【導(dǎo)讀】第2章總體設(shè)計(jì)····································································2. 確定總體設(shè)計(jì)方案····························································2

　　

【正文】 圖 211 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞示意圖 1起升卷筒 2塔頂滑輪 3起重量限制器滑輪 4載重小車 5臂端固定點(diǎn) 6上滑輪 7吊鉤滑輪組 變換倍率的方法如下： 將 上 滑輪 6 用銷軸與 吊鉤 滑輪 組 7的兩滑輪 的桿交點(diǎn)連接起來，此時(shí)即為四倍率狀態(tài)；拔出銷子， 上滑輪 6 上升到 載重小車 4 處 固定后，就變?yōu)槎堵薁顟B(tài)。 2. 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 塔機(jī)是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上并由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小齒輪。小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)上支座相對(duì)于下支座運(yùn)動(dòng)。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是重負(fù)荷工作機(jī)構(gòu)，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，而且要克服很大的迎風(fēng)阻力。這些均是影響回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)功率選 擇的因素。 目前采用的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有以下幾種： 1） 電動(dòng)機(jī) —— 液力耦合器 —— 減速器 —— 小齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 這種回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)呈“ 1” 字型立式安裝，由于中間裝有液力耦合器，可減緩電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速度沖擊，因此運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)。但靠電機(jī)反接制動(dòng)，特別在就位時(shí)，只能靠操作人員 “ 點(diǎn)動(dòng)”。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用單回轉(zhuǎn) QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 27 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 變 幅機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，造價(jià)相對(duì)較低，但調(diào)速性能 不好。 2） 帶渦流制動(dòng)器的力矩電機(jī) —— 行星減速機(jī) —— 小齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)和減速時(shí)，引入了渦流制動(dòng)器，使之達(dá)到起、制動(dòng)平穩(wěn)。但造價(jià)較高。 3） 變頻調(diào)速回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)由變頻調(diào)速電機(jī)（鼠籠 型） —— 行星減速機(jī) ——小齒輪組成。通過變頻器調(diào)整電源頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)最為簡單，但目前尚無回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)專用變頻器。 4） 由多檔速度的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) —— 液力耦合器—— 行星減速器 —— 電磁片式制動(dòng)器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 這是一種較好的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對(duì)風(fēng)荷調(diào)控作用在于風(fēng)載轉(zhuǎn)矩增大超越限度時(shí)，電動(dòng)機(jī)接電后，制動(dòng)器便首先轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使塔機(jī)免去不必要的倒轉(zhuǎn)，風(fēng)停止后，制動(dòng)器又會(huì)立即松開。當(dāng)工作班結(jié)束后，塔機(jī)非作業(yè)時(shí)，通過隨風(fēng)轉(zhuǎn)電控或機(jī)械操作裝置使制動(dòng)閘松開，令塔機(jī)猶若一座風(fēng)向標(biāo)可隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，但不至 于被巨風(fēng)強(qiáng)吹扭毀。 考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設(shè)計(jì)的QTZ40 型號(hào)塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用第一種結(jié)構(gòu)型式。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一臺(tái)雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)， 電動(dòng)機(jī)型號(hào) YD132M– 8/6。 經(jīng)過力偶合器 至行星齒輪減速機(jī)到主動(dòng)小齒輪，再驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承大齒輪。本機(jī)構(gòu)由于采用了液力偶合器聯(lián)結(jié)，使其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊慣性小，進(jìn)而改善了塔機(jī)的工作狀況。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理見圖 212。 采用水平臂小車變幅 QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 28 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 安全裝置 圖 212 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡圖 1雙速電動(dòng)機(jī) 2液力偶合 器 3Xx4100 型行星齒輪減速器 4驅(qū)動(dòng)小齒輪 5單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承 6回轉(zhuǎn)大齒輪 3. 變幅 機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)改變幅度的工作機(jī)構(gòu)，用來擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高起重機(jī)的生產(chǎn)率。變幅機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒和制動(dòng)器組成。功率和外形尺寸較小。 變幅機(jī)構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式分為運(yùn)行小車式和吊臂俯仰式。 此次 設(shè)計(jì)的 QTZ40 型塔式起重機(jī)采用水平臂小車變幅，實(shí)現(xiàn)小車的水平移動(dòng)。 按照小車沿吊臂弦桿行走方式，小車式變幅機(jī)構(gòu)分為自行式和繩索牽引式兩類。前者驅(qū)動(dòng)裝置直接裝在小 車上，依靠車輪與吊臂軌道間的附著力驅(qū)動(dòng)車輪使小車運(yùn)行。電動(dòng)滑車沿吊臂弦桿行走就是這類變幅機(jī)構(gòu)的典型例子，由于牽引力受附著力的限制，而且小車自重也比較大，故這 種自行式小車變幅機(jī)構(gòu)只適用于小型塔式起重機(jī)。 繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)的小車依靠變幅鋼絲繩牽引沿吊臂軌道運(yùn)行，其驅(qū)動(dòng)力不受附著力的限制，故能在略呈傾斜的軌道上行走，又由于驅(qū)動(dòng)裝置裝在小車外部，從而使小車自重大為減少，所以適用于大幅度，起重量較大的起重機(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 選用 多速電機(jī)變幅機(jī)構(gòu) QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 29 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 限位開關(guān) 起升高度限制器 起重量限制器 力矩限制器 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)簡單、緊湊，其性能能滿足各種臂長需要，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 DY 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)簡圖 QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 30 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 風(fēng)速儀 鋼絲繩防脫裝置 電氣系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)圖 213 變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩纏繞簡圖 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) 安全保護(hù)裝置 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) QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 31 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 原則 整機(jī)工作級(jí)別 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 主要技術(shù)性能參數(shù) 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，吊臂長度檢測裝置，吊臂仰角檢測裝置，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裝置當(dāng)時(shí)的吊臂長度和吊臂對(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(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 工作級(jí)別為 A4 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 依次 為M M MM1 QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 32 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 平衡臂與平衡重的計(jì)算 起重機(jī)各部件對(duì)塔身的中心力矩 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 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= T4 L2 M4 T4 L3 M3 T3 L2 M3 T1 L2 M1 T―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) QTZ40 塔式起重機(jī)總體及臂架設(shè)計(jì) 33 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說明 結(jié)果 起重特性曲線 1. 額定起重力矩 40tm 2. 最大起重力矩 3. 最大起重量 4t 4. 起升高度 固定式 30m 附著式 100m 5. 工作幅度 Rmax=40m, Rmin=2m 6. 小車運(yùn)行速度 19m/min, 38m/min 7．起升特性參數(shù) 表 如 表 23所示：