【文章內(nèi)容簡介】 平 面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。這兩種型式塔尖的共同特點是構造簡單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運輸便利。 塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關系，一般取為臂架長度的 1/71/10，長臂架應配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應力下降效果便不顯著，過分加高塔尖高度不僅導致塔尖自重加大，而且會增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機。因此，設計時，應權衡各方面的條件選擇適當?shù)乃敻叨取? 本設計采用前傾截錐柱式塔頂，斷面尺寸為 。腹桿采用圓鋼管。塔頂高 米。塔冒用無 縫鋼管焊接而成，頂部設有連接平衡臂拉桿和吊臂拉桿的鉸銷吊耳，以及穿繞起升鋼絲繩的定滑輪，頂部應裝有安全燈和避雷針。其結構如圖 21 所示： 圖 21 塔頂結構圖 2. 起重臂 采用前傾截錐柱式塔頂 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 10 設計項目 計算與說明 結果 分節(jié)問題 1） 構造型式 塔式起重機的 起重臂簡稱臂架或吊臂，按構造型式可分為：小車變幅水平臂架； 俯仰變幅臂架，簡稱 動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。 小車變幅水平臂架，簡稱小車臂架，是一種承受壓彎作用的水平臂架，是各式塔機廣泛采用的一種吊臂。其優(yōu)點是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進行水平位移，并能平穩(wěn)準確地進行安裝就位。因此此次設計采 用小車變幅水平臂架。 小車臂架可概分為三種不同型式：單吊點小車臂架，雙吊點小車臂架和 起重機與平衡臂架連成一體的 錘頭式小車臂架。 單吊點小車變幅臂架是靜定結構，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結構。 幅度在 40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構造；雙吊點小車變幅臂架結構一般幅度都大于 50m。雙吊點小車變幅臂架結構自重輕，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點小車變幅臂架相比，自重均可減輕 5%10%。小車變幅臂架拉索吊點可以設在下弦處，也可設在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，正三角形截面臂架。這種臂架的下弦桿上平面 均用作小車運行軌道。 2） 分節(jié)問題 臂架型式的選定及構造細部處理取決于塔機作業(yè)特點，使用范圍以及承載能力等因素，設計時，應通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。 小車臂架常用的標準節(jié)間長度有 12m 五種。為便于組合成若干不同長度的臂架，除標準節(jié)間外，一般都配設 1~2 個 3~5m 長的延接節(jié)，一個根部節(jié)，一個首部節(jié)和端頭節(jié)。端頭節(jié)構造應當簡單輕巧，配有小車牽引繩換向滑輪、起升繩端頭固定裝置。此端頭節(jié)長度不計入臂架總長，但可與任一標準節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。本次設計選用標準節(jié)長度為 6m，另加上 2m長的延接節(jié)。其示意圖見圖 22： 采用小車變幅水平臂架 選用標準節(jié)長度為 6m，另加上 2m長的延接節(jié) 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 11 設計項目 計算與說明 結果 截面形式及截面尺度 腹桿布置和桿件材料選用 圖 22 臂架分節(jié) 3） 截面形式及截面尺度 塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面，本次設計的 QTZ40 采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。其尺寸截面形式如圖 23 所示 ： 圖 23 臂架截面及其腹桿布置 1水平腹桿 2側腹桿 3上弦桿 4下弦桿 臂架一 五節(jié)： B=1020mm H=800mm 臂架六 七 節(jié)： B=1017mm H=800mm 臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構造、塔頂高度及拉桿結構等因素有關。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點外懸臂長度影響最大。截面寬度主要與臂架全長有關。設計臂架長度為 40m，共分 七 節(jié)。 4） 腹桿布置和桿件材料選用 矩形截面臂架的腹桿體系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹桿體系既可采用人字式布置方式，也可 采用順斜置式。此兩種布置方式各有特點。 當采用順斜置式式，焊縫長度較短、質量不易保證。焊接變形不均勻，節(jié)點剛度較差，且不便于布置小車變幅機構。因此本設計選用人字式布置方式 。其優(yōu)點在于，這種布置方 采用正三角形截面 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 12 設計項目 計算與說明 結果 吊點的 選擇與構造 平衡臂和平衡重 平衡臂的結構型式 式應用區(qū)段不受限制，焊縫長度較長，強度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點剛度較好，便于布置小車變幅機構。 臂架桿件材料有多種選擇可能性。一般情況下，上吊點小車變幅臂架的上弦以選用 16Mn 實心鋼為宜，但造價要高。因此本設計選用 20 號無縫圓鋼管。其特點是：慣性矩、長細比要小，抗失穩(wěn)能力高。下弦采用等邊角鋼對焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟實用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用 ? 89 ? 89 7，下弦選用的角鋼型號為： ? 75 ? 75 5，臂間由銷軸連接。 5） 吊點的選擇與構造 吊點可分為單吊點和雙吊點。其設計原則是：臂架長度小于 50m，對最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點結構。若臂架總長在 50m 以上，或對跨中附近最大起吊量有特大要求應采用雙吊點。采用單吊點結構時，吊點可以設在上弦或下弦。吊點以左可看作簡支梁，以右可看作懸臂梁。在設計中采用雙吊點。 3. 平衡臂與平衡重 QTZ40 塔式起重機是上回轉塔機。上回轉塔機均需配設平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構成設計上所需要的作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩，在小車變幅水平臂架自升式塔機中，平衡臂也是延伸了的轉臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設起升機構。起升機構之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可發(fā)揮部分配重作用，二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導輪間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。 1） 平衡臂的結構型式 平衡臂的構造設計必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。短平衡臂的優(yōu)點是：便于保證塔機在狹窄的空間里進行安裝架設和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結構自重較輕。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當減少平衡重的用量，相應減少塔身上部的垂直載荷。平衡重與平衡臂的長度成反比關系， 上弦選用20 號無縫圓鋼管、下弦選用角鋼 采用雙吊點 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 13 設計項目 計算與說明 結果 平衡重 而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關系，因此，平衡臂的合理設計可節(jié)約材料，降低整機造價。 常用平衡臂有以下三種結構型式： （ 1） 平面框架式平衡臂，由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁河系桿構成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設有防護欄桿。其特點是結構簡單，加工容易。 （ 2） 三角形斷面桁架 式平臂，又分為正三角形斷面和倒三角形斷面兩種形式。此類平衡臂的構造與平面框架式平衡臂結構構造相似，但較為輕巧，適用于長度較大的平衡臂。從實用上來看，正三角形斷面桁架式平衡臂似不如倒三角形斷面桁架式平衡臂。 （ 3） 矩形斷面格桁結構平衡臂，其特點是根部與座在轉臺上的回轉塔架聯(lián)接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長的超重型自升式塔機。 平衡臂結構選用型式的原則是：自重比較輕；加工制造簡單，造型美觀與起重臂匹配得體。故此次設計選用平面框架式平衡臂。它由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿構成。在框架的上平 面鋪有走道板，走道板兩旁設有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結構簡單，加工容易。平衡臂的長度是 。如圖 24 所示 ： 圖 24 平衡臂 2） 平衡重 平衡重屬于平衡臂系統(tǒng)的組成部分，它的用量甚是可觀，輕型塔機一般至少要用 3～ 4t，重型自升式塔機要裝有近 30t平衡重。因此在設計平衡重過程中，應對平衡重的選材、構造以及安裝進行認真考慮并作妥善安排。 平衡重一般可分為固定式和活動式兩種?；顒悠胶庵刂? 采用平面框架式平衡臂 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 14 設計項目 計算與說明 結果 拉桿 上、下支座 塔身 塔身結構斷面型式 要用于自升式塔機，其特點是可以移動，易于使塔身上部作用力矩處于平衡狀態(tài)，便 于進行頂升接高作業(yè)。但是，構造復雜，機加工量大，造價較高。故國內(nèi)大部分塔機均采用固定式平衡重。 平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鑄鐵平衡重的構造較復雜，制造難度大，加工費用貴，但體形尺寸較小，迎風面積較小，有利于減少風載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風面積大，對塔身結構及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構造簡單，預制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風吹雨淋，便于推廣。 因此，本次設計的塔式起重機采用鋼筋混凝土式平衡重。 4. 拉桿 QTZ40 塔式起重機采用雙吊點式拉桿結構，拉桿由焊件組成， 其材料為 16Mn，拉桿節(jié)之間用過渡節(jié)連接，由受力特性計算出其拉桿點作為位置，其中在平衡臂和吊臂上設有拉板和銷軸用來連接用。 5. 上、下支座 上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強螺栓與回轉支承相連接在支承座兩側安裝有回轉機構，它下面的小齒輪準確地與回轉支承外齒圈嚙合，另一面設有限位開關。 下支座上部用高強螺栓與回轉支承連接、支承上部結構，下部四角平面用 4 個銷軸和 8 個 M30 的高強螺栓分別與爬升架和塔身連接。 6. 塔身 塔身結構也稱塔架，是塔機結構的主體，支撐著塔機上部結構的重量和承受載荷，并 將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎。 1） 塔身結構斷面型式 塔身結構斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。圓形斷面和三角形斷面現(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面結構。因此本設計采用的也是方形 采用固定式平衡重 采用鋼筋混凝土式平衡重 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 15 設計項目 計算與說明 結果 塔身結構腹桿系統(tǒng) 標準節(jié)間的聯(lián)接方式 塔身結構設計 斷面結構。按塔身結構主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結構塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結構；角鋼拼焊方鋼管格桁架結構塔身及無縫鋼管焊接格桁架結構塔身。由型鋼或鋼管焊成的空間桁架，其成本比較低，且能滿足工作需要。因此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。 這種樣式具有選材方便、靈活的優(yōu)點。 常用的矩形尺寸有： ， ， ， ， ， ， ， 。 此次設計的尺寸為 。 根據(jù)承載能力的不同，同一種截面尺寸，其主弦桿又有兩種不同截面之分。主弦桿截面較大的標準節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標準節(jié)則用于上部塔身。塔身標準節(jié)的長度有 ， 3m， ， 5m， 6m， 10m 等多種規(guī)格，常用的尺寸是 和 3m。選用標準節(jié) 長度為 。 2） 塔身結構腹桿系統(tǒng) 塔身結構的腹桿系統(tǒng)采用角鋼或無縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內(nèi)側或焊裝于角鋼主弦桿外側。 斜腹桿和水平腹桿可采用同一規(guī)格，腹桿有三角形， K 字型等多種布置形式。腹桿不同會影響塔身的扭轉剛度和彈性穩(wěn)定。 本次設計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結構采用的腹桿布置方式。 3） 標準節(jié)間的聯(lián)接方式 塔身標準節(jié)的聯(lián)接方式有：蓋板螺栓聯(lián)接，套柱螺栓聯(lián)接，承插銷軸聯(lián)接和瓦套法蘭聯(lián)接。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應用最廣。 本次設計的 QTZ40 塔機采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點 是：套柱采用 齊口 定位，螺栓受拉，用低合金結構鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標準節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復雜，但安裝速度比較快。 4） 塔身結構設計 （ 1） 輕、中型自升塔機和內(nèi)爬式塔機宜采用整體式塔身標準節(jié)。附著式自升式塔機和起升高度大的軌道式以及獨采用方形斷面結構 設計的尺寸為 選用標準節(jié)長度為 采用三角形 采用套柱螺栓聯(lián)接 畢業(yè)設計計算書 指導教師： 設計題目： QTZ40 塔式起重機 總體及塔身有限元分析法 設計 設計人： 16 設計項目 計算與說明 結果 立式自升塔機宜采用拼裝式塔身標準節(jié)。拼裝式塔機塔身標準節(jié)的加工精度要求比較高，制作難度比較大，零件多和拼裝麻煩，但拼裝式塔身標準節(jié)的優(yōu)越性更不容忽視：一是堆放儲存占地??；二是裝卸容易；三是運輸費用便宜，特別是長途陸運和運洋海運，由