【正文】 重量較大的起重機(jī)。在塔式起重機(jī)中大多采用繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)，這樣即可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)。常用變幅機(jī)構(gòu)有以下幾種：1） 多速電機(jī)變幅機(jī)構(gòu)它是由一個(gè)帶盤式制動(dòng)器的雙速或三速電機(jī)，驅(qū)動(dòng)行星減速器，帶動(dòng)卷筒運(yùn)動(dòng)。這種變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，其性能能滿足各種臂長(zhǎng)需要，但在極速變換時(shí)，存在速度和電流沖擊。2） 變頻調(diào)速變幅機(jī)構(gòu)這是一種新型的無級(jí)變速變幅機(jī)構(gòu)。其變速由通用變頻器調(diào)整電機(jī)電源頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。該機(jī)構(gòu)調(diào)速過渡非常平穩(wěn)，無速度沖擊。綜合比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用多速電機(jī)變幅機(jī)構(gòu)。它是由一臺(tái)雙速電動(dòng)機(jī)（型號(hào)為112M8/4B3）制動(dòng)器的聯(lián)軸節(jié)至擺線針輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yīng)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(yīng)保留有3～4圈鋼絲繩的光卷筒。當(dāng)工作一段時(shí)間，鋼絲繩被拉長(zhǎng)而撓度過大時(shí)，可用變幅小車的螺栓將鋼絲繩收緊。變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩纏繞方式如圖213所示：變幅機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖213 變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩纏繞簡(jiǎn)圖1變幅卷筒 2擺線針輪減速機(jī) 3制動(dòng)器 4電動(dòng)機(jī)安全裝置是塔式起重機(jī)必不可少的關(guān)鍵設(shè)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(dǎo)致的嚴(yán)重后果。塔式起重機(jī)的安全裝置可分為限位開關(guān)、斷電裝置、鋼絲繩防脫裝置、風(fēng)速計(jì)、緊急安全開關(guān)、安全保護(hù)音響信號(hào)。1. 限位開關(guān)又稱限位器。其功能主要有以下幾種：1） 吊鉤行程限位開關(guān)。用以防止吊鉤行程超越極限，以免碰壞起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)和出現(xiàn)鋼絲繩亂繩現(xiàn)象。2） 回轉(zhuǎn)限位開關(guān)。用于限制塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)角度，防止扭斷或損壞電纜。凡是不裝設(shè)中央集電環(huán)的塔式起重機(jī)，均應(yīng)配置回轉(zhuǎn)限位開關(guān)。3） 小車行程限位開關(guān)。用以使小車在到達(dá)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(jī)均裝設(shè)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；缺點(diǎn)是用鋼絲繩懸掛，重錘經(jīng)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(jī)，這種限制器裝有兩個(gè)限位開關(guān)，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(jī)的極限載荷。在正常的起重機(jī)作業(yè)中，起升鋼絲繩的合力R對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩M1=R a與彈簧力N對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩M2=Nb相平衡,而彈簧的變形量較小，當(dāng)超載時(shí)，彈簧產(chǎn)生較大的變形，撐桿打開限位開關(guān)，使起升機(jī)構(gòu)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(jī)上用的力矩限制器大都裝設(shè)于塔帽結(jié)構(gòu)主弦桿處。它的工作原理為：塔式起重機(jī)負(fù)載時(shí)，塔帽結(jié)構(gòu)主弦桿便會(huì)因負(fù)載而產(chǎn)生變形。當(dāng)載荷過大超過額定值時(shí)，主弦桿產(chǎn)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(guān)觸頭的壓鍵，從而切斷起升機(jī)構(gòu)的電源。力矩限制器主要有傳感器裝置，吊臂長(zhǎng)度檢測(cè)裝置，吊臂仰角檢測(cè)裝置，運(yùn)算系統(tǒng)及顯示部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成。力矩限制器通過檢測(cè)裝置當(dāng)時(shí)的吊臂長(zhǎng)度和吊臂對(duì)水平面的傾角，并輸入到運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，計(jì)算出當(dāng)時(shí)的工作幅度，然后根據(jù)相應(yīng)的“幅度起重量特性曲線”計(jì)算出當(dāng)時(shí)允許起升的最大載荷，并以此作為額定值。裝設(shè)在變幅液壓缸上的傳感器裝置測(cè)得反應(yīng)總力矩的信號(hào)，送入運(yùn)算系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過計(jì)算后得出起升載荷的實(shí)際值。當(dāng)實(shí)際值大于額定值時(shí)，起重機(jī)已處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，這時(shí)力矩限制器會(huì)發(fā)出聲響和燈光警報(bào)。5. 風(fēng)速儀風(fēng)荷是塔式起重機(jī)的基本載荷，風(fēng)荷與風(fēng)速有關(guān)，還會(huì)隨高度升高而增大。因此，風(fēng)速儀是一種極其重要的安全預(yù)警裝置，對(duì)每臺(tái)自升式塔式起重機(jī)均是必備之物。風(fēng)速儀應(yīng)安裝在塔機(jī)頂部至吊具最高位置間的不擋風(fēng)處。6. 鋼絲繩防脫裝置GB5144《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》規(guī)定：滑輪、起升卷筒及動(dòng)臂式塔機(jī)的變幅卷筒應(yīng)設(shè)有鋼絲繩防脫裝置，該裝置與滑輪或卷筒側(cè)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?cè)诎踩?、舒適的環(huán)境下工作。7. 電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)是塔機(jī)最重要的組成部分之一。電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到塔機(jī)使用的可靠性。塔機(jī)的電氣系統(tǒng)是由大量的電氣元件組成的，從設(shè)計(jì)角度講，可以簡(jiǎn)單地為三個(gè)組成部分：1） 驅(qū)動(dòng)元件部分，如電動(dòng)機(jī)、電磁聯(lián)軸節(jié)、電磁離合器、電磁制動(dòng)器、渦流制動(dòng)器；2） 控制元件部分，如接觸器、中間繼電器、延時(shí)繼電器、整流器、變壓器、電阻器、電容器、斷路器、主令控制臺(tái)、按鈕；3） 保護(hù)元件部分，如過電流繼電器、熔斷器、相序保護(hù)器、壓敏電阻、以及限位器等裝置。 總體設(shè)計(jì)原則 整機(jī)工作級(jí)別塔式起重機(jī)的工作級(jí)別與它的利用等級(jí)（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(guān)。根據(jù)使用狀態(tài)由GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P60附錄C表C1選取本次設(shè)計(jì)的QTZ40自升式建筑用塔機(jī)的利用等級(jí)為U4(經(jīng)常輕負(fù)荷使用)，載荷狀態(tài)為Q2（中—有時(shí)起吊額定載荷，一般起吊中等載荷），起升等級(jí)為HC2，工作級(jí)別為A4,名義載荷譜系數(shù)Km=。 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別根據(jù)GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別按機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)和載荷狀態(tài)分為六級(jí)：M1 M6。機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)按機(jī)構(gòu)工作總時(shí)間分為六級(jí)：T1 T6。機(jī)構(gòu)工作總時(shí)間規(guī)定為機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時(shí)數(shù)，它僅作為機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，而不能視為保用期。機(jī)構(gòu)的載荷狀態(tài)表明機(jī)構(gòu)受載的輕重程度，按載荷譜系數(shù)分為三級(jí)：L1 L3。由塔式起重機(jī)使用手冊(cè)P31表231及GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P77附錄L表L1取定起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別如表22所示：表22工作機(jī)構(gòu)級(jí)別起升機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)頂升機(jī)構(gòu)Km=Km=Km=Km=T4L2M4T4L3M3T3L2M3T1L2M1T―機(jī)構(gòu)利用等級(jí)；L―機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)；M―機(jī)構(gòu)工作級(jí)別；Km―名義載荷譜系數(shù) 主要技術(shù)性能參數(shù)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(yùn)行速度 19m/min, 38m/min7．起升特性參數(shù)表如表23所示：表23起升特性參數(shù)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(jì)算上回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)應(yīng)按塔身受載最小的原則確定平衡重的質(zhì)量。平衡重的設(shè)計(jì)要求：滿載工作時(shí)，塔身承受的前傾彎矩接近于空載非工作狀態(tài)時(shí)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(shí)的后傾彎矩為：平衡臂引起彎矩M起升機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)參照同類型塔機(jī)，各部件參數(shù)見表24：表24 起重機(jī)各部件對(duì)塔身的中心力矩序號(hào)名稱重量（t）坐標(biāo)X（m）力矩（tm）1平衡臂2起升機(jī)構(gòu)3平衡臂拉桿4吊臂拉桿5變幅機(jī)構(gòu)6載重小車407吊鉤組408物品140409液壓頂升機(jī)構(gòu)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(jī)室0017套架0018底架0019斜撐（4個(gè)）0020塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（10個(gè)）0021塔身基礎(chǔ)節(jié)00總計(jì)+ G6根據(jù)參數(shù)代入公式得：經(jīng)設(shè)計(jì)，則平衡臂與起重臂的長(zhǎng)度比為：由參考書目 起重特性曲線在臂長(zhǎng)為40米時(shí)，起重量均按最大幅度40米時(shí)起重力矩為40噸米計(jì)算。由表24知,在幅度為40米時(shí)，物品、小車、吊鉤對(duì)塔身中心的力矩： 。 （）幅度為R時(shí)，物品、小車、吊鉤對(duì)塔身中心的力矩： （）由以上兩式得： （）滿載時(shí)Q=4 t ，求得： 滿載時(shí)幅度R= m其中： Q——起重量（t）M——最大起重力矩（tm）R——幅度（m）計(jì)算各幅度時(shí)起重量如表25所示：表25各幅度時(shí)起重量（t）臂長(zhǎng)(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(jī)風(fēng)力計(jì)算在露天工作的塔式起重機(jī)應(yīng)考慮風(fēng)載荷，并認(rèn)為風(fēng)載荷是一種沿任意方向的水平載荷。起重機(jī)風(fēng)載荷分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷兩類。工作狀態(tài)風(fēng)載荷是塔式起重機(jī)在工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)力。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷是塔式起重機(jī)在非工作情況下所能承受的最大計(jì)算風(fēng)力。根據(jù)GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》.《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，風(fēng)壓選擇如表27所示：表27 風(fēng)壓選擇序號(hào)適應(yīng)情況風(fēng)壓Pa1正常工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和發(fā)熱驗(yàn)算1502工作狀態(tài)最大計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(fēng)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(fēng)力計(jì)算1） 風(fēng)力系數(shù)選取根據(jù)GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P8 ，平衡臂可視為兩片平行平面桁架組成的空間結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)可取為單片結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)，護(hù)欄為管結(jié)構(gòu)，由表8，司機(jī)室懸空，CW。2） 由平衡臂的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算迎風(fēng)面積根據(jù)GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P8 的b規(guī)定，對(duì)于兩片并列等高型式相同的結(jié)構(gòu)，考慮前片對(duì)后片的擋風(fēng)作用，總迎風(fēng)面積為： （）式中：A1—前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積，；A2—后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積，；ω—結(jié)構(gòu)充實(shí)率，按表9查取；η—兩片相鄰桁架前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù)，與前片桁架充實(shí)率ω1及兩片桁架間隔比ls/h有關(guān)，按表10選取。則結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積 已知：由表表10選取 ω= 擋風(fēng)折減系數(shù) η=代入得， 3） 風(fēng)力計(jì)算根據(jù)GB/T 1375292《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》P7 ，風(fēng)力計(jì)算公式: （）式中： FW—作用在塔式起重機(jī)上和物品上的風(fēng)載荷（FW1，F(xiàn)W2），N；CW—風(fēng)力系數(shù)；PW—計(jì)算風(fēng)壓，Pa；A—垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，m2。已知： 風(fēng)力系數(shù)CW=；計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa；代入得，2. 起升機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A取其近似值 風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W=150= XC= m3. 平衡重風(fēng)力計(jì)算平衡重迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算。已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A由平衡重尺寸取其近似值， A=15=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150= N XC=平衡臂及其上構(gòu)件合計(jì)：4. 起重臂風(fēng)力計(jì)算本次設(shè)計(jì)的QTZ40塔式起重機(jī)的起重臂的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，此工況下受側(cè)向風(fēng)力作用。，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=計(jì)算面積A=40=16m2風(fēng)力系數(shù)CW=（ e得）計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150=3120 N XC=5. 變幅機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算變幅機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算輪廓外形，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A取其近似值 A=1=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150= N XC= m起重臂及其上構(gòu)件合計(jì)∑FW =3120+=∑MW =3120+=mXC=6. 塔頂風(fēng)力計(jì)算，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=A取其近似值 A==風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150= N XC=0 m7. 上下支座風(fēng)力計(jì)算上下支座迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A取其近似值 A=12(+)=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150= XC=0 m8. 塔身風(fēng)力計(jì)算塔身為鋼管制成的桁架結(jié)構(gòu)，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=A取其近似值 A=30=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150=3744 N XC=0 m9. 司機(jī)室風(fēng)力計(jì)算參考《塔式起重機(jī)使用手冊(cè)》P102，表371，司機(jī)室迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A取其近似值 A=1=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=150Pa代入得，F(xiàn)W =150= N XC=0 m 工作工況Ⅱ 風(fēng)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(fēng)力計(jì)算已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=A取其近似值 A==風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=250Pa代入得，F(xiàn)W =250= N2. 起升機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算起升機(jī)構(gòu)迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A取其近似值 A=1=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=250Pa代入得，F(xiàn)W =250=288 N3. 平衡重風(fēng)力計(jì)算平衡重迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算已知：結(jié)構(gòu)充實(shí)率ω=1A由平衡重尺寸取其近似值 A=1=風(fēng)力系數(shù)CW=計(jì)算風(fēng)壓PW=250Pa代入得，F(xiàn)W =