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河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目
QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔頂優(yōu)化設(shè)計(jì)
學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)092班
姓 名 劉 偉
指 導(dǎo) 教 師 李常勝
輔 導(dǎo) 教 師
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔頂優(yōu)化設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)092
學(xué)生姓名： 劉偉
學(xué) 號(hào)： 2009307226
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來(lái)源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
1、塔式起重機(jī)概述
塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱塔機(jī)或者塔吊，是一種機(jī)身為塔架式結(jié)構(gòu)的全回轉(zhuǎn)動(dòng)臂架式起重機(jī)。塔式起重機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。塔機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有五種：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車走行機(jī)構(gòu)(行走式的塔機(jī))。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。塔式起重機(jī)的作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由于塔式起重機(jī)能夠靠近建筑物，在高層建筑施工中其幅度利用率比其它類型的起重機(jī)要高，可達(dá)到全幅度的80%。而普通履帶式、輪胎式起重機(jī)的幅度利用率不超過(guò)50%，并隨著建筑物高度的增加而急劇減小。因此塔式起重機(jī)在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機(jī)對(duì)于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低工程造價(jià)等方面起著重要的作用。
2、塔式起重機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
塔式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱塔吊)是一種塔身直立、起重機(jī)臂鉸接在塔帽下部且能夠作360°回轉(zhuǎn)的起重機(jī),通常用于房屋建筑和設(shè)備安裝的場(chǎng)所,具有適用范圍廣、起升高度高、回轉(zhuǎn)半徑大、工作效率高、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)。因此它在建筑安裝施工中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,特別對(duì)于高層建筑施工來(lái)說(shuō),更是一種不可缺少的重要施工機(jī)械。
塔式起重機(jī)起源于歐洲。據(jù)記載，第一項(xiàng)有關(guān)建筑用塔機(jī)專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機(jī)，1923年制成了近代塔機(jī)的原型樣機(jī)，同年出現(xiàn)第一臺(tái)比較完整的近代塔機(jī)。1930年當(dāng)時(shí)德國(guó)已開始批量生產(chǎn)塔機(jī)，并用于建筑施工。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國(guó)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(guó)的塔機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步,已有50多年的歷史，經(jīng)歷了一個(gè)從測(cè)仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過(guò)程。
20世紀(jì)50年代，為滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，中國(guó)引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東歐一些國(guó)家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。這個(gè)時(shí)期中國(guó)生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量較少。
20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器、在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時(shí)期，中國(guó)開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。
20世紀(jì)70年代，塔式起重機(jī)服務(wù)對(duì)象更為廣泛。塔式起重機(jī)的幅度、起重量合起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場(chǎng)各方面的要求，塔式起重機(jī)又向一機(jī)多用方向發(fā)展。中國(guó)塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。這一時(shí)期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂自行架設(shè)快裝塔式起重機(jī)等，其年產(chǎn)量最高超過(guò)900臺(tái)，標(biāo)志著中國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的階段。20世紀(jì)90年代以后，中國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國(guó)范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)新的興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國(guó)外。全國(guó)塔式起重機(jī)的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺(tái)截至2000年約為6萬(wàn)臺(tái)。至此，無(wú)論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機(jī)總量等角度來(lái)衡量，中國(guó)均堪稱塔式起重機(jī)大國(guó)。
3﹑QTZ40塔式起重機(jī)的整體和塔頂簡(jiǎn)介
(一) ﹑QTZ40塔式起重機(jī)的整體簡(jiǎn)介
QTZ40塔式起重機(jī)具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機(jī)構(gòu)，可單獨(dú)或復(fù)合動(dòng)作，可以獲得較高的工作效率。頂升機(jī)構(gòu)用于塔身接高或降塔,起升機(jī)構(gòu)采用多速電機(jī)，有快速、中速和 慢就位多種速度，充分滿足用戶各種工況的需要。起重臂可左、右作540度全回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)、變幅靈活可靠，起吊就位準(zhǔn)確，可滿足建筑施工中垂直及水平運(yùn)輸?shù)男?要。該機(jī)設(shè)有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回轉(zhuǎn)限制器等安全保護(hù)裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機(jī)正常工作。另外，還設(shè)有休息平臺(tái)、護(hù)欄等安全保護(hù)設(shè)施。司機(jī)室獨(dú)立側(cè)置，造型美觀，視野開闊，內(nèi)部空間大，操作方便。該機(jī)適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，也用于港口、貨場(chǎng)的裝卸。
(二) ﹑QTZ40塔式起重機(jī)的塔頂簡(jiǎn)介
目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛的塔機(jī)塔頂形式有固定式塔頂和片式塔頂兩種，固定式塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式為空間桁架，其弦桿和腹桿均為實(shí)心圓鋼或鋼管，迎風(fēng)面積和風(fēng)力系數(shù)小，從而減少了水平風(fēng)力，甚至可以不考慮風(fēng)載荷對(duì)其的直接影響。片式塔頂為鉸交的結(jié)構(gòu)形式所以其不承受彎矩、只承受軸向壓力，而平衡臂固接于上轉(zhuǎn)臺(tái)，其受力狀況較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)形式要求平衡臂臂架必須做成空間桁架結(jié)構(gòu)，或者用大型型鋼（工字鋼）做成片式結(jié)構(gòu)，用上下兩個(gè)鉸點(diǎn)固接于塔機(jī)的上轉(zhuǎn)臺(tái)，與上轉(zhuǎn)臺(tái)形成一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)體。片式塔頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線條流暢、外形美觀大方、受力簡(jiǎn)單，塔機(jī)架設(shè)既方便又省時(shí)省力
二、ANSYS介紹
“有限元”這個(gè)詞語(yǔ)于1965年首次被提出，經(jīng)過(guò)大約40多年的不斷發(fā)展和完善，到今天已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種不同的工程之中，理論也已經(jīng)相當(dāng)成熟。有限元思想的核心就是把實(shí)際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實(shí)際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個(gè)類似結(jié)構(gòu)的個(gè)體，然后通過(guò)分析這些有限個(gè)體的性能來(lái)求出滿足實(shí)際工程要求的計(jì)算結(jié)果，從而代替對(duì)于具體復(fù)雜實(shí)際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過(guò)離散化，應(yīng)用有限元思想，可以解決很多實(shí)際復(fù)雜的工程問(wèn)題，并在理論研究和工程應(yīng)用兩方面都具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。
1970年，美國(guó)著名力學(xué)專家、匹茲堡大學(xué)教授John Swanson創(chuàng)建了ANSYS公司，通過(guò)四十余年的發(fā)展壯大，已經(jīng)逐漸成為全球CAE行業(yè)中最大的公司。在發(fā)展過(guò)程中，ANSYS軟件不斷改進(jìn)提高，性能也不斷增強(qiáng)，可靠性也不斷得到保證，在易用性和適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境等其他方面也日趨完善，基本上完全能夠滿足當(dāng)前用戶對(duì)于有限元分析軟件的要求，當(dāng)下，已發(fā)展到了14．0版本。
ANSYS作為一個(gè)大型通用軟件，可以廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場(chǎng)、熱、耦合場(chǎng)、
電磁場(chǎng)上面，其使用用戶也能夠涵蓋機(jī)械、土木建筑、水利、生物、醫(yī)學(xué)、能源、航空
航天和交通運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)的不同領(lǐng)域，利用ANSYS軟件，能夠?qū)?shí)際模型置于各種各
樣不同的復(fù)雜實(shí)際工況之中，準(zhǔn)確并合理的分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少實(shí)際試驗(yàn)的物質(zhì)和人
力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠?yàn)樘岣呃麧?rùn)做出貢獻(xiàn)。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個(gè)過(guò)程：建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。若在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中想對(duì)其中的某一個(gè)步驟進(jìn)行改動(dòng)和變化，則依然需要重新完成其中的每一個(gè)步驟，無(wú)形中浪費(fèi)了太多的工作時(shí)間。針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)處理類似問(wèn)題，通過(guò)APDL語(yǔ)言及UIDL語(yǔ)言或類似VB、VC編程語(yǔ)言開發(fā)應(yīng)用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發(fā)。
二次開發(fā)已經(jīng)在國(guó)外得到了很多方面的應(yīng)用。例如： AlexeyI．Borovkv開發(fā)了兩款軟件，分別應(yīng)用于散熱器穩(wěn)態(tài)3D熱分析及轉(zhuǎn)子體剛度不對(duì)稱補(bǔ)償。使用者只需面對(duì)初始參數(shù)輸入界面，而軟件自動(dòng)完成建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解等復(fù)雜步驟，還可以在專用軟件中生成符合用戶要求的報(bào)告，這一系列開發(fā)，無(wú)形中減少了用戶建模的工作量，無(wú)疑會(huì)提高相當(dāng)?shù)男?，大大?jié)省了用戶的時(shí)間。
而相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)關(guān)于ANSYS的二次開發(fā)方面才剛剛起步，在很多方面與國(guó)外先進(jìn)
水平存在相當(dāng)?shù)牟罹?，但一些高校和科研機(jī)構(gòu)也相應(yīng)的開發(fā)了很多產(chǎn)品，取得了一定的
研究成果，并在實(shí)際應(yīng)用方面也做出了很大的貢獻(xiàn)。這系列研究和實(shí)際大致取得的成果有：針對(duì)具體實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題而開發(fā)的專用系統(tǒng)，例如水利工程、土木建筑以及機(jī)械的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計(jì)；針對(duì)商業(yè)化發(fā)展的具體模塊，例如壓力容器自動(dòng)化分析軟CPV-ANSYS，基于ANSYS的應(yīng)用柴油機(jī)鑄造成型專用軟件等。總體而言，國(guó)內(nèi)關(guān)于二次開發(fā)的研究也已經(jīng)取得了很好的效果，同時(shí)也存在發(fā)展的空間，是一個(gè)具有相當(dāng)潛能，大有可為的新興科研項(xiàng)目。
三、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題）
塔式起重機(jī)是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動(dòng)物品的機(jī)械，具有動(dòng)作間歇性和作業(yè)循環(huán)性，多用于人力不能完成的任務(wù)。塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱塔機(jī))是一種重要的施工機(jī)械,由于具有工作效率高、使用范圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度高、操作方便以及安裝與拆卸簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),已成為工程建設(shè)中的主要機(jī)種之一。自升式塔式起重機(jī)的塔頂是塔機(jī)的重要組成部分，它以固結(jié)或鉸結(jié)的形式連接在塔機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)拉桿分別與起重臂和平衡臂相連，承受臂架和其上部件的自重以及吊重、風(fēng)載等載荷作用而產(chǎn)生彎矩、拉壓力以及剪切力，受力狀況較為復(fù)雜。近幾年來(lái)塔頂失穩(wěn)現(xiàn)象多有發(fā)生，并且常常是僅在塔頂部分發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。由此可見在塔機(jī)設(shè)計(jì)中，塔頂部分是一個(gè)較為薄弱的環(huán)節(jié)，其抗過(guò)載能力較差，因此有必要對(duì)塔頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，加強(qiáng)塔頂?shù)膹?qiáng)度與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而防止塔頂結(jié)構(gòu)部分的破壞。
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)計(jì)算,在工程設(shè)計(jì)和分析中受到越來(lái)越廣泛的重視,其計(jì)算結(jié)果不僅詳盡,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算將會(huì)極大地提高設(shè)計(jì)效率、保證其設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)者只需借助通用有限元軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析,就能真實(shí)地反映機(jī)械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過(guò)程,并進(jìn)行各種類型的力學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)
構(gòu)和性能更加合理。本論文將應(yīng)用有限元軟件ANSYS10.0對(duì)塔機(jī)總體及塔頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速校核分析。
重點(diǎn)：塔機(jī)總體及塔頂結(jié)構(gòu)的快速有限元校核分析。
四、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
1、主要內(nèi)容
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級(jí)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） 塔頂?shù)脑O(shè)計(jì)和計(jì)算
① 塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式及尺寸
② 塔頂?shù)脑O(shè)計(jì)和有限元分析及計(jì)算
2、 研究方法
（1）資料的準(zhǔn)備
通過(guò)上網(wǎng)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)和塔頂?shù)脑O(shè)計(jì)的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路為自己的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
（2）參數(shù)確定
根據(jù)所查資料，了解到起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)，和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)部件的了解，選擇能免租條件的相關(guān)零件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中確定個(gè)關(guān)節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個(gè)部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出個(gè)主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體具體設(shè)計(jì)尺寸和形狀。
3、 研究思路
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析(Finite ElementAnalysis, FEA)計(jì)算,在工程設(shè)計(jì)和分析中受到越來(lái)越廣泛的重視,其計(jì)算結(jié)果不僅詳盡,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算將會(huì)極大地提高設(shè)計(jì)效率、保證其設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)者只需借助通用有限元軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析,就能真實(shí)地反映機(jī)械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過(guò)程,并進(jìn)行各種類型的力
學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。本文應(yīng)用有限元軟件ANSYS10.0對(duì)塔頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速校核分析。
五、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 塔頂設(shè)計(jì)
20135.16-2013.6.5 繪制塔頂裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
六、主要參考文獻(xiàn)
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[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(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（5冊(cè)）
[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
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
設(shè)計(jì)題目： QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔頂優(yōu)化設(shè)計(jì)
姓 名： 劉偉
班級(jí)學(xué)號(hào)： 機(jī)092班 2009307226
指導(dǎo)教師： 李常勝
設(shè)計(jì)題目： QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔頂設(shè)計(jì)
姓 名： 穆業(yè)孟
班級(jí)學(xué)號(hào)： 機(jī)091班 2009307105
指導(dǎo)教師： 李常勝
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(shì)········································1
第二章 總體設(shè)計(jì)··················································2
2.1 概述························································2
2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案············································2
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)················································2
2.2.2 工作機(jī)構(gòu)···············································19
2.2.3 安全保護(hù)裝置···········································27
2.3 總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總則···········································29
2.3.1 整機(jī)工作級(jí)別 ··········································29
2.3.2 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別···········································29
2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 30
2.4 平衡臂與平衡重的計(jì)算·······································30
2.5 起重特性曲線···············································32
2.6 塔機(jī)風(fēng)力計(jì)算·············································· 34
2.6.1 工作工況Ⅰ·············································34
2.6.2 工作工況Ⅱ·············································38
2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································40
2.7整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性·········································43
2.7.1工作工況Ⅰ·············································44
2.7.2工作工況Ⅱ·············································45
2.7.3工作工況Ⅲ·············································46
2.7.4工作工況Ⅳ·············································47
2.8固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算·········································49
第三章 塔頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)和受力分析······························51
3.1 塔頂總體···················································51
3.1 塔頂尺寸設(shè)計(jì)···············································52
3.1 塔頂受力分析···············································53
第四章 塔頂?shù)哪Ｐ秃?jiǎn)化和有限元分析····························55
4.1 塔頂模型建立的幾點(diǎn)簡(jiǎn)化及分析過(guò)程···························55
4.2 塔頂結(jié)構(gòu)的有限元分析·······································55
4.2.1塔頂模型的建立·········································56
4.2.2有限元分析計(jì)算·········································57
第五章 塔頂受力校核
5.1 塔頂穩(wěn)定性校核·············································98
5.2 塔頂剛度校核···············································99
5.3 塔頂強(qiáng)度校核···············································99
第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)···········································100
致謝·····························································101
主要參考文獻(xiàn)····················································102
Abstract
As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction
Based on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower top design of the QTZ40 tower crane. In the tower top design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. Through the reasonable simplification of the tower top, the tower top finite element model is established by applying ANSYS10.0 software, and then it’s exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower top distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower top, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.
The design for the QTZ400 tower crane and lifting the whole set of frame design, divided into the following aspects: First, to design, including the balance weight calculation, calculation and wind machine tower crane anti-tipping stability calculation; Secondly, tower top design, including tower top force analysis and model simplification and finite element analysis and check analysis (including strength check and stiffness check and stability check).
Through the revision of the model parameters, three different schemes have been prepared for the analysis comparison, which is carried on the different models. Because the stress condition and stiffness condition of different model are compared under the same operating mode, and a comprehensive analysis of the intensity and the stiffness condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained. Through the intensity and the stiffness examination regarding this model, then the final parameter result of the tower top can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Tower top Finite element analysis ANSYS10.0
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：李常勝
設(shè)計(jì)題目：QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔頂優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人：劉偉
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
前言
概述
發(fā)展趨勢(shì)
總體設(shè)計(jì)
概述
確定總體設(shè)計(jì)方案
塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)
塔頂
吊臂
構(gòu)造型式
分節(jié)問(wèn)題
截面形式及截面尺度
腹桿布置和桿件材料選用
吊點(diǎn)的選擇與構(gòu)造
平衡臂和平衡重
平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡重
拉桿
上、下支座
塔身
塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
塔身的接高問(wèn)題
轉(zhuǎn)臺(tái)裝置
回轉(zhuǎn)支承
底架
附著裝置
套架與液壓頂升機(jī)構(gòu)
爬升架
頂升機(jī)構(gòu)
套架
液壓頂升
基礎(chǔ)
工作機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式
起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式
起升機(jī)構(gòu)的減速器
起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器
滑輪組
倍率
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
變幅機(jī)構(gòu)
安全裝置
限位開關(guān)
起升高度限制器
起重量限制器
力矩限制器
風(fēng)速儀
鋼絲繩防脫裝置
電氣系統(tǒng)
總體設(shè)計(jì)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)
平衡重的計(jì)算
起重機(jī)各部件對(duì)塔身的中心力矩
起重特性曲線
各幅度時(shí)起重量
起重特性曲線
塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算
工作工況Ⅰ
平衡臂風(fēng)力計(jì)算
風(fēng)力系數(shù)選取
由平衡臂的設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算迎風(fēng)面積
風(fēng)力計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)的風(fēng)力計(jì)算
平衡重風(fēng)力計(jì)算
起重臂風(fēng)力計(jì)算
變幅機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算
塔頂風(fēng)力計(jì)算
上下支座風(fēng)力計(jì)算
塔身風(fēng)力計(jì)算
工作工況Ⅱ
平衡臂風(fēng)力計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算
平衡重風(fēng)力計(jì)算
起重臂風(fēng)力計(jì)算
變幅機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算
塔頂風(fēng)力計(jì)算
上下支座風(fēng)力計(jì)算
塔身風(fēng)力計(jì)算
非工作工況Ⅲ
平衡臂風(fēng)力計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算
平衡重風(fēng)力計(jì)算
起重臂風(fēng)力計(jì)算
變幅機(jī)構(gòu)風(fēng)力計(jì)算
塔頂風(fēng)力計(jì)算
上下支座風(fēng)力計(jì)算
塔身風(fēng)力計(jì)算
起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算
工作工況Ⅰ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
工作工況Ⅱ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
慣性載荷
坡度載荷
風(fēng)載荷
非工作工況Ⅲ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
風(fēng)載荷
工作工況Ⅳ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)部分
風(fēng)載荷
固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算
固定基礎(chǔ)穩(wěn)定
塔頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)和受力分析
塔頂總體設(shè)計(jì)
塔頂尺寸優(yōu)化選擇的三種方案
塔頂受力分析
模型簡(jiǎn)化和有限元分析
塔頂模型圖
圖形顯示變形
列表顯示位移
列表顯示單元內(nèi)容
圖形顯示單元軸力
塔頂模型圖
塔頂模型圖
列表顯示位移
列表顯示單元表的內(nèi)容
圖形顯示單元軸力
塔頂模型圖
塔頂變形
列表顯示位移
列表顯示單元表內(nèi)容
圖形顯示軸向應(yīng)力
穩(wěn)定性校核
剛度校核
強(qiáng)度校核
第1章 前言
1.1 概述
塔式起重機(jī)是我們建筑機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備，在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十年時(shí)間走完了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家上百年塔機(jī)發(fā)展的路程，如今已達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家九十年代末期水平并躋身于當(dāng)代國(guó)際市場(chǎng)。
QTZ40型塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱QTZ40型塔機(jī)，是一種結(jié)構(gòu)合理，性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較國(guó)內(nèi)同規(guī)格同類型的塔機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預(yù)制構(gòu)件的吊運(yùn)和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機(jī)高，其幅度利用率可達(dá)全幅度的80%。
QTZ40型塔式起重機(jī)是400kN·m上回轉(zhuǎn)自升式塔機(jī)。上回轉(zhuǎn)自升塔式起重機(jī)是我國(guó)目前建筑工程中使用最廣泛的塔機(jī)，幾乎是萬(wàn)能塔機(jī)。它的最大特點(diǎn)是可以架得很高，所以所有的高層和超高層建筑、橋梁工程、電力工程，都可以用它去完成。這種塔式起重機(jī)適應(yīng)性很強(qiáng)，所以市場(chǎng)需求很大。
1.2 發(fā)展趨勢(shì)
塔式起重機(jī)是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在六十年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)。并在工作機(jī)構(gòu)中采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，如可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器等。進(jìn)入七十年代后，它的服務(wù)對(duì)象更為廣泛。因此，幅度、起重量和起升高度均有了顯著的提高。
就工程起重機(jī)而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①整機(jī)性能：由于先進(jìn)技術(shù)和材料的應(yīng)用，同種型號(hào)的產(chǎn)品，整機(jī)重量要輕20%左右；②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；④操作更方便、舒適、安全，保護(hù)裝置更加完善；⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 概述
總體設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和框架。只有在做好總體設(shè)計(jì)的前提下，才能更好的完成設(shè)計(jì)。它是對(duì)滿足塔機(jī)技術(shù)參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計(jì)的成敗關(guān)系到塔機(jī)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，直接決定了塔機(jī)設(shè)計(jì)的成敗。
總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)各個(gè)部件和各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行，一般由總工程師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。在接受設(shè)計(jì)任務(wù)以后，應(yīng)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國(guó)內(nèi)外的同類機(jī)械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外塔機(jī)的使用、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研的情況，并進(jìn)行分析比較，制定總的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計(jì)的機(jī)型達(dá)到國(guó)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)，經(jīng)濟(jì)性好，工藝簡(jiǎn)單，工作可靠。
2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案
QTZ40塔式起重機(jī)是上回轉(zhuǎn)液壓自升式起重機(jī)。盡管其設(shè)計(jì)型號(hào)有各種各樣，但其基本結(jié)構(gòu)大體相同。整臺(tái)的上回轉(zhuǎn)塔機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)，工作機(jī)構(gòu)，液壓頂升系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)及安全保護(hù)裝置等五大部分組成。
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉(zhuǎn)臺(tái)等主要部件組成。對(duì)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(duì)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. 塔頂
自升塔式起重機(jī)塔身向上延伸的頂端是塔頂，又稱塔帽或塔尖。其功能是承受臂架拉繩及平衡臂拉繩傳來(lái)的上部載荷，并通過(guò)回轉(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺(tái)、承座等的結(jié)構(gòu)部件或直接通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。
自升式塔機(jī)的塔頂有直立截錐柱式、前傾或后傾截錐柱式、人字架式及斜撐式等形式。截錐柱式塔尖實(shí)質(zhì)上是一個(gè)轉(zhuǎn)柱，由于構(gòu)造上的一些原因，低部斷面尺寸要比塔身斷面尺寸為小，其主弦桿可視需要選用實(shí)心圓鋼，厚壁無(wú)縫鋼管或不等邊角鋼拼焊的矩形鋼管。人字架式塔尖部件由一個(gè)平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。而斜撐式塔尖則由一個(gè)平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。這兩種型式塔尖的共同特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運(yùn)輸便利。
塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關(guān)系，一般取為臂架長(zhǎng)度的1/7-1/10，長(zhǎng)臂架應(yīng)配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過(guò)一定極限時(shí)，弦桿應(yīng)力下降效果便不顯著，過(guò)分加高塔尖高度不僅導(dǎo)致塔尖自重加大，而且會(huì)增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機(jī)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當(dāng)?shù)乃敻叨取?
本設(shè)計(jì)采用前傾截錐柱式塔頂，斷面尺寸為1.36m×1.36m。腹桿采用圓鋼管。塔頂高6.115米。塔冒用無(wú)縫鋼管焊接而成，頂部設(shè)有連接平衡臂拉桿和吊臂拉桿的鉸銷吊耳，以及穿繞起升鋼絲繩的定滑輪，頂部應(yīng)裝有安全燈和避雷針。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1 塔頂結(jié)構(gòu)圖
2. 起重臂
1） 構(gòu)造型式
塔式起重機(jī)的起重臂簡(jiǎn)稱臂架或吊臂，按構(gòu)造型式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡(jiǎn)稱動(dòng)臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。
小車變幅水平臂架，簡(jiǎn)稱小車臂架，是一種承受壓彎作用的水平臂架，是各式塔機(jī)廣泛采用的一種吊臂。其優(yōu)點(diǎn)是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長(zhǎng)進(jìn)行水平位移，并能平穩(wěn)準(zhǔn)確地進(jìn)行安裝就位。因此此次設(shè)計(jì)采用小車變幅水平臂架。
小車臂架可概分為三種不同型式：?jiǎn)蔚觞c(diǎn)小車臂架，雙吊點(diǎn)小車臂架和起重機(jī)與平衡臂架連成一體的錘頭式小車臂架。單吊點(diǎn)小車變幅臂架是靜定結(jié)構(gòu)，而雙吊點(diǎn)小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點(diǎn)式構(gòu)造；雙吊點(diǎn)小車變幅臂架結(jié)構(gòu)一般幅度都大于50m。雙吊點(diǎn)小車變幅臂架結(jié)構(gòu)自重輕，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點(diǎn)小車變幅臂架相比，自重均可減輕5%-10%。小車變幅臂架拉索吊點(diǎn)可以設(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點(diǎn)，正三角形截面臂架。這種臂架的下弦桿上平面均用作小車運(yùn)行軌道。
2） 分節(jié)問(wèn)題
臂架型式的選定及構(gòu)造細(xì)部處理取決于塔機(jī)作業(yè)特點(diǎn)，使用范圍以及承載能力等因素，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問(wèn)題。
小車臂架常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長(zhǎng)度有6、7、8、10、12m五種。為便于組合成若干不同長(zhǎng)度的臂架，除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間外，一般都配設(shè)1~2個(gè)3~5m長(zhǎng)的延接節(jié)，一個(gè)根部節(jié)，一個(gè)首部節(jié)和端頭節(jié)。端頭節(jié)構(gòu)造應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單輕巧，配有小車牽引繩換向滑輪、起升繩端頭固定裝置。此端頭節(jié)長(zhǎng)度不計(jì)入臂架總長(zhǎng)，但可與任一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間配裝，形成一個(gè)完整的起重臂。本次設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度為6m，另加上2m長(zhǎng)的延接節(jié)。其示意圖見圖2-2：
圖2-2臂架分節(jié)
3） 截面形式及截面尺度
塔機(jī)臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面，本次設(shè)計(jì)的QTZ40采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。其尺寸截面形式如圖2-3所示：
圖2-3 臂架截面及其腹桿布置
1-水平腹桿2-側(cè)腹桿3-上弦桿4-下弦桿
臂架一-五節(jié)：B=1020mm H=800mm
臂架六-七節(jié)：B=1017mm H=800mm
臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構(gòu)造、塔頂高度及拉桿結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點(diǎn)外懸臂長(zhǎng)度影響最大。截面寬度主要與臂架全長(zhǎng)有關(guān)。設(shè)計(jì)臂架長(zhǎng)度為40m，共分七節(jié)。
4） 腹桿布置和桿件材料選用
矩形截面臂架的腹桿體系宜采用人字式布置方式，而三角形截面起重臂的腹桿體系既可采用人字式布置方式，也可 采用順斜置式。此兩種布置方式各有特點(diǎn)。
當(dāng)采用順斜置式式，焊縫長(zhǎng)度較短、質(zhì)量不易保證。焊接變形不均勻，節(jié)點(diǎn)剛度較差，且不便于布置小車變幅機(jī)構(gòu)。因此本設(shè)計(jì)選用人字式布置方式。其優(yōu)點(diǎn)在于，這種布置方式應(yīng)用區(qū)段不受限制，焊縫長(zhǎng)度較長(zhǎng)，強(qiáng)度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點(diǎn)剛度較好，便于布置小車變幅機(jī)構(gòu)。
臂架桿件材料有多種選擇可能性。一般情況下，上吊點(diǎn)小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實(shí)心鋼為宜，但造價(jià)要高。因此本設(shè)計(jì)選用20號(hào)無(wú)縫圓鋼管。其特點(diǎn)是：慣性矩、長(zhǎng)細(xì)比要小，抗失穩(wěn)能力高。下弦采用等邊角鋼對(duì)焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用89×8、89×7，下弦選用的角鋼型號(hào)為：75×8、75×5，臂間由銷軸連接。
5） 吊點(diǎn)的選擇與構(gòu)造
吊點(diǎn)可分為單吊點(diǎn)和雙吊點(diǎn)。其設(shè)計(jì)原則是：臂架長(zhǎng)度小于50m，對(duì)最大起吊量并無(wú)特大要求，一般采用單吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。若臂架總長(zhǎng)在50m以上，或?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴?yīng)采用雙吊點(diǎn)。采用單吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，吊點(diǎn)可以設(shè)在上弦或下弦。吊點(diǎn)以左可看作簡(jiǎn)支梁，以右可看作懸臂梁。在設(shè)計(jì)中采用雙吊點(diǎn)。
3. 平衡臂與平衡重
QTZ40塔式起重機(jī)是上回轉(zhuǎn)塔機(jī)。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)均需配設(shè)平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構(gòu)成設(shè)計(jì)上所需要的作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩，在小車變幅水平臂架自升式塔機(jī)中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺(tái)，除平衡重外，還常在其尾端裝設(shè)起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可發(fā)揮部分配重作用，二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導(dǎo)輪間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。
1） 平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡臂的構(gòu)造設(shè)計(jì)必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。短平衡臂的優(yōu)點(diǎn)是：便于保證塔機(jī)在狹窄的空間里進(jìn)行安裝架設(shè)和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔(dān)施工任務(wù)的塔機(jī)使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)自重較輕。長(zhǎng)平衡臂的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以適當(dāng)減少平衡重的用量，相應(yīng)減少塔身上部的垂直載荷。平衡重與平衡臂的長(zhǎng)度成反比關(guān)系，而平衡臂長(zhǎng)度與起重臂之間又存在一定關(guān)系，因此，平衡臂的合理設(shè)計(jì)可節(jié)約材料，降低整機(jī)造價(jià)。
常用平衡臂有以下三種結(jié)構(gòu)型式：
（1） 平面框架式平衡臂，由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁河系桿構(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設(shè)有防護(hù)欄桿。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易。
（2） 三角形斷面桁架式平臂，又分為正三角形斷面和倒三角形斷面兩種形式。此類平衡臂的構(gòu)造與平面框架式平衡臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，但較為輕巧，適用于長(zhǎng)度較大的平衡臂。從實(shí)用上來(lái)看，正三角形斷面桁架式平衡臂似不如倒三角形斷面桁架式平衡臂。
（3） 矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)平衡臂，其特點(diǎn)是根部與座在轉(zhuǎn)臺(tái)上的回轉(zhuǎn)塔架聯(lián)接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長(zhǎng)的超重型自升式塔機(jī)。
平衡臂結(jié)構(gòu)選用型式的原則是：自重比較輕；加工制造簡(jiǎn)單，造型美觀與起重臂匹配得體。故此次設(shè)計(jì)選用平面框架式平衡臂。它由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿構(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設(shè)有防護(hù)欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易。平衡臂的長(zhǎng)度是10.17m。如圖2-4所示：
圖2-4 平衡臂
2） 平衡重
平衡重屬于平衡臂系統(tǒng)的組成部分，它的用量甚是可觀，輕型塔機(jī)一般至少要用3～4t，重型自升式塔機(jī)要裝有近30t平衡重。因此在設(shè)計(jì)平衡重過(guò)程中，應(yīng)對(duì)平衡重的選材、構(gòu)造以及安裝進(jìn)行認(rèn)真考慮并作妥善安排。
平衡重一般可分為固定式和活動(dòng)式兩種?；顒?dòng)平衡重主要用于自升式塔機(jī)，其特點(diǎn)是可以移動(dòng)，易于使塔身上部作用力矩處于平衡狀態(tài)，便于進(jìn)行頂升接高作業(yè)。但是，構(gòu)造復(fù)雜，機(jī)加工量大，造價(jià)較高。故國(guó)內(nèi)大部分塔機(jī)均采用固定式平衡重。
平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鑄鐵平衡重的構(gòu)造較復(fù)雜，制造難度大，加工費(fèi)用貴，但體形尺寸較小，迎風(fēng)面積較小，有利于減少風(fēng)載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點(diǎn)是體積大，迎風(fēng)面積大，對(duì)塔身結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構(gòu)造簡(jiǎn)單，預(yù)制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風(fēng)吹雨淋，便于推廣。
因此，本次設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)采用鋼筋混凝土式平衡重。
4. 拉桿
QTZ40塔式起重機(jī)采用雙吊點(diǎn)式拉桿結(jié)構(gòu)，拉桿由焊件組成，其材料為16Mn，拉桿節(jié)之間用過(guò)渡節(jié)連接，由受力特性計(jì)算出其拉桿點(diǎn)作為位置，其中在平衡臂和吊臂上設(shè)有拉板和銷軸用來(lái)連接用。
5. 上、下支座
上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強(qiáng)螺栓與回轉(zhuǎn)支承相連接在支承座兩側(cè)安裝有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它下面的小齒輪準(zhǔn)確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設(shè)有限位開關(guān)。
下支座上部用高強(qiáng)螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接、支承上部結(jié)構(gòu)，下部四角平面用4個(gè)銷軸和8個(gè)M30的高強(qiáng)螺栓分別與爬升架和塔身連接。
6. 塔身
塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)的重量和承受載荷，并將這些載荷通過(guò)塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎(chǔ)。
1） 塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
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。圓形斷面和三角形斷面現(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的塔機(jī)均采用方形斷面結(jié)構(gòu)。因此本設(shè)計(jì)采用的也是方形斷面結(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：角鋼焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強(qiáng)筋的矩形斷面格桁架結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構(gòu)塔身及無(wú)縫鋼管焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身。由型鋼或鋼管焊成的空間桁架，其成本比較低，且能滿足工作需要。因此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。這種樣式具有選材方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。常用的矩形尺寸有：1.2m×1.2m，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。此次設(shè)計(jì)的尺寸為1.6m×1.6m。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。塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長(zhǎng)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。選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度為2.5m。
2） 塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
塔身結(jié)構(gòu)的腹桿系統(tǒng)采用角鋼或無(wú)縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內(nèi)側(cè)或焊裝于角鋼主弦桿外側(cè)。斜腹桿和水平腹桿可采用同一規(guī)格，腹桿有三角形，K字型等多種布置形式。腹桿不同會(huì)影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定。
本次設(shè)計(jì)腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結(jié)構(gòu)采用的腹桿布置方式。
3） 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的聯(lián)接方式
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。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣。
本次設(shè)計(jì)的QTZ40塔機(jī)采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點(diǎn)是：套柱采用齊口定位，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，雖加工工藝要求比較復(fù)雜，但安裝速度比較快。
4） 塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 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，制作難度比較大，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??；二是裝卸容易；三是運(yùn)輸費(fèi)用便宜，特別是長(zhǎng)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。
QTZ40屬于中型自升式塔機(jī)，綜合各種型式的特點(diǎn)，塔身結(jié)構(gòu)采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，如圖2-5所示：
圖2-5 塔身結(jié)構(gòu)示意圖
（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(duì)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(wú)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(jí)間距應(yīng)上下相等，并應(yīng)不大于30mm。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。當(dāng)爬梯高度超過(guò)10m時(shí)，爬梯應(yīng)分段轉(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)接處加一休息平臺(tái)。
對(duì)于高檔的塔機(jī)，可根據(jù)用戶要求增設(shè)電梯，以節(jié)省司機(jī)的體力，充分體現(xiàn)人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用。
5） 塔身的接高問(wèn)題
在遇到塔身需要接高問(wèn)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(duì)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。
7．轉(zhuǎn)臺(tái)裝置
轉(zhuǎn)臺(tái)是一個(gè)直接坐在回轉(zhuǎn)支承（轉(zhuǎn)盤）上的承上啟下的支撐結(jié)構(gòu)。
上回轉(zhuǎn)自升式塔機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)多采用型鋼和鋼板組焊成的工字型斷面環(huán)梁結(jié)構(gòu)，它支撐著塔頂結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)塔架 ，并通過(guò)回轉(zhuǎn)支承及承座將上部載荷下傳給塔身結(jié)構(gòu)。
8．回轉(zhuǎn)支承裝置
回轉(zhuǎn)支承簡(jiǎn)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。
1） 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(jiǎn)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(jiǎn)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)。
2） 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：?jiǎn)闻潘狞c(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(duì)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(duì)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。
9．底架
塔機(jī)底架構(gòu)造隨著塔身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（轉(zhuǎn)柱式塔身或定柱式塔身），起重機(jī)的走形方式（軌道式、輪胎式或履帶式）及爬升方式（內(nèi)爬式或外附著自升式）而異。
小車變幅水平臂架自升塔機(jī)采用的底架結(jié)構(gòu)可分為：十字型底架，帶撐桿的十字型底架，帶撐桿的井字型底架，帶撐桿的水平框架式桿件拼裝底架和塔身偏置式底架。
本次設(shè)計(jì)采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，在四角安裝有四條輻射狀可拆卸支腿，該支腿用槽鋼焊接而成，用螺栓與框架結(jié)構(gòu)連接，底架通過(guò)20個(gè)預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，螺栓為M36，底架外輪廓尺寸約為：長(zhǎng)×寬×高=4600×4600×250 mm。
撐桿的作用是使塔身基礎(chǔ)節(jié)與底架的四角相連，形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，增加塔機(jī)整體穩(wěn)定性。由于塔身?yè)螚U的設(shè)置，塔身危險(xiǎn)斷面由塔身根部向上移到撐桿的上支承面，同時(shí)塔身根部平面對(duì)底架的作用減小，從而改善底架的受力情況。
底架安裝時(shí)，將底架拼裝組合，放置于混凝土基礎(chǔ)上，對(duì)正四角的放射形支腿地腳螺栓，使底架墊平牢實(shí)，要求校平，平面度小于1/1000，擰緊20個(gè)M36的地腳螺栓。
10. 附著裝置
附著裝置由一套附著框架，四套頂桿和三根撐桿組成，通過(guò)它們將起重機(jī)塔身的中間節(jié)段錨固在建筑物上，以增加塔身的剛度和整體穩(wěn)定性．撐桿的長(zhǎng)度可以調(diào)整，以滿足塔身中心線到建筑物的距離限制．
塔身附著裝置是用角鋼對(duì)焊組合成的附著框架，由螺栓聯(lián)接成框形，包箍于塔身標(biāo)準(zhǔn)的外表面，在附著框架下方的塔身主弦桿上分別固定一個(gè)小抱箍，以支持附著框架的重量，再由三根可伸縮調(diào)整的附著撐桿，通過(guò)銷軸把該框架與建筑物連接，使塔機(jī)在規(guī)定高度與建筑物附著。．附著裝置如圖2-6所示：
2-6 附著裝置
11. 套架與液壓頂升機(jī)構(gòu)
1） 爬升架
爬升架主要由套架，平臺(tái)，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(wú)縫鋼管焊接而成，節(jié)高4.94米，截面尺寸2.0×2.0米2。外側(cè)設(shè)有平臺(tái)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(tái)，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(guò)程中作為爬升架承托上部結(jié)構(gòu)重量之用。
2） 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(tái)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。
3） 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)。套架由框架，平臺(tái)，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(méi)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。
4） 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)接高和下頂升接高三種形式。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)臂自升式塔是起重機(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(wú)需松開錨固裝置，應(yīng)用面比較廣。
本次設(shè)計(jì)的QTZ40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)、鏈輪頂升機(jī)構(gòu)、齒條頂升機(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(jiǎn)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(guò)絲杠正、反轉(zhuǎn)，完成頂升過(guò)程。
本次設(shè)計(jì)的QTZ40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(jiǎn)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。液壓頂升系統(tǒng)如圖2-7所示：
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)，活塞桿外身，通過(guò)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(guò)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(lái)。側(cè)頂式的主要優(yōu)點(diǎn)是：塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)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QTZ40塔式起重機(jī)采用側(cè)頂式。
12. 基礎(chǔ)
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)。
鋼筋混凝土基礎(chǔ)有多種形式可供選用。對(duì)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(chǎng)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(duì)于無(wú)底架的自升式塔式起重機(jī)則采用整體式方塊基礎(chǔ)。如這種塔機(jī)必須安裝在深基坑近旁，或者塔機(jī)安裝位置地質(zhì)條件較差，則應(yīng)采用鉆孔灌注樁承臺(tái)基礎(chǔ)。
1） 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(guò)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2-8所示：
圖2-8 X形整體基礎(chǔ)
2） 長(zhǎng)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(lái)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)。
3） 分塊式基礎(chǔ)由四個(gè)獨(dú)立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結(jié)構(gòu)傳來(lái)的整機(jī)自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構(gòu)造尺寸視塔機(jī)支反力大小基地耐力而定。由于基礎(chǔ)僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負(fù)荷獨(dú)立柱基礎(chǔ)處理。其優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，混凝土及鋼筋用量都比較少，造價(jià)便宜。
4） 無(wú)底架固定式自升式塔機(jī)的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎(chǔ)。塔機(jī)的塔身結(jié)構(gòu)通過(guò)塔身基礎(chǔ)節(jié)、預(yù)埋塔身框架或預(yù)埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。
由于塔身結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)聯(lián)固成整體，混凝土基礎(chǔ)能發(fā)揮承上啟下的作用：將塔機(jī)上不得載荷全部傳給地基。由于整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)的體形尺寸是考慮塔式起重機(jī)的最大支反力、地基承載力以及壓重的需求而選定的，因而能確保塔機(jī)在最不利工況下均可安全工作，不會(huì)產(chǎn)生傾翻事故?；A(chǔ)預(yù)埋深度根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地基情況而定，一般塔式起重機(jī)埋設(shè)深度為1-1.5米，但應(yīng)注意須將基礎(chǔ)整體埋住。
本次設(shè)計(jì)的QTZ40塔式起重機(jī)，選用的混凝土基礎(chǔ)為x基礎(chǔ)（如圖2-9所示）。混凝土外輪廓尺寸約為：長(zhǎng)×寬×高=7000×7000×1100 mm（長(zhǎng)×寬×高），總混凝土方量約11立方米，基礎(chǔ)重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A(chǔ)用鋼筋混凝土搗制，混凝土標(biāo)號(hào)為300號(hào)，在基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等?；A(chǔ)的制作應(yīng)嚴(yán)格按圖施工?；A(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﹥1100mm 。
圖2-9 塔機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
2.2.2 工作機(jī)構(gòu)
工作機(jī)構(gòu)是為實(shí)現(xiàn)起重機(jī)不同的運(yùn)動(dòng)要求而設(shè)置的。對(duì)于自升式塔式起重機(jī)，主要包括起升機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，變幅機(jī)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)完成起吊重物、運(yùn)送重物到指定地點(diǎn)并安裝就位三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的吊裝作業(yè)。
為了提高塔機(jī)生產(chǎn)率，加快吊裝施工進(jìn)度，無(wú)論是起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均應(yīng)具備較高的工作速度，并要求從靜止到全速運(yùn)行，或從全速運(yùn)行轉(zhuǎn)入靜停的全過(guò)程，都能平緩進(jìn)行，避免產(chǎn)生急劇沖動(dòng)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。對(duì)于高層建筑施工用的塔機(jī)來(lái)說(shuō)，由于起升高度大，起重臂長(zhǎng)，起重量大，對(duì)工作機(jī)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)有更高的要求。
1. 起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)使用頻繁而又最重要的工作機(jī)構(gòu)。它主要由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、卷筒和制動(dòng)器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。為了提高起重機(jī)的工作效率和安全可靠性，要求起升機(jī)構(gòu)具有適合的調(diào)速性能。起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-10所示。
2-10起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1-三速電機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-液力推桿制動(dòng)器
4-ZQ500圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器
根據(jù)使用說(shuō)明書，起升機(jī)構(gòu)由一合三速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/
144rpm。通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)與ZQ500型圓柱齒輪變速箱驅(qū)動(dòng)起升卷筒，本機(jī)構(gòu)采用液力推桿制動(dòng)器。起升速度由電控三速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)其“兩快一慢”的動(dòng)作，本機(jī)構(gòu)還備有高度限位裝置，避免起升時(shí)卷筒發(fā)生過(guò)卷現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整高度限位裝器行程開關(guān)的碰塊的位置，以實(shí)現(xiàn)吊鉤在最大高度時(shí)，起升機(jī)構(gòu)斷電，保護(hù)高度限位的安全。高度限位器只是一種安全裝置，不允許用來(lái)作工作裝置使用。
1) 起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式
按照起重機(jī)的傳動(dòng)方式不同，起升機(jī)構(gòu)有機(jī)械傳動(dòng)，電力-機(jī)械傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱電力傳動(dòng)），和液壓-機(jī)械傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱液壓傳動(dòng)）等形式。
（1） 機(jī)械傳動(dòng)：其動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置傳至起升機(jī)構(gòu)起升卷筒，同時(shí)也傳至其它工作機(jī)構(gòu)，由于集中驅(qū)動(dòng)，為保證各機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)比較復(fù)雜。起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速困難、操作麻煩、但工作可靠。
（2） 電力傳