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QTZ125
最大起重量10 t
獨(dú)立高度 47.3 m
最大高度 200 m
最大臂長 63 m
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
課題
名稱
QTZ125塔式起重機(jī)總體、
臂架、變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級： 機(jī)094
姓 名： 范永田
學(xué) 號： 2009307411
起迄日期： 2013年2月20日~ 2013年 6月30日
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn): A10
指導(dǎo)教師： 張永清
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年 2月 20日
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目的：
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對機(jī)械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固自己所學(xué)知識并把所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，真正明白知識如何應(yīng)用。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。將所學(xué)知識應(yīng)用與實(shí)際培養(yǎng)獨(dú)立工作能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求每個(gè)學(xué)生在工作過程中，要獨(dú)立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)、塔身的設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性計(jì)算等內(nèi)容，為今后步入社會(huì)、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ125級別）
② 結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計(jì)
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)計(jì)原則
③ 平衡重的計(jì)算
④ 塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算
⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算
（3）變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 建立變幅機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型
② 鋼絲繩的選擇和校核
③ 卷筒的設(shè)計(jì)和繞繩系統(tǒng)的計(jì)算
④ 驗(yàn)算實(shí)際變幅速度
⑤ 電動(dòng)機(jī)的選擇
⑥ 蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)
（4） 臂架的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 分析單雙吊點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)
② 吊點(diǎn)位置的選擇
③ 臂架結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇
④ 臂架主參數(shù)選擇與計(jì)算
（5）變幅的設(shè)計(jì)和計(jì)算
（6） 要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與電氣工程圖紙，獨(dú)立撰寫一份2500~~3500字畢業(yè)設(shè)計(jì)小論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐，深化理論認(rèn)識、擴(kuò)展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計(jì)思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計(jì)成果要求：
1） 凡給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括說明書、計(jì)算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
2） 對設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械構(gòu)造、工作原理、整機(jī)布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計(jì)過程、計(jì)算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運(yùn)輸、安裝、使用等亦有一般了解。
3） 說明書、計(jì)算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正確，數(shù)學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確，各項(xiàng)說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機(jī)械機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。小論文要符合論文書寫規(guī)范。
4） 對國內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對各種塔式起重機(jī)有一定的分析、比較能力。
其他各項(xiàng)應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果要求（包括圖表、實(shí)物等硬件要求）：
① 計(jì)算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)任務(wù)要求的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟(jì)性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進(jìn)行統(tǒng)一編號）、批準(zhǔn)，字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖。
② 圖紙一套
1） 總圖一張（0號）
2） 變幅機(jī)構(gòu)圖一張（0號）
3） 臂架圖一張（0號）
4） 零件圖至少三張（2，3，4號）
③ 3000字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)小論文一篇
4、主要參考文獻(xiàn)：
要求按國標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》書寫。
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機(jī).北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機(jī)安全規(guī)程
[7] 濮良貴、紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.高等教育出版社
5、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2013.2.25-2013.3.10
2013.3.11-2013.3.24
2013.3.25-2013.4.7
2013.4.8-2013.4.14
2013.4.15-2013.4.28
2013.4.29-2013.5.12
2013.5.13-2013.6.2.
2013.6.3-2013.6.9
2013.6.10-2013.6.13
2013.6.14-2013.6.29
外文翻譯
熟悉整理資料
畢業(yè)實(shí)習(xí)
撰寫開題報(bào)告及任務(wù)書
方案選擇及總體設(shè)計(jì)
繪制總圖
變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其圖紙繪制
臂架設(shè)計(jì)及其圖紙繪制
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)小論文
準(zhǔn)備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
目錄
第一章 前言··················································································1
1.1塔式起重機(jī)概述············································································1
1.2塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢····································································3
第二章 總體設(shè)計(jì)············································································4
2.1 概述························································································4
2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定······································································5
2.2.1金屬結(jié)構(gòu)·················································································5
2.2.2工作機(jī)構(gòu)················································································25
2.3 總體設(shè)計(jì)原則············································································29
2.3.1 整機(jī)工作級別··········································································32
2.3.2 機(jī)構(gòu)工作級別··········································································32
2.3.3 主要技術(shù)性能參數(shù)····································································32
2.4平衡臂與平衡重的計(jì)算···································································33
2.5起重特性曲線·············································································35
2.6塔機(jī)風(fēng)力計(jì)算·············································································37
2.6.1工作工況Ⅰ············································································38
2.6.2工作工況Ⅱ·············································································42
2.6.3工作工況Ⅲ·············································································44
2.6.4非工作工況Ⅳ···········································································46
2.7整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性·····································································48
2.7.1工作工況Ⅰ·············································································49
2.7.2工作工況Ⅱ·············································································50
2.7.3非工作工況Ⅲ···········································································51
2.7.4工作工況Ⅳ·············································································51
第三章 塔身的設(shè)計(jì)計(jì)算·································································52
3.1塔身的總體模型···········································································52
3.2 塔身的受力分析及驗(yàn)算··································································53
3.2.1.塔身的受力分析·······································································53
3.2.2 塔身內(nèi)力計(jì)算及組合··································································56
3.2.3 塔身整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度驗(yàn)算··························································59
第四章 變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算························································71
4.1變幅機(jī)構(gòu)的形式··········································································71
4.2 確定卷筒尺寸············································································71
4.2.1 卷筒名義直徑··········································································71
4.2.2 多層繞卷筒相關(guān)參數(shù)計(jì)算····························································72
4.3選擇電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器····················································72
4.3.1選擇電動(dòng)機(jī)·············································································72
4.3.2 選擇減速器············································································73
4.3.3 變幅機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇·······························································74
4.3.4變幅機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇································································75
4.4. 驗(yàn)算變幅速度···········································································77
4.5驗(yàn)算起、制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算····································································77
4.6電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)···········································································79
4.7 校驗(yàn)卷筒強(qiáng)度············································································80
第五章 變幅小車的設(shè)計(jì)·······························································80
5.1 變幅小車的形式··········································································80
5.2 變幅小車的設(shè)計(jì)··········································································81
5.2．1 繩索牽引式小車構(gòu)造及其驅(qū)動(dòng)方式················································81
5.2.2運(yùn)行小車牽引力計(jì)算···································································82
5.2.3 牽引繩最大張力·······································································85
5.2.4 選擇牽引繩············································································86
5.2.5 牽引卷筒計(jì)算··········································································86
第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)····································································89
致謝····························································································90
參考書目·······················································································92
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師： 張永清
設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：QTZ125塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（63m吊臂） 設(shè)計(jì)人：范永田
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說明
結(jié)果
塔式起重機(jī)概述
塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢
概述
總體設(shè)計(jì)方案的確定
變幅機(jī)構(gòu)
的形式
卷筒尺寸的
確定
選擇電動(dòng)機(jī)
選擇減速器
選擇制動(dòng)器
選擇聯(lián)軸器
驗(yàn)算變幅速
度
起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)
算
發(fā)熱校核
校核卷筒強(qiáng)度
變幅小車的設(shè)計(jì)
第一章 前言
1.1 塔式起重機(jī)概述
隨著建筑行業(yè)的興起，城鎮(zhèn)人口的增多，高層建筑已經(jīng)成為了一個(gè)趨勢，來滿足人們的住房需求。然而，在建筑行業(yè)中，能同時(shí)完成垂直升降和水平移動(dòng)的起重機(jī)械很多，但綜合其機(jī)動(dòng)靈活性，起升高度，實(shí)用性等因素應(yīng)用最廣泛的是塔式起重機(jī)。
塔式起重機(jī)（tower crane）簡稱塔機(jī)，亦稱塔吊，起源于西歐，是現(xiàn)代工業(yè)與民用高層建筑的主要施工機(jī)械之一。在高層建筑中其幅度利用率高達(dá)80﹪,與其它類型的起重機(jī)相比，塔式起重機(jī)的優(yōu)勢明顯，它有多種類別、形式、性能、大小等，它的突出特點(diǎn)是工作效率高、適用范圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、操作方便可靠等。故塔式起重機(jī)在建筑安裝工程中得到廣泛應(yīng)用。但是塔機(jī)的技術(shù)有待于提高。塔機(jī)的研究正向著組合式發(fā)展。所謂的組合式，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔身分解成若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理再將各部分劃分成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特征的塔機(jī)，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機(jī)有助于加快塔機(jī)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，并能更好的為客戶服務(wù)。
據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，有關(guān)塔機(jī)的第一項(xiàng)專利早在1900年獲得批準(zhǔn)，近代塔式起重機(jī)出現(xiàn)于1912-1914年。第一臺比較完整的近代塔式起重機(jī)出現(xiàn)于1923年。1930年德國已經(jīng)開始將塔式起重機(jī)批量生產(chǎn)并投入使用，并用于建筑施工。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN8770公布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機(jī)的起重能力。
我國對塔機(jī)的研究生產(chǎn)已有近50年的歷史，經(jīng)歷了一個(gè)從繪制仿制到自行設(shè)計(jì)的發(fā)展過程。在不斷的摸索中，我國逐步掌握了塔機(jī)生產(chǎn)的生產(chǎn)技術(shù)。20世紀(jì)80年代改革開放以后，我國引進(jìn)了許多先進(jìn)技術(shù)，這極大的促進(jìn)了我國塔機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步，一些主要機(jī)種已達(dá)到或接近國外同類產(chǎn)品質(zhì)量水平。我國的塔式起重機(jī)從科研到加工生產(chǎn)方面取得了可喜的進(jìn)步，但是在和國外先進(jìn)塔式起重機(jī)的使用壽命，成本等方面還存在著一定的差距。我相信在今后的發(fā)展中差距會(huì)進(jìn)一步縮小。
隨著高層建筑結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大。拿來與創(chuàng)新，我們要學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，并能夠創(chuàng)造出自己的品牌。在新產(chǎn)品開發(fā)上我們要學(xué)習(xí)國外塔機(jī)的一些特點(diǎn)：
⑴ 更多的廠家注重開發(fā)經(jīng)濟(jì)型城市塔機(jī)并擴(kuò)展成系列。
⑵國外塔機(jī)新產(chǎn)品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機(jī)頗引人注目。
⑶根據(jù)一些國家城建當(dāng)局的有關(guān)規(guī)定，為防止塔機(jī)臂架在狹窄的空間運(yùn)行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動(dòng)臂式自升塔式起重機(jī)。
⑷在經(jīng)過較長時(shí)間研制之后，履帶式水平臂架塔機(jī)作為一種新產(chǎn)品正式問世。
⑸變頻調(diào)速系統(tǒng)在國外塔機(jī)新產(chǎn)品上得到推廣應(yīng)用。
⑹高新技術(shù)開始在塔機(jī)上應(yīng)用。
⑺無論上回轉(zhuǎn)或下回轉(zhuǎn)式塔機(jī)，都十分重視駕駛室的平面設(shè)計(jì)和空間處理。
本次設(shè)計(jì)的課題為QTZ125自升勢塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)，根據(jù)其分類特點(diǎn)采用上回轉(zhuǎn)式。
QTZ125型自升式塔式起重機(jī)，其吊臂長63米，最大起重量10噸，額定起重力矩125噸米。是一種結(jié)構(gòu)合理、性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較目前國內(nèi)外同規(guī)格同類型的塔機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構(gòu)件的調(diào)運(yùn)和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。整機(jī)結(jié)構(gòu)大，可滿足中大型施工隊(duì)的要求。
本機(jī)以基本高度（獨(dú)立式）47.3米。用戶需高層附著施工，只需提出另行訂貨要求，即可增加某些部件實(shí)現(xiàn)本機(jī)的最大設(shè)計(jì)高度200米，也就是附著高層施工可建高樓65層以上。
1.2塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢
根據(jù)國內(nèi)外一些技術(shù)資料的介紹，塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢具體歸納為以下幾個(gè)方面。
1、吊臂長度加長
在20世紀(jì)60年代初，吊臂長度超過40m的較少，70年代吊臂長度已能做到70m?？焖俨鹧b下回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)的吊臂長度可達(dá)到35m。自升式塔式起重機(jī)吊臂是可以接長的，標(biāo)準(zhǔn)臂長一般為30～40m，可以接長到50～60m。重型塔式起重機(jī)吊臂則更長。隨著塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題，而低合金高強(qiáng)度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調(diào)速
由于調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，混輪組倍率的可變、雙速、三速電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的應(yīng)用，使塔式起重機(jī)工作速度逐漸提高。20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的塔式起重機(jī)工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，回轉(zhuǎn)速度為0.6～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來塔式起重機(jī)工作速度已有提高。起升機(jī)構(gòu)普遍做到具有3～4種工作速度，重物起升速度超過100m/min者已經(jīng)很多，構(gòu)件安裝就位速度可在0～10m/min范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，回轉(zhuǎn)速度一般可在0～1r/min之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，小車牽引和塔式起重機(jī)行走大多也有2～3種工作速度，小車牽引速度最快可達(dá)60m/min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機(jī)向大型、大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度越來越差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機(jī)，在操作室利用電視進(jìn)行操作。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統(tǒng)，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據(jù)事先編排的程序自動(dòng)進(jìn)行吊裝。
4、更多地采用組裝式結(jié)構(gòu)
為了便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設(shè)計(jì)制造、使用與管理，提高塔式起重機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)效益，國外塔式起重機(jī)專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化、部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身、臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能，減輕塔式起重機(jī)自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲(chǔ)備量，為降低成本、簡化管理創(chuàng)造了條件。
第二章 總體設(shè)計(jì)
2.1概述
塔式起重機(jī)是工業(yè)與民用建筑施工中，完成預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機(jī)高。塔式起重機(jī)的起升高度、工作幅度和起重力矩都很大，這就要對其受力、穩(wěn)定性等進(jìn)行考慮與計(jì)算。塔機(jī)的主要性能參數(shù)包括：起重量、起升高度、幅度、各機(jī)構(gòu)工作速度、重量指標(biāo)和起重力矩等。這些參數(shù)表明了起重機(jī)的工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)塔式起重機(jī)的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)中選擇塔式起重機(jī)技術(shù)性能的依據(jù)。
總體設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)整個(gè)過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。它是使設(shè)計(jì)產(chǎn)品滿足技術(shù)參數(shù)及形式的總構(gòu)想，決定了機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗。在總體設(shè)計(jì)前，應(yīng)先進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外同類機(jī)型的相關(guān)資料，了解國內(nèi)外塔機(jī)的使用情況，并進(jìn)行分析比較，然后制定總的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)在保證所設(shè)計(jì)的機(jī)型達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，積極性好，工藝簡單，工作可靠。
2.2總體設(shè)計(jì)方案的確定
QTZ125型塔式起重機(jī)是上回轉(zhuǎn)、水平臂架、液壓自升式的結(jié)構(gòu)形式，由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮塔機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、各種工況下的外載荷以及塔機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，從而選出合理的設(shè)計(jì)方案。
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分由塔身，塔頭或塔帽，起重臂架，平衡臂架，回轉(zhuǎn)支撐架等主要部件組成。對于特殊的塔式起重機(jī)，由于構(gòu)造上的差異，個(gè)別部件也會(huì)有所增減。
金屬結(jié)構(gòu)是塔式起重機(jī)的骨架，承受塔機(jī)的自重載荷及工作時(shí)的各種外載荷，是塔式起重機(jī)的重要組成部分，其重量通常約占整機(jī)重量的一半以上，因此金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否對減輕起重機(jī)自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材以及提高起重機(jī)的可靠性等都有重要意義。
1.基礎(chǔ)
高層建筑施工用的附著式塔式起重機(jī)都采用小車變幅的水平臂架，幅度大部分在五十米以上，無須移動(dòng)作業(yè)即可覆蓋整個(gè)施工范圍，因此多采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。
鋼筋混凝土基礎(chǔ)有多種形式可供選用。對于有底架的固定自升式塔式起重機(jī)，可視工程地質(zhì)條件，周圍環(huán)境以及施工現(xiàn)場情況選用X形整體基礎(chǔ)，四個(gè)條塊分隔式基礎(chǔ)或者四個(gè)獨(dú)立塊體式基礎(chǔ)。對于無底架的自升式塔式起重機(jī)則采用整體式方塊基礎(chǔ)。
X形整體基礎(chǔ)的形狀及平面尺寸大致與塔式起重機(jī)X形底架相似。塔式起重機(jī)的X形底架通過預(yù)埋地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，此種形式多用于輕型自升式塔式起重機(jī)，如圖2-1所示。
圖2-1 X形整體基礎(chǔ)
長條形基礎(chǔ)由兩條或四條并列平行的鋼筋混凝土底梁組成，其功能猶如兩條鋼筋混凝土的鋼軌軌道基礎(chǔ)，分別支承底架的四個(gè)支座和由底架支座傳來的上部荷載。如果塔機(jī)安裝在混凝土砌塊人行道上，或是安裝在原有混凝土地面上，均可采用這種鋼筋混凝土基礎(chǔ)，如圖2-2所示。
固定式塔式起重機(jī)，可靠的地基基礎(chǔ)是保證塔機(jī)安全使用的必備條件。該基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況，嚴(yán)格按照規(guī)定制作。除在堅(jiān)硬巖石地段可采用錨樁地基（分塊基礎(chǔ)）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)。對基礎(chǔ)的基本要求有：基礎(chǔ)的土質(zhì)應(yīng)堅(jiān)固牢實(shí)，要求承載能力大于0.15Mpa；混凝土基礎(chǔ)的深度﹥1100毫米，總混凝土方量約16.3立方米，基礎(chǔ)重量約39噸；混凝土基礎(chǔ)的承受壓力不小于8MPa；混凝土基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況加工作層或多層鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距約為250毫米；混凝土基礎(chǔ)表面應(yīng)校水平，不平度小于1/500；混凝土基礎(chǔ)表面設(shè)置排水溝。將底架拼裝組合，對準(zhǔn)20顆預(yù)埋地腳螺栓，將其放置在混凝土基礎(chǔ)上，注意墊平墊實(shí)，并校平底架上平面，要求不平度小于或等于1/1000，擰緊20顆地腳螺栓。調(diào)水平度時(shí)用楔形調(diào)整塊及薄鐵板等。
圖2-2 長條形基礎(chǔ)
圖2-3 分塊式基礎(chǔ)
圖2-5 塔機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
2.底架結(jié)構(gòu)
底架由工字鋼焊接成整體框架結(jié)構(gòu)。在四角輻射狀安裝有四條可拆支腿，該支腿由工字鋼焊接成，運(yùn)輸時(shí)拆除支腿，以減小運(yùn)輸尺寸。底架上有20個(gè)預(yù)埋地腳螺栓，規(guī)格M48。底架外輪廓尺寸約為6000X6000，高350。
3.塔身結(jié)構(gòu)
塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，有轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)之別；并有內(nèi)塔與外塔之分。塔身結(jié)構(gòu)斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類?，F(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機(jī)均采用方形斷面塔身結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強(qiáng)筋的矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁結(jié)構(gòu)塔身。
常用的斷面尺寸有：1.3m×1.3m，1.4m×1.4m，1.5m×1.5m，1.6m×1.6m，1.7m×1.7m，1.8m×1.8m，2.0m×2.0m。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(biāo)準(zhǔn)節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)則用于上部塔身。
圖2-6 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)示意圖
⑴塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度有2.5m，3m，3.33m，4.5m，5m，6m，
10m等多種規(guī)格，常用的尺寸是2.5m和3m。本次設(shè)計(jì)采用格桁架結(jié)構(gòu)塔身，其中塔身截面尺寸采用1.8m×1.8m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度為2.5m。如圖2-6所示：
塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高2500mm。在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)下部管口處車有定位止口，而另一端則焊有定位凸臺，靠相應(yīng)的接合面定位。上下端各用8個(gè)M54的40Cr螺栓聯(lián)結(jié)。各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)均設(shè)有供人上下的爬梯，每三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)置一個(gè)休息臺。
塔身標(biāo)準(zhǔn)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。本次設(shè)計(jì)的QTZ125塔機(jī)采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點(diǎn)是：套柱采用企口定位，螺栓受拉，用低合金結(jié)構(gòu)鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接，加工工藝要求比較復(fù)雜，但安裝速度比較快。
⑵塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)
1)多層建筑施工用快速安裝塔機(jī)可根據(jù)起升高度和運(yùn)輸條件分別采用整體式塔身、伸縮式塔身或折疊式塔身。
輕、中型自升塔機(jī)和內(nèi)爬式塔機(jī)宜采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。附著式自升式塔機(jī)和起升高度大的軌道式以及獨(dú)立式自升塔機(jī)宜采用拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。
拼裝式塔機(jī)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的加工精度要求比較高，制作難度較大，零件多和拼裝麻煩。但拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的優(yōu)越性更不容忽視：一是堆放儲(chǔ)存占地小，二是裝卸容易，三是運(yùn)輸費(fèi)用便宜，特別是長途陸運(yùn)和運(yùn)洋海運(yùn)，由于利用集裝箱裝運(yùn)，其抗銹蝕和節(jié)約運(yùn)費(fèi)的效果極為顯著。
QTZ125型塔式起重機(jī)為大型自升塔機(jī)，綜合以上特點(diǎn)，其塔身結(jié)構(gòu)選用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。
2) 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應(yīng)發(fā)展組合制式塔機(jī)的需要，對于達(dá)到40m起升高度的塔機(jī)塔身宜采用兩種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，而起升高度達(dá)到60m的塔機(jī)塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。除伸縮式塔身結(jié)構(gòu)和中央頂升式自升塔機(jī)的內(nèi)塔外，塔身結(jié)構(gòu)上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結(jié)構(gòu)的主弦桿截面則須予以加大。
3)塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實(shí)心圓鋼，取決于塔身的起重能力、供貨條件、經(jīng)濟(jì)效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。
4)塔身節(jié)內(nèi)必須設(shè)置爬梯，以便司機(jī)及機(jī)工可以上下。在設(shè)計(jì)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，特別是在設(shè)計(jì)拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，要處理好爬梯與塔身的關(guān)系，以保證使用安全及安裝便利。
爬梯寬度不宜小于500mm，梯級間距應(yīng)上下相等，并應(yīng)不大于300mm。當(dāng)爬梯高度大于5m時(shí)，應(yīng)從高2m處開始裝設(shè)直徑為650~800mm的安全護(hù)圈，相鄰兩護(hù)圈間距為500mm。安全護(hù)圈之間用3根均布的豎向系條相聯(lián)。安全護(hù)圈應(yīng)能承受來自任何方向的10kN的沖擊力而不折斷。當(dāng)爬梯高度超過10m時(shí)，爬梯應(yīng)分段轉(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)接處加一休息平臺。
休息平臺應(yīng)能承受相當(dāng)于3000N的移動(dòng)集中載荷。休息平臺鋪板可用防滑花紋鋼板或穿孔板、拉網(wǎng)板制成。休息平臺必須設(shè)置牢固的護(hù)欄，護(hù)欄立柱高度應(yīng)不小于1000mm，立柱間距不宜過大，立柱間應(yīng)設(shè)置水平欄桿，第一道水平欄桿距離鋪板高度宜為450mm，立柱底部應(yīng)設(shè)有高度不小于70mm的擋腳板。護(hù)欄任何一處應(yīng)能承受1kN來自任何方向的載荷而不破壞。
⑶塔身接高問題
在遇到塔身需要接高問題時(shí)，應(yīng)按下述兩種不同情況分別處理：
1)在額定最大自由高度范圍內(nèi)，根據(jù)工程對象需要，增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，使低塔機(jī)變?yōu)楦咚C(jī)。
2)根據(jù)施工需要，增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，使塔身高度略超越固定式塔機(jī)的規(guī)定最大自由高度。
在進(jìn)行具體接高操作之前，還應(yīng)制定相關(guān)的安全操作規(guī)程，以保證拆裝作業(yè)的安全順利進(jìn)行。
4.套架與液壓頂升機(jī)構(gòu)
⑴爬升架
爬升架主要由套架，平臺，液壓頂升裝置及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)引進(jìn)裝置等組成。套架是套在塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外部。套架用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高4.94米，截面尺寸2.8×2.8米。外側(cè)設(shè)有平臺和套架爬升導(dǎo)向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)的下方，還設(shè)有支承套架的支塊，當(dāng)套架上升到規(guī)定位置時(shí)，需將此支塊連同套架支托于塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的踏塊上。
為便于頂升安裝的安全需要特設(shè)有工作平臺，爬升架內(nèi)側(cè)沿塔身主弦桿安裝8個(gè)滾輪，支撐在塔身主弦桿外側(cè)，在爬升架的橫梁上，焊上兩塊耳板與液壓系統(tǒng)油缸鉸接承受油缸的頂升載荷，爬升架下部有兩個(gè)杠桿原理操縱的擺動(dòng)爪，在液壓缸回收活塞以及引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等過程中作為爬升架承托上部結(jié)構(gòu)重量之用。
⑵頂升機(jī)構(gòu)
頂升機(jī)構(gòu)主要由頂升套架、頂升作業(yè)平臺和液壓頂升裝置組成，用于完成塔身的頂升加節(jié)接高工作。
⑶套架
上回轉(zhuǎn)自升塔機(jī)要有頂升套架。整體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用外套架。外套架就是套架本體套在塔身的外部。套架本身就是一個(gè)空間桁架結(jié)構(gòu)。套架用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高4940，截面尺寸2800×2800，外側(cè)設(shè)有平臺和套架爬升導(dǎo)向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)的下方，還設(shè)有支承套架的支塊，當(dāng)套架上升到規(guī)定位置時(shí)，需將此支塊連同套架支托于塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的踏塊上。套架由框架，平臺，欄桿，支承踏步塊等組成。安裝套架時(shí)，大窗口應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)焊有踏塊的方向相反。套架的上端用螺栓與回轉(zhuǎn)下支座的外伸腿相連接，其前方的上半部沒有焊腹桿，而是引入門框，因此其弦必須作特殊的加強(qiáng)，以防止側(cè)向局部失穩(wěn)。門框內(nèi)裝有兩根引入導(dǎo)軌，以便與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的引入。
⑷液壓頂升
1)按頂升接高方式的不同，液壓頂升分為上頂升加節(jié)接高、中頂升加節(jié)接高和下頂升加節(jié)接高三種形式。上頂升加節(jié)接高的工藝是由上向下插入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，多用于俯仰變幅的動(dòng)臂自升式塔式起重機(jī)。下頂升加節(jié)接高的優(yōu)點(diǎn)：人員在下部操作，安全方便。缺點(diǎn)是：頂升重量大，頂升時(shí)錨固裝置必須松開。中頂升加節(jié)接高的工藝是由塔身一側(cè)引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，可適用于不同形式的臂架，內(nèi)爬，外附均可，而且頂升時(shí)無需松開錨固裝置，應(yīng)用面比較廣。
本次設(shè)計(jì)的QTZ125塔式起重機(jī)采用上頂升加節(jié)接高。
2)按頂升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式不同，可分為繩輪頂升機(jī)構(gòu)、輪頂升機(jī)構(gòu)、條頂升機(jī)構(gòu)、絲杠頂升機(jī)構(gòu)和液壓頂升機(jī)構(gòu)等五種。繩輪頂升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機(jī)構(gòu)與繩輪頂升機(jī)構(gòu)相類似，采用較少。齒條頂升機(jī)構(gòu)在每節(jié)外塔架內(nèi)側(cè)均裝有齒條，內(nèi)塔架外側(cè)底部安裝齒輪。齒輪在齒條上滾動(dòng)，內(nèi)塔架隨之爬升或下降。絲杠爬升機(jī)構(gòu)的絲杠裝在內(nèi)塔架中軸線處，或裝在塔身的側(cè)面內(nèi)外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉(zhuǎn)，完成頂升過程。
本次設(shè)計(jì)的QTZ125塔式起重機(jī)采用液壓頂升機(jī)構(gòu)。液壓頂升機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪油泵，液壓油經(jīng)手動(dòng)換向閥、平衡閥進(jìn)入液壓缸，使液壓缸伸縮，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)上部的爬升和拆卸。其主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機(jī)構(gòu)另有一套手動(dòng)操作的爬升吊裝裝置與頂升液壓系統(tǒng)配合工作。初步設(shè)計(jì)液壓頂升系統(tǒng)草圖如圖2-7所示
圖2-7 液壓頂升系統(tǒng)
1-電動(dòng)機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-齒輪泵 4-濾油器
5-溢流閥 6-壓力表開關(guān) 7-壓力表 8-手動(dòng)換向閥
9-油缸 10-平衡閥
3)頂升液壓缸的布置：頂升接高方式又可分為中央頂升和側(cè)頂升兩種。所謂中央頂升，是指揮頂升液壓缸布置在塔身的中央，并設(shè)上，下橫梁各一個(gè)。液壓缸上端固定在橫梁鉸點(diǎn)處。頂升時(shí)，活塞桿外伸，通過下橫梁支在下部塔身的托座或相應(yīng)的腹桿節(jié)點(diǎn)上。液壓缸的大腔在上，小腔在下壓力油不斷注入液壓缸大腔，小腔中液壓油則回入油箱，從而使液壓缸將塔式起重機(jī)的上部頂起。所謂側(cè)頂升式，是將頂升液壓油缸設(shè)在套架的后側(cè)。頂升時(shí)，壓力油不斷泵入油缸大腔，小腔里的液壓油則回流入油箱?；钊麠U外伸，通過頂升橫梁支撐在焊接于塔身主弦桿上的專用踏步塊間距視活塞有效行程而定。一般取1-1.5m。由于液壓缸上端鉸接在頂升套架橫梁上，故能隨著液壓缸活塞桿的漸漸外伸而將塔機(jī)上部頂起來。側(cè)頂式的主要優(yōu)點(diǎn)是：塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度可適當(dāng)加大，液壓缸行程可以相應(yīng)縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設(shè)計(jì)的QTZ125塔式起重機(jī)采用中央頂式。
5.回轉(zhuǎn)支承裝置
回轉(zhuǎn)支承簡稱轉(zhuǎn)盤，是塔式起重機(jī)的重要部件，由齒圈、座圈、滾動(dòng)體、隔離快、連接螺栓及密封條等組成。按滾動(dòng)體的不同，回轉(zhuǎn)支承可分為兩大類：一是球式回轉(zhuǎn)支承，另一類是滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
⑴柱式回轉(zhuǎn)支承
柱式回轉(zhuǎn)支承又可分為轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類。定柱式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，起重回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，自重和驅(qū)動(dòng)功率小，能使起重機(jī)重心降低。轉(zhuǎn)柱式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度以及起重量較大的塔機(jī)。
⑵滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承
滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置按滾動(dòng)體形狀和排列方式可分為：單排四點(diǎn)角接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可同時(shí)承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)支承裝置。為保證軸承裝置正常工作，對固定軸承座圈的機(jī)架要求有足夠的剛度。滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)座圈上，而大軸承的的固定座圈則與塔身（底架或門座）的頂面相固結(jié)。
設(shè)計(jì)選用球式回轉(zhuǎn)支承，其優(yōu)點(diǎn)是：剛性好，變形比較小，對承座結(jié)構(gòu)要求較低。鋼球?yàn)榧儩L動(dòng)，摩擦阻力小，功率損失小。
根據(jù)構(gòu)造不同和滾動(dòng)體使用數(shù)量的多少，回轉(zhuǎn)支承又分為單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承和三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
設(shè)計(jì)采用單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，它是由一個(gè)座圈和齒圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾翻力矩?；?/div>
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