，所需制动力矩小，但制动时冲击 较大，通常采用块式制动器。布置在低速轴上的制动器，所 需制动力矩较大，通常采用带式制动器或点盘式制动器。本 设计将制动器布置在高速轴上，采用块式制动器。滑轮组倍率设计项目计算与说明结果在起升机构中，滑轮倍率装置是为了使起升机构的起重 能力提咼一倍，而起升速度会降低一倍，这样起升机构能够 更加灵活地满足施工的需要。塔式起重机一般都为单联滑轮 组，故倍率 a等于承载分支数 乙起升速度有 6 种，见表 2-1o表 2-1 起升特性参数表倍率a=2a=4起重量(t)空 钩220.81844速度(m/mi n)68346.534173.3四倍率与二倍率转化方便、快捷，变换倍率的方法如下： 将上滑轮 6 用销轴与吊钩滑轮组 7 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 6 上升到载重 小车 4 处固定后，就变为二倍率状态。2.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。回转机构由一台双速电动机驱动，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。回转机构设成双回转式，通常由回转电动机、液力耦合 器、回转制动器、回转减速器和小齿轮组成。回转电动机回转电动机是整机的传动分流装置的一个传动元件，其 选择由起重机的总动力源决疋。液力耦合器液力耦合器作用：一是软化传动特性，使输入和输出之 间有微小转差，这样电动机起动力矩不至于一下输入到减速 器，产生过大冲击；二是当有两台回转电动机同时并联工作 时，可以协调其负载比较平衡，不至于转得快的负载很大， 转得慢的负载很轻。制动器回转制动器选用常开式。回转制动在回转过程中不允许设计项目计算与说明结果使用，但回转工作完成后，一定要打开制动器。制动器选择 单片电磁制动器。减速器减速器是回转机构的关键组成部分，既要减速，又要承 受小齿轮轴传来的集中反力。回转机构的安装要求很紧凑， 多用行星齿轮减速器，而且多极减速。综上，回转机构由一台单速电动机驱动，动力经液力耦合器 至行星齿轮减速器到小齿轮，在驱动回转支承大齿轮，为使 回转定位准确，本机构中装有一套单片电磁制动器以实现回 转止动，该装置只适用于在回转电动机停止工作后，起重臂 旋转动作停止时使用。回转机构简图如图 2-15 所示。图 2-15 回转机构简图1-双速电动机2-液力偶合器3-Xx4-100 型行星齿轮减速器4- 驱动小齿轮5-单排四点接触球式回转支承6- 回转大齿轮3.变幅机构为了满足物料装卸工作位置的要求，充分利用自身的起 吊能力，塔式起重机需要经常改变幅度。变幅机构则是实现 改变幅度的工作机构，并用来扩大塔式起重机的工作范围， 提咼生产率。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。本设计米用小车变幅，绳索牵引式小车变幅可使工作可 靠，减轻起重臂载荷，而且因其驱动装置放在吊臂根部，平 衡重也可略为减少。驱动卷筒的型式有普通牵引卷筒和摩擦卷筒。采用普 通牵引卷筒，工作可靠，但牵引卷筒较长，而且要有两根钢 丝绳，采用铸造卷筒。后者牵引卷筒及钢丝绳长度可减少一 半，但必须装设张紧导向轮且需经常调整牵引绳张力，以保 证摩擦卷筒能正常工作。本次设计采用普通卷筒。电动机变幅机构因有两个速度，则应选用双速电机。减速器设计项目计算与说明结果卷筒的传动机构可米用普通标准卷扬机，为使机构尺寸 更紧凑，本机构采用行星摆线针轮减速器。制动器制动器小车牵引机构采用电磁铁制动器，使起、制动平 稳，可靠。本次设计的变幅机构由一台双速电动机经带制动器的联 轴节至摆线针轮减速机驱动卷筒。卷筒两端都固定有变幅钢 丝绳的端头，无论变幅小车走到最外端或最里端，卷筒的放 绳端都应有 34圈的钢丝绳未放完。 在放出和卷回的两根钢 丝绳之间的卷筒上，应保留有 34 圈钢丝绳的光卷筒。当工 作一段时间，钢丝绳被拉长而挠度过大时，可用变幅小车的 螺栓将钢丝绳收紧。变幅机构及钢丝绳的缠绕方式如图 2-16 所示。变幅机构简图图 2-16 变幅机构及钢丝绳缠绕简图1-变幅卷筒 2-摆线针轮减速机 3-制动器 4-电动 机2.2.3 安全保护装置安全装置是塔式起重机必不可少的关键设备之一，其作 用是防止误操作和违章操作，以避免由误操作或违章操作所 导致的严重后果。塔式起重机的安全装置可分为限位开关、 断电装置、钢丝绳防脱装置、风速计、紧急安全开关、安全 保护音响信号。1. 限位开关又称限位器。其功能主要有以下几种：吊钩行程限位开关。用以防止吊钩行程超越极限，以 免碰坏起重机臂架结构和出现钢丝绳乱绳现象。回转限位开关。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。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。螺杆式高度限制器设计项目计算与说明结果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。3. 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 R 对转轴的力矩 M1=R a 与弹簧力 N 对转轴的力矩 M2=N b 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。4. 力矩限制器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。5. 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，风速仪是一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。6. 钢丝绳防脱装置GB514 4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20%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。塔机上采用的电子安全装置主要有三种：电子力矩限制 器、电子作业区域限制器和电子防止护撞系统。目前因价性 比关系（价格性能比），仅在少数塔机上应用。设计项目计算与说明结果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 GB/T13752-92塔式起重机设计规范P60 附录 C 表 C1 选取本次设计的 QTZ500自升式建筑用塔机的利用等级为 U4（经常轻负荷使用），载荷状态为 Q （中-有时起吊额定载荷， 一般起吊中等载荷），起升等级为注2,工作级别为A名义载 荷谱系数 K=0.25。2.3.2 机构工作级别根据 GB/T 13752-92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何状态分为六级：M-M。机构的利用等级按机构工作总时间分为六级：Ti- T6。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：Li- L3。由参考书目【1】P31 表 2-1-3 及 GB/T 13752-92塔式 起重机设计规范P77 附录 L 表 L1 取定起升机构、回转机构、 变幅机构、顶升机构的工作级别为如表 2-2 所示：表 2-2 工作机构级别起升机构回转机构变幅机构顶升机构K=0.25Km=0.50K=0.25Km=0.25T4L2MT4L3MTaL2M3T1L2MT 机构利用等级；L机构载荷状态；M机构工作级别；Km名义载荷谱系数2.3.3 主要技术性能参数塔机的基本参数有：幅度、起升高度、额定起升载荷、轴距、轮距、起重机重量、尾部回转半径和工作速度。塔机的工作速度有：额疋起升速度、取低稳疋速度、变 幅速度、额定回转速度以及行走速度。塔机的主要性能参数如下：1.额疋起重力矩 50tm2. 最大工作幅度 50m，最小工作幅度 2m3. 最大起重量 4t，最小起重量 0.85t固定式 36m附着式 100m5. 回转速度0.36m/mi n, 0.47m/min6. 小车运行速度21m/mi n, 42.5m/min7 起升特性参数表见表 2-3 :表 2-3 起升特性参数表倍率a=2a=4起重量(t)空 钩220.81844速度(m/mi n)68346.534173.38. 顶升速度 0.5 m/ min9. 电机功率 25.3 kw10. 塔机自重 8.4 t11. 配重 8.4 t12. 整机重量 33.4 t2.4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，塔身承受设计项目计算与说明结果的前倾弯矩 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 M、吊臂拉杆引起弯矩M、变幅机构 引起弯矩 M 及最大起重力矩 MU之和减去平衡臂引起弯矩 M、 起升机构引起弯矩 M、平衡重引起弯矩 M,即：M= M+ M2+ Ma+ Mmax- M4- M5- Mb非工作状态时的后倾弯矩为：平衡臂引起弯矩 M、起升机构引起弯矩 M、平衡重引起 弯矩 M 之和减去吊臂自重引起弯矩M、 吊臂拉杆引起弯矩 M 及变幅机构引起弯矩 M3,即： M= M4+ M5+ M6- M1- M2- Ma由 M= M 得：M+ M2+ M3+ Mmax-M4- M5- M6= M4+ M+ M*M1- M2- M3即 M6= 0.5Mma+ M 计 M2+ M3- M4- M5QTZ630 塔式起重机参照同类型塔基，取各部件参数如下：设计项目计算与说明结果表 2-4 塔式起重机各部件对塔身的中心力矩序 号名称重量（t）坐标 X（m力矩（tm）1起升机构1.406-9.425-13.251552回转机构0.18154003变幅机构0.07486.10.4560974液压顶升机构0.6059-1-0.60595平衡臂拉杆0.34974-4.96-1.73471046变幅小车0.14666507.3337回转限位装置0.00466-0.825-0.00384458平衡重G6-11.5-11.5G69吊钩组:0.133506.6510吊臂拉杆 10.198727.0041.392吊臂拉杆 20.5339819.912510.63311第一节臂0.17149.958.554第二节臂0.30745.9514.110第三节臂0.32539.9512.969第四节臂0.30733.9510.425第五节臂0.33327.959.294第六节臂0.40621.958.912第七节臂0.46015.957.336第八节臂0.4069.954.036第九节臂0.3323.951.311吊臂总计3.376.94712 平衡臂1.606-6.5865-10.577919
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