【正文】 重量較大的起重機。在塔式起重機中大多采用繩索牽引式變幅機構，這樣即可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅動裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。因此選用繩索牽引式小車變幅機構。常用變幅機構有以下幾種：1） 多速電機變幅機構它是由一個帶盤式制動器的雙速或三速電機，驅動行星減速器，帶動卷筒運動。這種變幅機構結構簡單、緊湊，其性能能滿足各種臂長需要，但在極速變換時，存在速度和電流沖擊。2） 變頻調速變幅機構這是一種新型的無級變速變幅機構。其變速由通用變頻器調整電機電源頻率，從而改變電機轉速。該機構調速過渡非常平穩(wěn)，無速度沖擊。綜合比較各自的優(yōu)缺點，本次設計選用多速電機變幅機構。它是由一臺雙速電動機（型號為112M8/4B3）制動器的聯軸節(jié)至擺線針輪減速機驅動卷筒。卷筒兩端都固定有變幅鋼絲繩的端頭，無論變幅小車走到最外端或最里端，卷筒的放繩端都應有3～4圈的鋼絲繩未放完。在放出和卷回的兩根鋼絲繩之間的卷筒上，應保留有3～4圈鋼絲繩的光卷筒。當工作一段時間，鋼絲繩被拉長而撓度過大時，可用變幅小車的螺栓將鋼絲繩收緊。變幅機構及鋼絲繩纏繞方式如圖213所示：變幅機構簡圖圖213 變幅機構及鋼絲繩纏繞簡圖1變幅卷筒 2擺線針輪減速機 3制動器 4電動機安全裝置是塔式起重機必不可少的關鍵設備之一，其作用是防止誤操作和違章操作，以避免由誤操作或違章操作所導致的嚴重后果。塔式起重機的安全裝置可分為限位開關、斷電裝置、鋼絲繩防脫裝置、風速計、緊急安全開關、安全保護音響信號。1. 限位開關又稱限位器。其功能主要有以下幾種：1） 吊鉤行程限位開關。用以防止吊鉤行程超越極限，以免碰壞起重機臂架結構和出現鋼絲繩亂繩現象。2） 回轉限位開關。用于限制塔式起重機的回轉角度，防止扭斷或損壞電纜。凡是不裝設中央集電環(huán)的塔式起重機，均應配置回轉限位開關。3） 小車行程限位開關。用以使小車在到達臂架頭部或臂架根端之前停車，防止小車越位事故的發(fā)生。2. 起升高度限制器為了防止起升卷筒過卷而拉斷鋼絲繩，工程起重機均裝設有起升高度限制器。起升高度限制器組要有重錘式和螺桿式。重錘式高度限制器優(yōu)點是結構簡單，使用方便；缺點是用鋼絲繩懸掛，重錘經常與起升鋼絲繩摩擦。螺桿式高度限制器常用于小車變幅式塔式起重機，這種限制器裝有兩個限位開關，還可以做雙向控制。3. 起重量限制器起重量限制器只控制或只顯示起重機的極限載荷。在正常的起重機作業(yè)中，起升鋼絲繩的合力R對轉軸的力矩M1=R a與彈簧力N對轉軸的力矩M2=Nb相平衡,而彈簧的變形量較小，當超載時，彈簧產生較大的變形，撐桿打開限位開關，使起升機構停止工作，起限制超載的作用。4. 力矩限制器自升塔式起重機上用的力矩限制器大都裝設于塔帽結構主弦桿處。它的工作原理為：塔式起重機負載時，塔帽結構主弦桿便會因負載而產生變形。當載荷過大超過額定值時，主弦桿產生顯著變形。此變形通過放大桿的作用而使螺釘壓迫限位開關觸頭的壓鍵，從而切斷起升機構的電源。力矩限制器主要有傳感器裝置，吊臂長度檢測裝置，吊臂仰角檢測裝置，運算系統(tǒng)及顯示部分和執(zhí)行機構所組成。力矩限制器通過檢測裝置當時的吊臂長度和吊臂對水平面的傾角，并輸入到運算系統(tǒng)內，計算出當時的工作幅度，然后根據相應的“幅度起重量特性曲線”計算出當時允許起升的最大載荷，并以此作為額定值。裝設在變幅液壓缸上的傳感器裝置測得反應總力矩的信號，送入運算系統(tǒng)內，經過計算后得出起升載荷的實際值。當實際值大于額定值時，起重機已處于危險工作狀態(tài)，這時力矩限制器會發(fā)出聲響和燈光警報。5. 風速儀風荷是塔式起重機的基本載荷，風荷與風速有關，還會隨高度升高而增大。因此，風速儀是一種極其重要的安全預警裝置，對每臺自升式塔式起重機均是必備之物。風速儀應安裝在塔機頂部至吊具最高位置間的不擋風處。6. 鋼絲繩防脫裝置GB5144《塔式起重機安全規(guī)程》規(guī)定：滑輪、起升卷筒及動臂式塔機的變幅卷筒應設有鋼絲繩防脫裝置，該裝置與滑輪或卷筒側板最外緣的間隙不得超過鋼絲繩直徑的20% 。除此之外還有許多電子安全裝置，用以保證工人工作的安全，使他們在安全、舒適的環(huán)境下工作。7. 電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)是塔機最重要的組成部分之一。電氣系統(tǒng)的設計直接關系到塔機使用的可靠性。塔機的電氣系統(tǒng)是由大量的電氣元件組成的，從設計角度講，可以簡單地為三個組成部分：1） 驅動元件部分，如電動機、電磁聯軸節(jié)、電磁離合器、電磁制動器、渦流制動器；2） 控制元件部分，如接觸器、中間繼電器、延時繼電器、整流器、變壓器、電阻器、電容器、斷路器、主令控制臺、按鈕；3） 保護元件部分，如過電流繼電器、熔斷器、相序保護器、壓敏電阻、以及限位器等裝置。 總體設計原則 整機工作級別塔式起重機的工作級別與它的利用等級（工作頻繁程度）和載荷狀態(tài)（受載荷的輕重和頻繁程度）有關。根據使用狀態(tài)由GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》P60附錄C表C1選取本次設計的QTZ40自升式建筑用塔機的利用等級為U4(經常輕負荷使用)，載荷狀態(tài)為Q2（中—有時起吊額定載荷，一般起吊中等載荷），起升等級為HC2，工作級別為A4,名義載荷譜系數Km=。 機構工作級別根據GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》規(guī)定：機構的工作級別按機構的利用等級和載荷狀態(tài)分為六級：M1 M6。機構的利用等級按機構工作總時間分為六級：T1 T6。機構工作總時間規(guī)定為機構在設計壽命期內處于運轉的總小時數，它僅作為機構零件的設計基礎，而不能視為保用期。機構的載荷狀態(tài)表明機構受載的輕重程度，按載荷譜系數分為三級：L1 L3。由塔式起重機使用手冊P31表231及GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》P77附錄L表L1取定起升機構、回轉機構、變幅機構、頂升機構的工作級別如表22所示：表22工作機構級別起升機構回轉機構變幅機構頂升機構Km=Km=Km=Km=T4L2M4T4L3M3T3L2M3T1L2M1T―機構利用等級；L―機構載荷狀態(tài)；M―機構工作級別；Km―名義載荷譜系數 主要技術性能參數1. 額定起重力矩 40tm2. 最大起重力矩 3. 最大起重量 4t4. 起升高度 固定式 30m 附著式 100m5. 工作幅度 Rmax=40m, Rmin=2m6. 小車運行速度 19m/min, 38m/min7．起升特性參數表如表23所示：表23起升特性參數表倍率a=2a=4起重量（t）12244速度(m/min)683434178. 頂升速度 m/ min 。 平衡臂與平衡重的計算上回轉塔式起重機應按塔身受載最小的原則確定平衡重的質量。平衡重的設計要求：滿載工作時，塔身承受的前傾彎矩接近于空載非工作狀態(tài)時塔身的后傾彎矩。工作狀態(tài)的前傾彎矩為：吊臂自重引起彎矩M吊臂拉桿引起彎矩M變幅機構引起彎矩M3及最大起重力矩Mmax之和減去平衡臂引起彎矩M起升機構引起彎矩M平衡重引起彎矩M6，即：M= M1+ M2+ M3+ Mmax M4 M5 M6 非工作狀態(tài)時的后傾彎矩為：平衡臂引起彎矩M起升機構引起彎矩M平衡重引起彎矩M6之和減去吊臂自重引起彎矩M吊臂拉桿引起彎矩M2及變幅機構引起彎矩M3，即：M*= M4+ M5+ M6 M1 M2 M3由M=M*得：M1+ M2+ M3+ Mmax M4 M5 M6= M4+ M5+ M6 M1 M2 M3即 M6= + M1+ M2+ M3 M4 M5QTZ40起重機參照同類型塔機，各部件參數見表24：表24 起重機各部件對塔身的中心力矩序號名稱重量（t）坐標X（m）力矩（tm）1平衡臂2起升機構3平衡臂拉桿4吊臂拉桿5變幅機構6載重小車407吊鉤組408物品140409液壓頂升機構110平衡重G611起重臂第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)第七節(jié)12塔頂0013上接架0014下接架0015上接盤0016司機室0017套架0018底架0019斜撐（4個）0020塔身標準節(jié)（10個）0021塔身基礎節(jié)00總計+ G6根據參數代入公式得：經設計，則平衡臂與起重臂的長度比為：由參考書目 起重特性曲線在臂長為40米時，起重量均按最大幅度40米時起重力矩為40噸米計算。由表24知,在幅度為40米時，物品、小車、吊鉤對塔身中心的力矩： 。 （）幅度為R時，物品、小車、吊鉤對塔身中心的力矩： （）由以上兩式得： （）滿載時Q=4 t ，求得： 滿載時幅度R= m其中： Q——起重量（t）M——最大起重力矩（tm）R——幅度（m）計算各幅度時起重量如表25所示：表25各幅度時起重量（t）臂長(m)40幅度(m)121314151617a2244幅度(m)18192021222426a224幅度(m)28303234363840a2141起重特性曲線如圖214所示（）a=4（）a=2圖214起重特性曲線 塔機風力計算在露天工作的塔式起重機應考慮風載荷，并認為風載荷是一種沿任意方向的水平載荷。起重機風載荷分為工作狀態(tài)風載荷和非工作狀態(tài)風載荷兩類。工作狀態(tài)風載荷是塔式起重機在工作情況下所能承受的最大計算風力。非工作狀態(tài)風載荷是塔式起重機在非工作情況下所能承受的最大計算風力。根據GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》.《塔式起重機設計規(guī)范》，風壓選擇如表27所示：表27 風壓選擇序號適應情況風壓Pa1正常工作狀態(tài)計算風壓，用于計算結構的疲勞強度和發(fā)熱驗算1502工作狀態(tài)最大計算風壓，用于計算結構的強度、剛度、穩(wěn)定性和整體抗傾翻穩(wěn)定性2503非工作狀態(tài)計算風壓，用于計算結構的強度、剛度、穩(wěn)定性和整體抗傾翻穩(wěn)定性020m 8002040m 1100 工作工況Ⅰ風載荷方向與起重臂方向垂直如圖215所示：圖215 工作工況Ⅰ示意圖1. 平衡臂風力計算1） 風力系數選取根據GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》P8 ，平衡臂可視為兩片平行平面桁架組成的空間結構，其整體結構的風力系數可取為單片結構的風力系數，護欄為管結構，由表8，司機室懸空，CW。2） 由平衡臂的設計尺寸計算迎風面積根據GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》P8 的b規(guī)定，對于兩片并列等高型式相同的結構，考慮前片對后片的擋風作用，總迎風面積為： （）式中：A1—前片結構的迎風面積，；A2—后片結構的迎風面積，；ω—結構充實率，按表9查取；η—兩片相鄰桁架前片對后片的擋風折減系數，與前片桁架充實率ω1及兩片桁架間隔比ls/h有關，按表10選取。則結構迎風面積 已知：由表表10選取 ω= 擋風折減系數 η=代入得， 3） 風力計算根據GB/T 1375292《塔式起重機設計規(guī)范》P7 ，風力計算公式: （）式中： FW—作用在塔式起重機上和物品上的風載荷（FW1，FW2），N；CW—風力系數；PW—計算風壓，Pa；A—垂直于風向的迎風面積，m2。已知： 風力系數CW=；計算風壓PW=150Pa；代入得，2. 起升機構風力計算起升機構迎風面積按實體計算，已知：結構充實率ω=1A取其近似值 風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW=150= XC= m3. 平衡重風力計算平衡重迎風面積按實體計算。已知：結構充實率ω=1A由平衡重尺寸取其近似值， A=15=風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150= N XC=平衡臂及其上構件合計：4. 起重臂風力計算本次設計的QTZ40塔式起重機的起重臂的結構形式為：上弦桿為無縫圓管，下弦桿為角鋼焊合箱形截面管，腹桿為圓管的三角形節(jié)面空間結構，此工況下受側向風力作用。，已知：結構充實率ω=計算面積A=40=16m2風力系數CW=（ e得）計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150=3120 N XC=5. 變幅機構風力計算變幅機構迎風面積按實體計算輪廓外形，已知：結構充實率ω=1A取其近似值 A=1=風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150= N XC= m起重臂及其上構件合計∑FW =3120+=∑MW =3120+=mXC=6. 塔頂風力計算，已知：結構充實率ω=A取其近似值 A==風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150= N XC=0 m7. 上下支座風力計算上下支座迎風面積按實體計算，已知：結構充實率ω=1A取其近似值 A=12(+)=風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150= XC=0 m8. 塔身風力計算塔身為鋼管制成的桁架結構，已知：結構充實率ω=A取其近似值 A=30=風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150=3744 N XC=0 m9. 司機室風力計算參考《塔式起重機使用手冊》P102，表371，司機室迎風面積按實體計算，已知：結構充實率ω=1A取其近似值 A=1=風力系數CW=計算風壓PW=150Pa代入得，FW =150= N XC=0 m 工作工況Ⅱ 風載荷方向與起重臂方向平行如圖216所示：圖216 工作工況Ⅱ1. 平衡臂風力計算已知：結構充實率ω=A取其近似值 A==風力系數CW=計算風壓PW=250Pa代入得，FW =250= N2. 起升機構風力計算起升機構迎風面積按實體計算已知：結構充實率ω=1A取其近似值 A=1=風力系數CW=計算風壓PW=250Pa代入得，FW =250=288 N3. 平衡重風力計算平衡重迎風面積按實體計算已知：結構充實率ω=1A由平衡重尺寸取其近似值 A=1=風力系數CW=計算風壓PW=250Pa代入得，FW =