QTZ1000塔式起重機(jī)吊臂、起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力特性分析畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： QTZ80 塔式起重機(jī)吊臂、起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 及動(dòng)力特性分析 院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 1 I 目 錄 摘 要 ..................................................VIII ABSTRACT ..................................................IX 1 概述 .....................................................1 1.

2、1 本文的課題意義 .......................................................1 1.2 工程起重機(jī)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 ...........................................2 1.3 課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn) ...................................................2 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容 .......................................................3 2 起重臂方案設(shè)計(jì) ........................

3、...................5 2.1 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) .........................................................5 2.2 截面形式 .............................................................5 2.3 臂架拉桿的構(gòu)造 .......................................................8 3 起重臂三維建模 ...........................................9 3.1 起重臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)建模

4、.....................................................9 4 起重臂有限元（ANSYS）分析 ...............................13 4.1 ANSYS 的基本使用方法 ................................................13 4.2 QTZ80 點(diǎn)塔式起重機(jī)吊臂建模 ..........................................13 4.3 吊臂各部分強(qiáng)度剛度驗(yàn)算 ..........................................

5、....18 4.4 計(jì)算結(jié)果討論 ........................................................25 4.5 塔機(jī)模態(tài)分析 ........................................................25 5 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................29 5.1 起升機(jī)構(gòu)的組成布置方式 ..............................................29 5.2 起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算 .....................

6、.................................30 總 結(jié) ....................................................36 謝 辭 ....................................................37 參考文獻(xiàn) ..................................................38 1 II 摘 要 塔機(jī)在我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。設(shè)計(jì)的 合理與否直接關(guān)系到塔機(jī)的性能和成本，關(guān)系一個(gè)企業(yè)的生存與發(fā)展。本文將對(duì) QTZ80

7、 塔式起重機(jī)的起重臂、起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)做一下詳細(xì)說(shuō)明。 本文對(duì) QTZ80 塔式起重機(jī)起重臂的截面形式，起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)以及起升機(jī)構(gòu)的各 種性能和參數(shù)做出了詳細(xì)說(shuō)明。以三維造型軟件 Solid Works 為基礎(chǔ)完成 QTZ80 型塔 式起重機(jī)起重臂的三維零件圖的繪制并完成起重臂的裝配，運(yùn)用 ANSYS 軟件對(duì) QTZ80 型 塔式起重機(jī)起重臂進(jìn)行了有限元分析,獲得起重臂結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，確定起重臂作業(yè)時(shí) 的危險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)塔身的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)算，從而判斷該設(shè)計(jì)的性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求， 最后又用 ANSYS 軟件對(duì) QTZ80 塔機(jī)整體進(jìn)行了模態(tài)分析，得到整個(gè)塔機(jī)的動(dòng)力特性。 關(guān)鍵詞：三維造型；起重臂

8、；起升機(jī)構(gòu)；有限元；動(dòng)力特性 1 III Abstract Tower crane in Chinas infrastructure construction and development of the national economy, playing an increasingly important role. Design of reasonable or not directly related to the performance and tower crane costs, a business relationship between the survival and dev

9、elopment. This paper will have a detailed description about QTZ80 tower crane boom and the rising organization’s design. In this paper, a detailed explanation will be made about QTZ80 tower crane arm’s cross- section form,the motor of the rising organization and the rising organization’s various par

10、ameters.QTZ80 tower crane arm of the three-dimensional map of parts and completing mapping of the boom assembly is based on Three-dimensional modeling software SolidWorks,gain QTZ80 tower crane arm’s finite element analysis with ANSYS, gain the boom’s stress distribution to determine the boom operat

11、ing dangerous point, the tower of strength and stiffness were checking to determine whether the performance of the design can meet design requirements, make a modal analysis of overall of QTZ80 tower crane with ANSYS, gain the entire dynamic of the tower crane. Keywords: three-dimensional modeling;

12、boom; the rising organization;finite element;dynamic characteristics 1 概述 1.1 本文的課題意義 根據(jù)《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB/ T13752- 92),塔機(jī)的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)在 15- 30 年間，塔式起重機(jī)的破壞主要發(fā)生在塔身、起重臂、平衡壁三大金屬結(jié) 構(gòu)上。塔機(jī)安裝、使用、拆除的任何一個(gè)環(huán)節(jié)上有問(wèn)題都可能造成事故。影響 工期的完成，嚴(yán)重的造成人身安全。截至 06 年上半年三峽工程就有 100 多建設(shè) 者獻(xiàn)出了寶貴的生命， [2]北京建筑土程學(xué)院的王凱輝等幾名老師對(duì)北京地區(qū)的 塔式起重機(jī)安全事故進(jìn)行了調(diào)查 [3]，得

13、出安全事故比例構(gòu)成為:塔身折斷或受傷 占 35.7%起重臂折斷或受傷占 28.6%平衡臂折斷或受傷占 14.3%，其他占 21.4% 。破壞的主要原因有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、制造質(zhì)量不過(guò)關(guān)、施工人員操作不規(guī)范、 過(guò)載、低溫脆性，應(yīng)力腐蝕和疲勞等。在幾起該類(lèi)事故中， [4]均看到了臂架腹 桿斷面有銹蝕的舊痕，表明原內(nèi)部存在有裂縫，從折斷腹桿取樣發(fā)現(xiàn)，焊縫脫 開(kāi)的腹桿失去承載能力之后，在起吊載荷作用下，引起吊臂各桿件內(nèi)力重新分 布致使受壓的腹桿因超載而失穩(wěn)，這些腹桿失穩(wěn)彎折后，起重臂截面高度減小， 使該段吊臂失去承載能力而折曲。所發(fā)生的事故多是在焊接過(guò)程中的咬邊、焊 瘤、夾渣、氣孔、未焊透和裂紋等缺陷造

14、成的。而起重臂設(shè)計(jì)不合理這項(xiàng)原因 所占比例最大。 塔式起重機(jī)主要是在循環(huán)變化的載荷或隨機(jī)載荷作用下工作，塔臂連接銷(xiāo) 釘之間磨損嚴(yán)重且沒(méi)有得到及時(shí)的修整，起重臂臂尖在起吊時(shí)重物時(shí)撓度過(guò)大 嚴(yán)重影響牽引小車(chē)工作性能。據(jù)調(diào)查了解.塔機(jī)臂架下弦桿連接銷(xiāo)掉出或造成折 臂事故 [8]的現(xiàn)象比較普遍并且事故部位多在起重臂兩拉桿之間。 安裝拆卸人員無(wú)塔機(jī)安裝拆卸資質(zhì)，操作人員無(wú)起重機(jī)操作資格 [9]。也是 造成塔式起重機(jī)事故的主要原因。 在科學(xué)研究方面，新的理論、新的計(jì)算方法的建立以及新產(chǎn)品的研制，都 必須經(jīng)過(guò)理論性的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)其可行性和可靠性。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)合理的 條件下，突發(fā)的惡劣天氣也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造

15、成比較嚴(yán)重的影響。由于塔機(jī)在啟動(dòng)、 制動(dòng)和進(jìn)行耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)將承受強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)，所以就需要準(zhǔn)確 描述和精確計(jì)算塔機(jī)結(jié)構(gòu)體系在外激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而為塔機(jī)的設(shè)計(jì)、生 產(chǎn)提供理論上的和實(shí)踐上的指導(dǎo)，這對(duì)于塔 機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性都具有非常重要的意義。 1.2 工程起重機(jī)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)塔機(jī)，發(fā)明于 20 世紀(jì)之初的歐洲。1900 年有了第一個(gè)塔 機(jī)專(zhuān)利，1905 年出現(xiàn)了塔身固定的臂架式起重機(jī)，第一次、二次世界大戰(zhàn)后塔 機(jī)得到快速發(fā)展，近年更是呈現(xiàn)型式多樣、需求旺盛的局面。我國(guó)于 20 世紀(jì) 50 年代從蘇聯(lián)和及歐一些國(guó)家引進(jìn)了塔式起重機(jī)，它具有工作效率高、使用范 圍廣、

16、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度高、操作方便以及安裝與拆卸比較簡(jiǎn)便等特點(diǎn)， 塔機(jī)作為建筑工地上的主要機(jī)械，在施工中起著關(guān)鍵作用，特別是改革開(kāi)放以 來(lái)，塔式起重機(jī)在建筑場(chǎng)合的應(yīng)用更加廣泛。從塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和性能 看，總的趨勢(shì)是向大噸位產(chǎn)品方向發(fā)展，這是因?yàn)榇髧嵨凰狡鹬貦C(jī)在起重大 型貨物時(shí)有它自己的優(yōu)勢(shì)，特別是在現(xiàn)代城市建設(shè)和橋梁建設(shè)中大噸位起重機(jī) 起著不可替代的作用；塔式起重機(jī)今后的發(fā)展的另一趨勢(shì)是設(shè)計(jì)計(jì)算原理的研 究和改革。在塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算中，仍采用傳統(tǒng)的許用應(yīng)力計(jì)算法。這種 方法使用起來(lái)比較簡(jiǎn)便，但其缺點(diǎn)是對(duì)于不同用途、不同工作性質(zhì)的結(jié)構(gòu)采用 同一的安全系數(shù)，而且安全系數(shù)往往偏大或過(guò)低 。

17、因此按許用應(yīng)力法設(shè)計(jì)的起 重機(jī)結(jié)構(gòu)，或多消耗金屬材料，或安全程度較低。隨著生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā) 展，試驗(yàn)研究工作的開(kāi)展，人們利用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和進(jìn)行動(dòng) 力特性分析得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于塔式起重機(jī)性能要求越來(lái)越高，不僅 要求起重機(jī)重量輕、剛性好、作業(yè)空間大，而且要求起重機(jī)小車(chē)和大車(chē)的運(yùn)行 速度高，作業(yè)效率高等要求，更重要的是要求塔機(jī)的人性化和智能化。這樣就 對(duì)起重機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性提出了更高的要求。隨著起重機(jī)大型化，小車(chē)和大車(chē)等 機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度加快，塔式起重機(jī)的安全問(wèn)題變得越來(lái)越明顯，起重機(jī)的安全 問(wèn)題現(xiàn)已成為企業(yè)和高校關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題。 1.3 課題

18、關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn) 塔機(jī)作為建筑工地上的主要機(jī)械，在施工中起著關(guān)鍵作用。塔機(jī)的三大傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)，特別是起升機(jī)構(gòu)工作性能的優(yōu)劣，是衡量塔機(jī)技術(shù)先進(jìn)程度的重要標(biāo) 志。起升機(jī)構(gòu)的主要功能是起吊重物，在頻繁的起吊、卸載和變速過(guò)程中，起 升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的零部件都處在一個(gè)較大的交變應(yīng)力狀態(tài)中，會(huì)因 疲勞等原因造成其損壞，一旦零件損壞，就會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)失效，其后果就 會(huì)使吊運(yùn)在空中的重物突然失控下墜，造成突發(fā)性事故，這種情況在工地上時(shí) 有發(fā)生。它的發(fā)展和進(jìn)步依賴(lài)并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。對(duì)起升機(jī)構(gòu)的改 進(jìn)難點(diǎn)在于如何保證整個(gè)起升機(jī)構(gòu)的零部件能夠保持在均等的使用壽命，從而 保證塔機(jī)的整體的使用壽命得到

19、保證，減少事故的發(fā)生。這就需要在正確的確 定塔機(jī)起重臂的截面和評(píng)估起升機(jī)構(gòu)的零部件的疲勞壽命的前提下，進(jìn)行正確 的有限元建模進(jìn)而得到較為精確的塔機(jī)的動(dòng)力特性，從而為施工現(xiàn)場(chǎng)的操作制 定一個(gè)正確的有科學(xué)依據(jù)的操作規(guī)程，進(jìn)而在提高塔機(jī)的使用壽命的同時(shí)減少 以至避免事故的發(fā)生。 金屬結(jié)構(gòu)是塔機(jī)的骨架，起結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性決定著塔機(jī)的工作可靠性和安 全性。因此，結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析是塔機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中一項(xiàng)極為重要的工作。隨 著有限元法理論的日益完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的工程技術(shù)人 員開(kāi)始采用有限元法對(duì)塔機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，有限元法成為目前塔機(jī)結(jié)構(gòu)分析中 最有效的數(shù)值方法。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出了諸如 SAP8

20、4，ADLNA,ANSYS,NASTRON 等 著名的有限元分析軟件，它們各具特點(diǎn)。隨著其它有限元分析軟件逐步在我國(guó) 推廣使用，人們開(kāi)始嘗試將其它軟件應(yīng)用于塔機(jī)的靜動(dòng)力分析，其中 ANSYS 軟 件就是一種較好的選擇。 在使用 ANSYS 時(shí)能否正確建模對(duì)得到最后的正確結(jié)果起著至關(guān)重要的作用， 因?yàn)檫@不僅僅意味著建模的成功與否，還將作為指導(dǎo)最后的現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)， 故而這就成為了難點(diǎn)。 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容 塔式起重機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)試驗(yàn)技術(shù)不斷提出新的要求從而推動(dòng)了試驗(yàn)技 術(shù)的發(fā)展，而試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)推動(dòng)著起重運(yùn)輸機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步。近年 來(lái)，在材料學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的研究成

21、果，不斷應(yīng)用于塔 式起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造中，使試驗(yàn)技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平。新技術(shù)的應(yīng)用不斷解 決科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的新問(wèn)題，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造水平，減少事故 的發(fā)生將是今后一個(gè)時(shí)期專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員所面臨的重要課題。塔式起重機(jī)在使用 過(guò)程中由于磨損等原因會(huì)使起重臂臂尖撓度過(guò)大進(jìn)而影響牽引小車(chē)工作性能， 因此在塔機(jī)設(shè)計(jì)中必須合理控制塔機(jī)各部分的剛度使起重臂臂尖撓度在一定的 范圍內(nèi)。由于起重臂臂尖撓度是塔機(jī)整機(jī)變形的綜合結(jié)果而塔機(jī)各部分結(jié)構(gòu)形 狀和連接形式很復(fù)雜所受載荷也很復(fù)雜不可能進(jìn)行手工分析和計(jì)算。起重臂設(shè) 計(jì)所使用的計(jì)算理論和方法對(duì)起重臂設(shè)計(jì)的影響非常大。知名企業(yè)都有自己的 科研機(jī)構(gòu)，對(duì)起重臂的計(jì)

22、算理論、制造工藝等都有深人的研究，有限元等方法 的應(yīng)用，大大減輕了整機(jī)的重量。我國(guó)許多企業(yè)也使用有限元法對(duì)塔機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn) 行理論上的分析和塔臂變形的驗(yàn)算。因而本文主要針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。 （1）塔式起重機(jī)起重臂在動(dòng)態(tài)有風(fēng)情況下的應(yīng)力與變形 由于塔式起重機(jī)工作過(guò)程中的幅度、吊重和風(fēng)向等條件是不斷變化的，本 文將對(duì)塔機(jī)在最大起重量（滿(mǎn)載） 、最大幅度、適度超載極限狀態(tài)下的塔臂的應(yīng) 力與變形。工作狀態(tài)風(fēng)載荷 是起重機(jī)在正常工作情況下所能承受的最大計(jì)算wF 風(fēng)力。 （2） 塔式起重機(jī)起重臂在靜態(tài)無(wú)風(fēng)情況下的應(yīng)力與變形 在有限元求解設(shè)置中，實(shí)際上可以通過(guò)設(shè)置一系列載荷，對(duì)起重臂不同吊 重、不同位置進(jìn)行

23、加載分析，將起升載荷沿起重臂移動(dòng)求解，得到單一起升載 荷在不同位置時(shí)起重臂的應(yīng)力分布在移動(dòng)求解中，按塔機(jī)設(shè)計(jì)要求順序加載， 在不同工況下對(duì)塔臂不同位置進(jìn)行分析四種對(duì)應(yīng)位置如圖 1-1。位 置 1位 置 3位 置 4位 置 5位 置 6位 置 圖 1-1 平衡臂各個(gè)危險(xiǎn)截面示意 本次利用 ANSYS 軟件為基礎(chǔ)建立了塔機(jī)整機(jī)有限元模型對(duì)該塔式起重機(jī)起 重臂臂強(qiáng)度剛度進(jìn)行有限元分析，獲得起重臂結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，確定起重臂作 業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)點(diǎn)。相比國(guó)外塔式起重機(jī)都具有質(zhì)量輕、起重量大、使用壽命精確、 零部件更換周期明確等優(yōu)點(diǎn)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展塔機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，國(guó)外塔 機(jī)廠商的進(jìn)入肯定會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)塔式起重機(jī)廠

24、家產(chǎn)生沖擊。提高塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)水 平已迫在眉睫。因此，希望我本人的研究能夠?yàn)樗狡鹬貦C(jī)的發(fā)展進(jìn)上微薄的 力量。 2 起重臂方案設(shè)計(jì) 2.1 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) （1）小車(chē)變幅水平臂架 特點(diǎn)：○ 1 應(yīng)用廣泛，吊載可借助變幅小車(chē)沿臂架全長(zhǎng)進(jìn)行水平位移，并能平移準(zhǔn)確的進(jìn) 行安裝就位。 分類(lèi)及特點(diǎn)：○ 2 單吊點(diǎn)小車(chē)變幅臂架，靜定結(jié)構(gòu)，幅度在 40 米以下多采用。 雙吊點(diǎn)小車(chē)變幅臂架，超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定幅度在 50 米以上采用。 （2）俯仰變幅臂架 通過(guò)變幅機(jī)構(gòu)繩輪系統(tǒng)進(jìn)行俯仰變化，從而能避開(kāi)回轉(zhuǎn)中遇到的障礙物。 （3）伸縮式小車(chē)變幅臂架 能夠避開(kāi)運(yùn)行中的障礙物。 （4）折曲臂架 適用冷卻塔、電

25、視塔以及一些超高層建筑施工需要。 綜上所述，起重臂采用小車(chē)變幅臂架，雙吊點(diǎn)。 2.2 截面形式 截 面圖 2.圖 3圖 1 圖 2-1 平衡臂及其截面形式 （1）分類(lèi)與特點(diǎn) 為了使起重臂重量更輕，性能更強(qiáng)，在起重臂的設(shè)計(jì)中廣泛使用了超高強(qiáng) 度鋼材諸于 WELDOX960,WELDOX1100 等新材料，起重臂截面的設(shè)計(jì)需要解 決板材屈曲的問(wèn)題，各廠家都研究出了各自的解決辦法，國(guó)外知名廠家采用了 優(yōu)化的截面形狀，許多公司采用橢圓形吊臂截面的概念，采用橢圓形截面抗扭 性能顯著，具有固有的獨(dú)特穩(wěn)定性和抗屈曲能力，部分企業(yè)采用大圓弧六邊形 截面。目前，橢圓形起重臂的技術(shù)其優(yōu)勢(shì)很明顯，由于不需采用加勁筋

26、，因而 每節(jié)臂截面的變化很小，有利于減輕起重臂的重量，提高起重機(jī)的起重能力。 但是截面的成型難度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng). 我國(guó)幾乎所有雙吊點(diǎn)塔式起重機(jī)起重臂截面可以設(shè)計(jì)成三角形或者矩形如 下圖 圖 2-2 常用平衡臂形式 （2） 采用矩形截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于矩形結(jié)構(gòu)（如圖 2-2）當(dāng)塔機(jī)提升重物回轉(zhuǎn)時(shí)塔臂受到斜向下的合力 的作用，塔臂矩形截面容易變形且矩形結(jié)構(gòu)浪費(fèi)材料。所以宜采用三角形結(jié)構(gòu)。 （3）采用三角形截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于正三角形結(jié)構(gòu)， （圖 2-2）上弦桿通常采用圓鋼桿，下弦桿由角鋼拼焊 成矩形，兼做起重小車(chē)的運(yùn)行軌道。在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的桁架可看作懸臂梁，承受 橫向載荷。 對(duì)于倒三角形結(jié)構(gòu)（圖 2-2

27、）上弦桿通常是圓鋼管，下弦桿為工字鋼兼作 起重小車(chē)的運(yùn)行軌道。臂架根部通過(guò)銷(xiāo)軸與塔身連接，臂架上設(shè)有吊點(diǎn)通過(guò)鋼 絲繩或剛拉桿與他冒頂部連接。 （4）截面采用三角形結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性 采用倒三角形（圖 2-2）提升小車(chē)需要卡在工字鋼上，對(duì)工字鋼的材料要 求和焊接要求比較高且成本較高。采用正三角形 （圖 2-2）小車(chē)可以卡在 A B 邊上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且安全可靠。 采用正三角形 C 處吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)比較容易，當(dāng)采用倒三角形時(shí) D E 桿件還 需要另外的附加結(jié)構(gòu)。 （5）腹桿布置 表 2-1 腹桿布置比較 側(cè)腹桿 人字式（a）(小塔用) 一順斜置式（b） （大塔用） 應(yīng)用區(qū)段 不受限制 斜桿受拉，最宜用于

28、吊點(diǎn)以外懸 臂部分 腹桿與弦桿相交的焊縫 長(zhǎng)度較長(zhǎng)，強(qiáng)度易保 證 長(zhǎng)度較短，質(zhì)量不易保證 焊接變形 較均勻 不均勻 節(jié)點(diǎn)焊縫 較好 較差 布置制約的影響 便于布置小車(chē)變幅機(jī) 構(gòu) 不便于布置小車(chē)變幅機(jī)構(gòu) 選 b 主要從受力來(lái)考慮，b 受力好 腹桿展開(kāi)圖 a b c 圖 2-3 腹桿展開(kāi)圖 分類(lèi)： a 一順式 腹桿布置均勻，焊縫不過(guò)于集中 b 交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)式焊縫過(guò)于集中 c 密集布置式 當(dāng)臂架幅度大，下弦采用槽鋼時(shí)用 正三角截面起重臂的腹桿體系采用人字式布置方式，加工方便，便于布置 小車(chē)變幅機(jī)構(gòu)，腹

29、桿體系為三角形，對(duì)于三角形結(jié)構(gòu)，上弦桿使用圓鋼管，下 弦桿由角鋼拼焊成，兼作起重小車(chē)的運(yùn)行軌道。在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的桁架可看作是 懸臂梁，承受橫向載荷。倒三角結(jié)構(gòu)上弦桿通常是圓鋼管，下弦桿位工字鋼兼 作起重小車(chē)的運(yùn)行軌道。臂架根部通過(guò)銷(xiāo)軸與塔身聯(lián)接，臂架上設(shè)有吊點(diǎn)通過(guò) 鋼絲繩或鋼拉桿與塔帽頂部連接。為便于安裝運(yùn)輸和組成不同長(zhǎng)度臂架，吊臂 一般分成若干段，由根部節(jié)、端部節(jié)、和若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，各節(jié)間通過(guò)螺栓和 銷(xiāo)軸聯(lián)接。 桁架式水平臂架大都采用正三角截面，故此處選用如圖 a 所示的正三角截 面。 2.3 臂架拉桿的構(gòu)造 俯仰變幅臂架一般使用鋼絲繩拉索，而小車(chē)變幅臂架既可以使用鋼絲繩拉 索，也可以使用鋼拉

30、桿。鋼拉桿一般采用扁鋼板、實(shí)心圓鋼或者厚壁無(wú)縫鋼管 制成。拉桿也可以分成若干段，各段通過(guò)連接板及銷(xiāo)軸鏈接而成。 吊點(diǎn)選擇與構(gòu)造 臂架總長(zhǎng)在 50 m 以上應(yīng)采用雙吊點(diǎn)。 （1）柔性拉桿（或稱(chēng)鋼絲繩拉桿） 使用時(shí)間較長(zhǎng)后，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生自身變形，導(dǎo)致起重臂向下傾斜，所以需 經(jīng)常檢驗(yàn)、更換，提高了生產(chǎn)成本。 （2）剛性組合拉桿 一次性投入，降低了生產(chǎn)成本；另外，能夠克服柔性拉桿帶來(lái)的負(fù)面影響。剛 性組合拉桿可分為：扁鋼拉板、實(shí)心圓鋼拉桿、厚壁無(wú)縫鋼管拉桿、角鋼對(duì)焊 方形斷面空腹拉桿。 暫定為實(shí)心圓鋼拉桿，雙吊點(diǎn)。 3 起重臂三維建模 3.1 起重臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)建模 進(jìn)入如圖 3-1 所示的 SolidWo

31、rks 建模頁(yè)面,選擇一個(gè)繪圖平面進(jìn)行臂節(jié)建模 圖 3-1 SolidWorks 繪圖界面 如下圖所示分別繪出第一節(jié)到第四節(jié)起重臂進(jìn)而繪出剩余的幾節(jié)并裝配成起重 臂裝配圖 圖 3-2 第一節(jié)起重臂 圖 3-3 第二節(jié)起重臂 圖 3-4 第三節(jié)起重臂 圖 3-5 第四節(jié)起重臂 圖 3-6 起重臂裝配圖 4 起重臂有限元（ANSYS）分析 4.1 ANSYS 的基本使用方法 有限元分析是對(duì)物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）的模擬，是真實(shí)情況的數(shù)值 近似。通過(guò)對(duì)分析對(duì)象劃分網(wǎng)格，求解有限個(gè)數(shù)值來(lái)逼近和模擬真實(shí)環(huán)境的無(wú) 限個(gè)未知量。 ANSYS 分析過(guò)程包含以下三個(gè)主要步驟 創(chuàng)建有限元模型：1.施加載荷及載荷

32、選項(xiàng)、設(shè)定約束條件。2.求解。查看 結(jié)果：（1）查看分析結(jié)果。 （2）檢驗(yàn)結(jié)果（分析是否正確）具體如圖 4-1 圖 4-1 ANSYS 分析流程圖 4.2 QTZ80 點(diǎn)塔式起重機(jī)吊臂建模 由于回轉(zhuǎn)支承等實(shí)體部件相對(duì)塔機(jī)整體結(jié)構(gòu)而言幾何尺寸較小，而剛度較 大、質(zhì)量較為集中，當(dāng)對(duì)塔機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析時(shí)，可以將回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)等實(shí) 體部件采用來(lái)梁?jiǎn)卧M(jìn)行等效，使塔機(jī)的整體整體分析中只包含梁?jiǎn)卧苊?了具有不同節(jié)點(diǎn)自由度的梁?jiǎn)卧桶鍤卧穆?lián)接問(wèn)題。另外，一般塔機(jī)都具 有幾百甚至幾千根桿件，只輸入數(shù)據(jù)文件已經(jīng)很大，如果在同時(shí)分析回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 的板殼結(jié)構(gòu)，更將大大增大數(shù)據(jù)文件，甚

33、至超出了計(jì)算機(jī)的工作能力。在作完 整體分析之后，再將整體分析中得到的等效單元的節(jié)點(diǎn)力作為外載荷，采用板 殼單元單獨(dú)分析回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，塔機(jī)必須工作在材料彈性范圍內(nèi)，且對(duì)一般的中小 型塔機(jī)的分析不必考慮非線性因素，只考慮線性分析。 ANSYS 提供了多種梁桿單元，在塔機(jī)分析中以梁?jiǎn)卧獮橹?，桿單元用的很 少，而且可用梁?jiǎn)卧?。塔機(jī)是一種空間結(jié)構(gòu)，ANSYS 軟件提供的常用彈性 三維梁?jiǎn)卧?BEAM4、BEAM44、BEAM188 和 BEAM189，它們都有各自的 特點(diǎn)，能滿(mǎn)足不同的分析要求，常用梁?jiǎn)卧饕再|(zhì)見(jiàn)下表 表 4-1 梁?jiǎn)卧匦?單元名稱(chēng) 節(jié)點(diǎn)自由度 數(shù) 階次 是否

34、考慮 剪切變形 是否支持截面 定義 是否支持變 截面 BEAM4 6 線性 否 是 否 BEAM24 6 線性 否 是 否 BEAM44 6 線性 否 是 是 BEAM188 6 或 7 線性 是 是 否 BEAM189 6 或 7 二次 是 是 否 塔機(jī)結(jié)構(gòu)中有許多較短的桿件，如塔身接頭、吊臂接頭等都屬于深梁，用 普通梁?jiǎn)卧?huì)帶來(lái)較大的誤差，所以塔機(jī)分析軟件應(yīng)使用 BEAM188 單元 （線性梁?jiǎn)卧┗?BEAM189 單元（二次梁?jiǎn)卧?，通常采用 BEAM188 單元即可。 BEAM188 和 BEAM189 單元均以 Timoshenko 梁理論為基礎(chǔ)，其形函數(shù)中撓度 和截面轉(zhuǎn)動(dòng)各

35、自獨(dú)立插值，并考慮了剪切變形的影響。 BEAM188 單元支持截面定義功能，使用者可使用截面定義命令 （SECTYPE 、SECDATA ）方便的定義截面形狀，并可在圖形用戶(hù)界面下繪制 已定義的假面圖形(SECPLOT)，以檢查截面定義的正確性。因?yàn)?BEAM188 單元 具有塔機(jī)分析所要求的功能，因此，在塔機(jī)分析中使用 BEAM188 單元即可得到 滿(mǎn)意的結(jié)果。 4.2.1 主梁的有限元建模 1、定義單元類(lèi)型 GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 單元類(lèi)型選擇 Beam 2node 188。 2、定義材料屬性 GUI:

36、Main Menu>Preprocessor>Material props> Material models >Structural>linear>Elastic>Isotropic 彈性模量 EX： 2.06e11Pa; 泊松比 PRXY： 0. 3； 密度 DENS： ；7.856/ekgm 3、創(chuàng)建模型 第一步，確定主梁各個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間位置，然后在有限元中創(chuàng)立關(guān)鍵點(diǎn)，具 體做法如下 GUI:Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>Keypoints 創(chuàng)建完后的起重臂的關(guān)鍵點(diǎn),創(chuàng)建完點(diǎn)后，主梁由幾種不同的材料焊接而 成，連接關(guān)鍵點(diǎn)前先設(shè)置

37、材料的截面形式，步驟如下： GUI:Main Menu>Preprocessor>Sections>Beam>Common Sections 定義材料的截面，□鋼型號(hào)分別為： □10910910、□97978、□87878 ◎鋼型號(hào)分別為： ◎604、504、454、363 鋼型號(hào)為： 50505 ● 鋼型號(hào)為： φ60 然后用線將各點(diǎn)按照主梁各桿件的連接方法依次按照其截面形式連接（圖 4-5） GUI:Main Menu>Preprocessor>modeling>lines 然后要對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。 GUI:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Meshtool

38、… 1 XY Z JUN 19 200822:31:37ELEMENTS 圖 4-2 劃分網(wǎng)格完成圖 4.2.2 施加約束 1 1 11 2 12 3 4 5 6 7 8 9 10 21 20 23 22 15 16 17 18 19 28 2913 14 132 XY Z JUN 19 200822:37:16LINESTYPE NUM UROT 圖 4-3 施加約束 4.2.3 施加載荷 1．施加風(fēng)載荷 計(jì)算風(fēng)載荷公式 (N)

39、 (4-1)wFCpA?: 式中: -----作用在塔式起重機(jī)上和物品時(shí)上wF 的風(fēng)載荷（ , ） ，N； ；1wF212W?? ----風(fēng)力系數(shù)；wC ----計(jì)算風(fēng)壓， =250pa;pwp A----提示起重機(jī)或物品垂直于風(fēng)向的迎峰 面積， ；2m (4-2)12A???: ----前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積（ ）,2m ;11A??: ----后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積（ ）,2A2 ；212 -----兩片相鄰桁架的前片對(duì)后片的? 擋風(fēng)折減系數(shù)。 20.456831.049.56831.758A m????? 作用在塔機(jī)上的風(fēng)載荷為： 120

40、69.wFN? 起吊物品的風(fēng)載荷為： 2%024Q? 作用在塔機(jī)上的風(fēng)載荷為： 127.57.5wWw??? 2．施加額定起重重量 分別施加各個(gè)截面處的額定起重重量 4.3 吊臂各部分強(qiáng)度剛度驗(yàn)算 4.3.1 吊臂根部截面變形、應(yīng)力 1 XY Z JUN 16 200821:59:43DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.0087 圖 4-4 吊臂根部截面變形 1 MNMXXY Z -.632E+

41、08-.537E+08-.441E+08-.345E+08-.249E+08-.153E+08-.577E+07.381E+07 .134E+08 .230E+08 JUN 16 200822:00:38ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB =1TIME=1 SMIS31 (NOAVG)DMX=.0087 SMN =-.632E+08SMX =.230E+08 圖 4-5 吊臂根部截面應(yīng)力 風(fēng)載荷作用下的變形、應(yīng)力 1 X YZ JUN 22 200815:32:47DISPLACEMENTSUB

42、 =1 TIME=1DMX =.604135 圖 4-6 風(fēng)載荷作用下的變形 1 MNMXXYZ -.932E+08-.725E+08-.517E+08-.310E+08-.103E+08.104E+08 .311E+08 .518E+08 .725E+08 .933E+08 JUN 22 200815:33:09ELEMENT SOLUTIONSUB =1 TIME=1SMIS31 (NOAVG) DMX =.604135SMN =-.932E+08 SMX =.933E+08 圖 4-7 風(fēng)載荷作用下的應(yīng)力

43、4.3.2 吊臂根部到第一個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面 1 XY Z JUN 22 200815:42:38DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.018671 圖 4-8 吊臂根部到第一個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面變形 1 MN MXXYZ -.104E+09-.874E+08-.707E+08-.539E+08-.372E+08-.205E+08-.375E+07.130E+08 .297E+08 .465E+0

44、8 JUN 22 200815:43:21ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB =1TIME=1 SMIS31 (NOAVG)DMX=.018671 SMN =-.104E+09SMX =.465E+08 圖 4-9 吊臂根部到第一個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面應(yīng)力 4.3.3 第一個(gè)吊點(diǎn)截面 1 XY Z JUN 16 200822:02:32DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.020196 圖 4-10 第一個(gè)吊點(diǎn)截面變形 1 MNMXXYZ

45、 -.632E+08-.537E+08-.441E+08-.345E+08-.249E+08-.153E+08-.577E+07.381E+07 .134E+08 .230E+08 JUN 16 200822:03:01ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB =1TIME=1 SMIS31 (NOAVG)DMX =.020196 SMN =-.632E+08SMX =.230E+08 圖 4-11 第一個(gè)吊點(diǎn)截面應(yīng)力 4.3.4 第一個(gè)吊點(diǎn)到第二個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面 1 XY Z

46、 JUN 22 200815:46:15DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.084764 圖 4-12 第一個(gè)吊點(diǎn)到第二個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面變形 1 MN MX XY Z -.104E+09-.874E+08-.707E+08-.539E+08-.372E+08-.205E+08-.375E+07.130E+08 .297E+08 .465E+08 JUN 22 200815:46:36ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB

47、 =1TIME=1 SMIS31 (NOAVG)DMX=.084764 SMN =-.104E+09SMX =.465E+08 圖 4-13 第一個(gè)吊點(diǎn)到第二個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面應(yīng)力 4.3.5 第二個(gè)吊點(diǎn)截面 1 XY Z JUN 10 200813:30:06DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.128711 圖 4-14 第二個(gè)吊點(diǎn)截面變形 1 MN MXXYZ -.3

48、76E+08-.284E+08-.193E+08-.102E+08-.109E+07.804E+07 .172E+08 .263E+08 .354E+08 .445E+08 JUN 10 200813:29:53ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB =1TIME=1 LS1 (NOAVG)DMX =.128711 SMN =-.376E+08SMX =.445E+08 圖 4-15 第二個(gè)吊點(diǎn)截面應(yīng)力 4.3.6 最大幅度截面 1 XY Z JUN 10 200813:32:20DISPLACEME

49、NTSTEP=1 SUB =1TIME=1 DMX =.170471 圖 4-16 最大幅度截面變形 1 MN MXXYZ -.376E+08-.284E+08-.193E+08-.102E+08-.109E+07.804E+07 .172E+08 .263E+08 .354E+08 .445E+08 JUN 10 200813:32:45ELEMENT SOLUTIONSTEP=1 SUB =1TIME=1 LS1 (NOAVG)DMX =.170471 SMN =-.376E+08SMX =.445E+08

50、 圖 4-17 最大幅度截面應(yīng)力 4.4 計(jì)算結(jié)果討論 將上述結(jié)果總結(jié)列表如下： 表 4-2 各截面工況應(yīng)力位移 工 況 應(yīng)力 位移 吊臂根部截面 63.2MPa 8.7mm工況一 風(fēng)載荷作用下 93.2 MPa 604mm 工況二 吊臂根部到第一個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面 104MPa 18.67mm 工況三 第一個(gè)吊點(diǎn)截面 63.2MPa 20.196mm 工況四 第一個(gè)吊點(diǎn)到第二個(gè)吊點(diǎn)之間的跨中截面 104MPa 83.427mm 工況五 第二個(gè)吊點(diǎn)截面 44.5MPa 128.711mm 工況六 最大幅度截面 44.5MPa 170.471mm 最大應(yīng)力 兩個(gè)跨中截面 104MPa 最大

51、靜剛 度 最大幅度截面 170.471mm 4.4.1 強(qiáng)度計(jì)算討論 討論金屬結(jié)構(gòu)材料采用 Q235 鋼，其屈服極限為 載荷組合Ⅱ結(jié)構(gòu)強(qiáng)235sMPa?? 度許用應(yīng)力為： ??235176.91041..s???? 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB3811-83》 ，桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 4.4.2 靜剛度計(jì)算討論 按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB3811-83》 ，起重機(jī)主梁跨中垂直靜撓度許用值滿(mǎn)足要 求。 根據(jù)文獻(xiàn)《起重機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)制造新工藝與質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》 ，起重機(jī)的水平剛度規(guī) 定，起重機(jī)跨中在水平方向引起的變形應(yīng)力不大于 s/2000，這里均符合要求。 4.5 塔機(jī)模態(tài)分析 模態(tài)分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)

52、的振動(dòng)特性的一種技術(shù)，這些振動(dòng)包括：固有頻 率、振型、振型參與系數(shù)（即在特定方向上某個(gè)振型在多大程度上參與了振動(dòng)） 等。模態(tài)分析是所有動(dòng)態(tài)分析類(lèi)型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容。 ANSYS 模態(tài)分析的過(guò)程由 4 個(gè)主要步驟組成： （1）.建模。 （2）.選擇分析類(lèi)型和分析選項(xiàng)。 （3）.施加邊界條件并求解。 （4）.評(píng)價(jià)結(jié)果。 4.5.1 建模 建模過(guò)程主要在預(yù)處理器中進(jìn)行，包括定義單元類(lèi)型，單元實(shí)常數(shù)，材料 參數(shù)及幾何模型。建模過(guò)程需要注意以下兩點(diǎn)： 必須定義密度（DENS）. 只能使用線性單元和線性材料，非線性性質(zhì)將被忽略。 其操作為： GUI:Main Menu>Preprocessor>Materi

53、al props> Material models >Structural>linear>Elastic>Isotropic 彈性模量 EX： 2.06e11MPa； 泊松比 PRXY： 0.3； 密度 DENS： 37.85/ekgm 定義單元類(lèi)型： GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 單元類(lèi)型選擇 Beam 2node 188。 在 ANSYS 環(huán)境下確定塔機(jī)個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，之后連線，建立塔機(jī)模型。 4.5.2 選擇分析類(lèi)型和分析選項(xiàng) 這一步要選擇模態(tài)分析類(lèi)型、模態(tài)提取選項(xiàng)和模態(tài)擴(kuò)展選項(xiàng)等。選擇模態(tài) 分析

54、類(lèi)型，可選擇 Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis 命令，在 彈出【New Analysis 】對(duì)話框中選擇 【Model】單選按鈕即可。 選擇模態(tài)提取選項(xiàng)的步驟如下： ①.選擇 Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Option 命令。 ②.在【Mode extraction method】單選列表框中選擇【Block Lanczos】模型 提取方法；在【No.of modes to extract】文本中輸入模態(tài)提取數(shù)目 10。單擊 OK 按鈕即可。 選中【Expand mode shap

55、es】后面的 Yes 復(fù)選框。 4.5.3 網(wǎng)格劃分、施加邊界條件并求解 網(wǎng)格劃分如圖 4-18，施加邊界條件的基本操作和靜力分析相同，因?yàn)檎駝?dòng) 被假定為自由振動(dòng)，所以外部載荷將被忽略。 1 XY Z tatijianmo JUN 23 200820:25:27ELEMENTSU ROT 圖 4-18 塔機(jī)整體劃分網(wǎng)格 選擇 Main Menu>Solution>Current LS 即可進(jìn)行求解。 4.5.4 評(píng)價(jià)結(jié)果 這一步的操作主要在通用后處理中進(jìn)行。顯示固有頻率可選擇 Main Menu>General Postor

56、oc >Results Summary 命令，列表顯示各個(gè)模態(tài)。 在【No. of modes to extract】文本中輸入模態(tài)提取數(shù)目為 6 時(shí)： ***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE ***** SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 0.97383E-01 1 1 1 2 0.14724 1 2 2 3 0.15252 1 3 3 4 0.16418 1

57、 4 4 5 0.29529 1 5 5 6 0.41795 1 6 6 隨著模態(tài)提取數(shù)目的增加，可以得到結(jié)構(gòu)的不同頻率，可以為下面機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)作為參考，并使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中固有頻率盡量遠(yuǎn)離塔機(jī)結(jié)構(gòu)的固有頻率，以避 免塔機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)固有頻率接近而發(fā)生共振。 由振動(dòng)理論可知,對(duì)于塔機(jī)這樣一個(gè)多自由度系統(tǒng)而言,低階固有頻率對(duì)系 統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)貢獻(xiàn)較大,而高階固有頻率影響較小,所以對(duì)塔機(jī)系統(tǒng)而言只要提 取其低階固有頻率就能很好反映系統(tǒng)動(dòng)力特性。 起升機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)2種轉(zhuǎn)速的頻率為0.95Hz 或1.78Hz

58、，起升機(jī)構(gòu)的頻率較第二 階相差較遠(yuǎn)，故滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，由于風(fēng)載的頻率在0. 25 Hz 左右變化與第一階 振型的頻率相差很遠(yuǎn), 可不考慮其對(duì)塔機(jī)的影響。 5 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 起升機(jī)構(gòu)的組成布置方式 塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)通常由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、鋼絲繩、 滑輪組及吊鉤等零部件組成。如下圖所示 圖 5-1 起升機(jī)構(gòu)布置示意圖 電動(dòng)機(jī)采用交流異步電動(dòng)機(jī)；制動(dòng)器應(yīng)是常閉式，并采用塊式制動(dòng)器其上 裝有電磁鐵作為自動(dòng)松閘裝置，并與電動(dòng)機(jī)相連鎖，即電動(dòng)機(jī)通電時(shí)松閘，電 動(dòng)機(jī)斷電時(shí)上閘，以保證起升機(jī)構(gòu)的正常工作和安全可靠；減速器采用圓柱齒 輪減速器，效率高，功率范圍大，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但體積重量較

59、大，可選用帶減 速器的電動(dòng)機(jī)以解決這一問(wèn)題；卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等在下面的具體 計(jì)算中根據(jù)需要具體選用。 5.2 起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算 5.2.1 起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 1、載荷狀態(tài) 2Q 2、利用等級(jí) 4U 3、工作級(jí)別 A 4、起升等級(jí) 2HC 5.2.2 主要性能參數(shù)： 起升速度： 高速： 56min 低速： 20 5.2.3 鋼絲繩的選擇： 按正常工作狀態(tài)選擇鋼絲繩： 鋼絲繩的最大靜拉力： = (N) （5-1）maxSQF??? 式中： -----最大起升載荷。809.+0.835%=14NQqFP? -

60、----滑輪組及導(dǎo)向滑輪總效率? =0.975 0.95=0.923? -----最大起重量P ----釣鉤組重（由表 5-2）Fq ------滑輪組倍率? 則 = = =21978.33 NmaxS???QF8140.923 計(jì)算鋼絲繩直徑： ； （5-2）scd? 式中： -----鋼絲繩最小直徑，mm； ------選擇系數(shù)（ ） 、見(jiàn)表 2-2；Nm ------鋼絲繩最大靜拉力,N。maxS 得出： =14.08 mm。取 d=14.5 mmind 故選用鋼絲繩不得小于上述計(jì)算值，所以選擇鋼絲繩規(guī)格為 6X19-14.5- 1770-?-

61、甲鍍右交。 5.2.4 卷筒設(shè)計(jì) 1．主要參數(shù)確定 （1）卷筒直徑的計(jì)算 卷筒最小直徑： = （5-3） minD184.5hd?? =261 mm （ 見(jiàn)表 2-7）h 式中： -----與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)； -----鋼絲繩直徑。d （2）卷筒長(zhǎng)度及卷繞層數(shù)的確定 設(shè)定鋼絲繩全部卷入時(shí)需繞 3 層，最大起升高度時(shí)繞入卷筒的繩長(zhǎng)； （5-4）/015043.1275.LHZD???????? =202595.21mm 式中：H--

62、---起重機(jī)最大起升高度，mm； -----滑輪組倍率； -----附加安全系數(shù)，取 ；0Z03Z? H-----其升級(jí)最大起升高度，mm； -----卷筒計(jì)算直徑（鋼絲繩截面中心距） 。1D 在卷筒上繞 4 層時(shí)能繞入的繩長(zhǎng)： =1d? =2Dd??3 = 5 =47 (21)nDd??? 式中： -----實(shí)際選取卷筒直徑；d -----實(shí)際選取鋼絲繩直徑； n-----鋼絲繩的卷繞層數(shù)，通常取 n=3 6 層，: （5-5）1234()()nLZDDZnd?????????? 式中：L-----卷筒繞繩量； Z-----每層圈數(shù)

63、； 取 Z=71 / 059.2170.63()3.14(634.)nd???????? 則卷筒繞繩部分的長(zhǎng)度為： (mm) （5-6） 010 .().HZDLZnd????1.(5043.1275.).69(6m????? 5.2.5 電動(dòng)機(jī)功率的確定 1．電動(dòng)機(jī)功率的確定 （1）計(jì)算電動(dòng)機(jī)靜功率 （5-7）8142.660160.5QjFvPkW?????? 式中： -----起升載荷； v-----額定起升速度； -----機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率。 初選電動(dòng)機(jī)： 根據(jù)塔機(jī)類(lèi)型、用途、機(jī)構(gòu)工作級(jí)別、作

64、業(yè)特點(diǎn)以及電動(dòng)機(jī)的工作特性，同 時(shí)為了滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和不過(guò)熱要求，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足下式； （5-8）jjcjPK?? 式中： -----電動(dòng)機(jī)額定功率；jcP j-----起升靜功率； -----穩(wěn)定負(fù)載平均系數(shù)，與接電持續(xù) JC 有jcK 關(guān)，見(jiàn)表 4-5 初步設(shè)計(jì)時(shí)，JC 值及 Z 值按表 4-6 選取，取 JC= %,Z=15060 高速起吊最大重量時(shí)： jcP?0.8435.7kW?? 初選電動(dòng)機(jī)：選用 YTS 型自制動(dòng)籠型塔機(jī)起升三相異步變極電動(dòng)機(jī)，型號(hào) 為： ， 額定功率 。

65、25YZPM?37k 2．電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn) （5-9） ()601QjcmFvHZ???? 式中： -----基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率；jcP m-----電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)； ------電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)， （ =2） ；?? -----考慮電壓降及轉(zhuǎn)矩允差以及靜載荷實(shí)驗(yàn)H 超載的系數(shù)， （繞線異步電動(dòng)機(jī)取 =2.2） ；QF -----起升載荷； -----額定起升速度；v -----機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率。? 高速起吊： 2.1842.560.jcPkW?

66、?? 低速起吊： . 30.7.jc 故過(guò)載校驗(yàn)合格。 3．電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校核： (kW) （5-10）z mrejcKnTP???950 式中： -----基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率,jc kW； -----機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率； ----電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min；mn ----系數(shù)。 ；zK 85.01??zz -----起升機(jī)構(gòu)最不利工作循環(huán)的等效平均阻力reT 矩 。Nm? 按下式近似計(jì)算： 294.7rejGK??? 其中： -----系數(shù),取 0.68； ------起升機(jī)構(gòu)的靜阻力矩， 。jTNm?8143.54043043229mQjFDTi??????????? 其中： -----起升載荷；QF -----機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率；? ------滑輪組倍率；? ----卷筒計(jì)算直徑，mD ；d????)12( -----減速器傳動(dòng)比。i 高速起吊： 94.784.750.5jcPkW? 低速起吊： 2.6.29.198jc?? 故發(fā)熱校核合格。 5