起重機起升機構的設計

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1、湖 南 農 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設計 塔式起重機起升機構設計 THE LIFTING MECHEANISM OF CRANE TOWER DESIGN 學生姓名：徐浩 學號：201140914121 年級專業(yè)及班級：2011級機械教（一）班 指導老師及職稱：吳彬 講師 學院：教育學院 湖南·長沙 提交日期：2015年5月 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫

2、過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年月日 目錄 摘要1 關鍵詞1 1 前言2 2 總體設計2 2.1 概述2 2.2 確定總體設計方案2 2.2.1 金屬結構2 2.2.2 工作機構8 2.3 總體設計原則11 2.3.1 整機工作級別11 2.3.2 機構工作級別11 2.3.2 主要技術性能參數(shù)11 3 起升機構的設計和計算12 3.1起升機構的形式12 3.2 確定起升機構滑輪組倍率13 3.3 鋼絲繩的選擇13 3.3.1 鋼絲繩

3、的選擇包括鋼絲繩的結構型式的選擇和鋼絲繩直徑的確定13 3.4 確定卷筒的尺寸14 3.4.1 卷筒的名義直徑D14 3.4.2 多層繞卷筒相關參數(shù)計算15 3.5. 選擇電動機15 3.5.1 計算電動機的凈功率15 3.5.2 選擇電動機功率16 3.6計算傳動比，確定卷筒直徑16 3.7 校驗卷筒17 3.8 選擇滑輪17 3.9 選擇減速器、制動器、聯(lián)軸器18 3.9.1 選擇減速器18 3.9.2 起升機構制動器的選擇18 3.9.3起升機構聯(lián)軸器的選擇19 3.10 電動機及起升機構起、制動時間校驗21 3.10.1 電動機校驗21 3.10.2 起

4、升機構起、制動時間驗算22 4 吊鉤組的設計23 4.1 吊鉤組的形式23 4.2 吊鉤的形式24 4.3 吊鉤計算24 4.4 吊鉤橫梁計算26 5 總結27 參考文獻27 致謝28 塔式起重機起升機構設計 學生：徐浩 指導老師：吳彬 (湖南農業(yè)大學教育學院，長沙 410128) 摘要:塔式起重機作為建筑施工的主要設備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉，臂架長度較大，結構輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。 QT40塔式起重機有多種形式，此次設計的形式為上

5、回轉液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為36米，在附著狀態(tài)下可達到100米，其工作幅度為50米。 關鍵詞:QTZ40塔式起重機；起升機構；吊鉤組 The Lifting Mecheanism of qtz40 Crane Tower Design Student:Xu Hao Tutor:Wu Bin (College of Education, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:As an important facility, the tower crane pla

6、ys 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-a

7、ir work and mainly used for industry and civil construction There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary

8、 type is 36meter high; it could reach the height of 100meters when it is being adhered. Its work scope is 50 meters. Key words:QTZ40 tower crane；lifting mechanism；hook group 1前言 塔式起重機是一種塔身豎立起重臂回轉的起重機械，在工業(yè)與民用建筑施工中是完成預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設備。工作機構主要包括：起升機構、回轉機構、小車牽引機構、臺車行走驅動機構等；起升機構是塔式起重機中最重要、最基本的機

9、構，是以間歇，重復工作方式，將重物通過其中吊鉤或其他吊具懸掛在承載構件（如鋼絲繩、鏈條）上進行起升、下降，或起升與運移的機械設備。 塔式起重機（簡稱塔機）采用方鋼，起重高度通過增減標準節(jié)調節(jié)，現(xiàn)在市場上的塔式起重機品種眾多，但是離不開一個規(guī)律，其起重量大的起重機，吊臂長、覆蓋范圍大、布料半徑大、同時標準節(jié)相應的強度高，塔身設計高度也高。我所設計的塔機為QTZ40塔機的一種，初步預測標準節(jié)的主弦桿和腹桿采用方形鋼。由于本人水平有限，真誠希望各位老師提出修改意見和方案。 2總體 2.1概述 總體設計是畢業(yè)設計中至關重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設計的基礎和框架。只有在做好總體設計的前提下，才能更

10、好的完成設計。它是對滿足塔機技術參數(shù)及形式的總的構想，總體設計的成敗關系到塔機的經(jīng)濟技術指標，直接決定了塔機設計的成敗。 2.2 總體設計方案 QTZ40塔式起重機是上回轉液壓自升式起重機。盡管其設計型號有各種各樣，但其基本結構大體相同。整臺的上回轉塔機主要由金屬結構，工作機構，液壓頂升系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)及安全保護裝置等五大部分組成。 2.2.1 金屬結構 塔式起重機金屬結構部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉臺等主要部件組成。對于特殊的塔式起重機，由于構造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結構是塔式起重機的骨架，承受塔機的自重載荷及工作時的各種外載荷，是塔式起重機的重要組

11、成部分，其重量通常約占整機重量的一半以上，因此金屬結構設計合理與否對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材以及提高起重機的可靠性等都有重要意義。 (1)塔頂 自升塔式起重機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的上部載荷，并通過回轉塔架、轉臺、承座等的結構部件或直接通過轉臺傳遞給塔身結構。 本設計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。塔冒用無縫鋼管焊接而成，頂部設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，頂部應裝有安全燈和避雷針。其結構如圖1所示： 圖1塔頂結構圖 F

12、ig1The tower structure (2)起重臂 1） 構造型式 塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構造型式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。 小車變幅水平臂架，簡稱小車臂架，是一種承受壓彎作用的水平臂架，是各式塔機廣泛采用的一種吊臂。其優(yōu)點是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進行水平位移，并能平穩(wěn)準確地進行安裝就位。因此此次設計采用小車變幅水平臂架。 2） 分節(jié)問題 臂架型式的選定及構造細部處理取決于塔機作業(yè)特點，使用范圍以及承載能力等因素，設計時，應通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。 小車臂架常用的標準

13、節(jié)間長度有6、7、8、10、12m五種。為便于組合成若干不同長度的臂架，除標準節(jié)間外，一般都配設1~2個3~5m長的延接節(jié)，一個根部節(jié)，一個首部節(jié)和端頭節(jié)。此端頭節(jié)長度不計入臂架總長，但可與任一標準節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。本次設計選用標準節(jié)長度為6m，另加上2m長的延接節(jié)。其示意圖見圖2： 圖2臂架分節(jié) Fig.2Boom section 3） 截面形式及截面尺度 塔機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，本次設計的QTZ40采用正三角形截面。選用這種方式的優(yōu)點是：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3

14、所示： 1-水平腹桿2-側腹桿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 圖3 臂架截面及其腹桿布置 Fig3Boom section and the arrangement of CHS 臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構造、塔頂高度及拉桿結構等因素有關。截面寬度主要與臂架全長有關。設計臂架長度為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。 臂架桿件材料有多種

15、選擇可能性。一般情況下，上吊點小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實心鋼為宜，但造價要高。因此本設計選用20號無縫圓鋼管。其特點是：慣性矩、長細比要小，抗失穩(wěn)能力高。下弦采用等邊角鋼對焊的箱型截面桿件，經(jīng)濟實用，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為：75×8、75×5，臂間由銷軸連接。 (3)平衡臂與平衡重 QTZ40塔式起重機是上回轉塔機。上回轉塔機均需配設平衡臂，其功能是支撐平衡重，用以構成設計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中，平衡臂也是延伸了的轉臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設起升機構。起升機構之所以同平

16、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） 平衡臂的結構型式 平衡臂結構選用型式的原則是：自重比較輕；加工制造簡單，造型美觀與起重臂匹配得體。故此次設計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成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結構簡單，加工容易。平衡臂的長度是10.173m。如圖4所示： 圖4平衡臂 Fig 4balance arm 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，輕型塔機一般至少要用3～4t

17、，重型自升式塔機要裝有近30t平衡重。因此在設計平衡重過程中，應對平衡重的選材、構造以及安裝進行認真考慮并作妥善安排。 本次設計的塔式起重機采用鋼筋混凝土式平衡重。 (4) 拉桿 QTZ40塔式起重機采用雙吊點式拉桿結構，拉桿由焊件組成，其材料為16Mn，拉桿節(jié)之間用過渡節(jié)連接，由受力特性計算出其拉桿點作為位置，其中在平衡臂和吊臂上設有拉板和銷軸用來連接用。 (5) 上、下支座 上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強螺栓與回轉支承相連接在支承座兩側安裝有回轉機構，它下面的小齒輪準確地與回轉支承外齒圈嚙合，另一面設有限位開關。 下支座上部用高強螺栓與回轉支承連接、支承上

18、部結構，下部四角平面用4個銷軸和8個M30的高強螺栓分別與爬升架和塔身連接。 (6)塔身 塔身結構也稱塔架，是塔機結構的主體，支撐著塔機上部結構的重量和承受載荷，并將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎。 1） 塔身結構斷面型式 塔身結構斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。本設計采用的是方形斷面結構。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。此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。此次設計的尺寸為1.6m×1.6m。主弦桿截面較大的標準節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標準節(jié)則用于上部塔身。塔身標準節(jié)的長度有2.5m，3m，3.33m，4.5m，5m，6m，

19、10m等多種規(guī)格，常用的尺寸是2.5m和3m。選用標準節(jié)長度為2.5m。 2） 塔身結構腹桿系統(tǒng) 塔身結構的腹桿系統(tǒng)采用角鋼制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內側。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。 此設計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結構采用的腹桿布置方式。 3） 標準節(jié)間的聯(lián)接方式 塔身標準節(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)接應用最廣。 4） 塔身結構設計 輕、中型自升塔機和內爬式塔機宜采用整體式塔身標準節(jié)。附著式自升式塔機和起升高度大的軌道式以及獨立式自升塔機宜采用拼裝式

20、塔身標準節(jié)。 QTZ40屬于中型自升式塔機，綜合各種型式的特點，塔身結構采用整體式塔身標準節(jié)，如圖5所示： 圖5塔身結構示意圖 Fig5The tower structure diagram 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應發(fā)展組合制式塔機的需要，對于達到40m起升高度的塔機塔身宜采用兩種不同規(guī)格的塔身標準節(jié)，而起升高度達到60m的塔機塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標準節(jié)。除伸縮式塔身結構和中央頂升式自升塔機的內塔外，塔身結構上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結構的主弦桿截面則須予以加大。 塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實心圓鋼，取決于塔身的

21、起重能力、供貨條件、經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。 塔身節(jié)內必須設置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設計塔身標準節(jié)，特別是在設計拼裝式塔身標準節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關系，以保證使用安全及安裝便利。 (7)轉臺裝置 轉臺是一個直接坐在回轉支承（轉盤）上的承上啟下的支撐結構。 上回轉自升式塔機的轉臺多采用型鋼和鋼板組焊成的工字型斷面環(huán)梁結構，它支撐著塔頂結構和回轉塔架 ，并通過回轉支承及承座將上部載荷下傳給塔身結構。 (8)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，通過它們將起重機塔身的中間節(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

22、度可以調整，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焊組合成的附著框架，由螺栓聯(lián)接成框形，包箍于塔身標準的外表面，在附著框架下方的塔身主弦桿上分別固定一個小抱箍，以支持附著框架的重量，再由三根可伸縮調整的附著撐桿，通過銷軸把該框架與建筑物連接，使塔機在規(guī)定高度與建筑物附著。附著裝置如圖6所示： 圖6附著裝置 Fig 6Attached Member 工作機構 工作機構是為實現(xiàn)起重機不同的運動要求而設置的。對于自升式塔式起重機，主要包括起升機構，回轉機構，變幅機構和頂升機構。依靠這些機構完成起吊重物、運送重物到指定地點并安裝就位三項運動在內的吊裝作業(yè)。 (1)

23、起升機構 起升機構是塔式起重機使用頻繁而又最重要的工作機構。它主要由電動機、減速機、卷筒和制動器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤等組成。為了提高起重機的工作效率和安全可靠性，要求起升機構具有適合的調速性能。 1） 起升機構的驅動方式 本設計選用多速電機起升機構。這種起升機構特點是：結構簡單、運行可靠，成本低，維護工作量小，并且可以帶載變速。但在變換極速時，速度沖擊和電流沖擊都比較大，故只適用與小容量的電機。 2） 起升機構的減速器 起升機構采用的減速器通常有以下幾種：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星齒輪減速器等。圓柱齒輪減速器效率高，功率范圍大，使用普遍，但體積大。蝸輪減速器的尺寸小，傳動比大

24、，重量輕，但效率低，壽命短。行星齒輪減速器包括擺線針輪行星減速器和少齒差行星減速器，具有結構緊湊、傳動比大、重量輕等特點，但價格較貴。比較上述性能，選用圓柱齒輪減速器。 3） 起升機構的制動器 起升機構的制動器可布置在高速軸上，也可布置在低速軸上。制動器布置在高速軸上時，所需制動力矩小，但制動時沖擊較大，通常采用塊式制動器。布置在低速軸上的制動器，所需制動力矩較大，通常采用帶式制動器或點盤式制動器。本設計將制動器布置在高速軸上，采用塊式制動器。 4） 滑輪組倍率 在起升機構中，滑輪倍率裝置是為了使起升機構的起重能力提高一倍，而起升速度會降低一倍，這樣起升機構能夠更加靈活地滿足施工的需

25、要。塔式起重機一般都為單聯(lián)滑輪組，故倍率a等于承載分支數(shù)Z。起升速度有6種，見表1： 表1起升特性參數(shù)表 Table 1Hoisting characteristic parameter table 倍率 a=2 a=4 起重量（t） 空勾 2 2 0.188 4 4 速度（m/min） 92 61 14 30 20 4.5 四倍率與二倍率轉化方便、快捷，起升機構鋼絲繩纏繞示意圖及倍率轉換如圖7所示： 1-起升卷筒2-塔頂滑輪 3-起重

26、量限制器滑輪 4-載重小車5-臂端固定點6-上滑輪7-吊鉤滑輪組 圖7 起升機構鋼絲繩纏繞示意圖 Fig7Wire rope winding hoist 變換倍率的方法如下：將上滑輪6用銷軸與吊鉤滑輪組7的兩滑輪的桿交點連接起來，此時即為四倍率狀態(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)變幅機構 變幅機構是實現(xiàn)改變幅度的工作機構，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅機構由電動機、減速器、卷筒和制動器組成。功率和外形尺寸較小。 變幅機構按其構造和不同的變幅方式分為運行小車式和吊臂俯仰式。 此次設計的QTZ40型塔式起重機采用水平臂小

27、車變幅，實現(xiàn)小車的水平移動。按照小車沿吊臂弦桿行走方式。 本次設計選用多速電機變幅機構。它是由一臺雙速電動機（型號為112M8/4-B3）制動器的聯(lián)軸節(jié)至擺線針輪減速機驅動卷筒。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，應保留有3～4圈鋼絲繩的光卷筒。當工作一段時間，鋼絲繩被拉長而撓度過大時，可用變幅小車的螺栓將鋼絲繩收緊。變幅機構及鋼絲繩纏繞方式如圖8所示： 變幅機構簡圖 1-變幅卷筒 2-擺線針輪減速機 3-制動器 4-電動機 圖8 變幅機構及鋼絲繩纏繞簡圖 Fig8 Lu

28、ffing mechanism and the steel wire rope winding diagram 2.3 總體設計原則 2.3.1 整機工作級別 塔式起重機的工作級別與它的利用等級（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。 根據(jù)使用狀態(tài)由GB/T 13752-92《塔式起重機設計規(guī)范》選取本次設計的QTZ40自升式建筑用塔機的利用等級為U4，載荷狀態(tài)為Q2，起升等級為HC2，工作級別為A4,名義載荷譜系數(shù)Kf=0.25。 2.3.2 機構工作級別 根據(jù)GB/T 13752-92《塔式起重機設計規(guī)范》規(guī)定： 機構的工作級別按機構的利用等級和載荷狀態(tài)分為

29、六級：M1- M6。 機構的利用等級按機構工作總時間分為六級：T1- T6。機構工作總時間規(guī)定為機構在設計壽命期內處于運轉的總小時數(shù)，它僅作為機構零件的設計基礎，而不能視為保用期。 機構的載荷狀態(tài)表明機構受載的輕重程度，按載荷譜系數(shù)分為三級：L1- L3。 由塔式起重機使用手冊P31表2-3-1及GB/T 13752-92《塔式起重機設計規(guī)范》附錄L表L1取定起升機構、回轉機構、變幅機構、頂升機構的工作級別如表2所示： 表2工作機構級別 Table 2 Work organization level 起升機構 回轉機構 變幅機構

30、 頂升機構 Kf=0.25 Kf=0.50 Kf=0.25 Kf=0.25 T4 L2 M4 T4 L3 M3 T3 L2 M3 T1 L2 M1 2.3.2 主要技術性能參數(shù) 1. 額定起重力矩 40tm 2. 最大起重力矩 45.4tm 3. 最大起重量 4t 4. 起升高度 固定式 30m 附著式 10

31、0m 5. 工作幅度 Rmax=42m, Rmin=2.5m 6. 小車運行速度 38m/min, 19m/min 7. 頂升速度 0.63 m/ min 3 起升機構的設計和計算 3.1起升機構的形式 從起升機構的組成布置形式來看，大體可分為：π形布置、L形布置、U形布置、一字布置。各種形式的示意圖如圖12所示: 1π形布置 2L形布置 3U形布置 4一字布置 圖9 起升機構的形式示意圖 Fig9 Schematic diagram in the form of lifting mechanism (1)π形布置 π形布置是最傳統(tǒng)的布置，

32、也是使用最多的布置形式。其優(yōu)點是可以使用普通的圓柱齒輪減速器，有大批量生產(chǎn)供貨來源，成本低。但其最大的缺點是電機與卷筒平行，減速機的中心距限制了卷筒的直徑。局部改進的辦法是增加中間軸。 (2)L形布置 L形布置的傳動路線必須有90度的折轉。也就是卷筒軸線與電機軸線成90度。這樣就避免了電機與卷筒的干涉，卷筒直徑可以加大，做成大而短的卷筒，可以克服 形布置的缺點。這是L形布置的主要優(yōu)點。但電動機、制動器、減速機都在卷筒的同一側，如要卷筒對中，單邊受載比較嚴重，對平衡臂受載不利。 (3)U形布置 U形布置指的是兩臺立式電機的軸線沿鉛直方向，經(jīng)過兩對螺旋傘齒輪，帶動水平軸旋轉，該兩水平軸從卷

33、筒兩端插入到卷筒內，帶動行星差動減速器運動，最后由行星減速器的內齒輪帶動卷筒旋轉。這種起升機構的優(yōu)點是結構比較對稱，卷筒可以做大，變速較平穩(wěn)，可靠性好。但制造要求高，裝配復雜，成本高，適合于功率比較大的塔式起重機。 (4)一字布置 一字布置是由一根輸入軸和輸出軸相嵌套的特種減速機，電機和減速機、制動器分別布置在卷筒兩端，電機的輸出軸通過傳動套和聯(lián)接軸帶動輸入軸，減速后輸出軸直接帶動卷筒旋轉。這種布置形式，重量比較對稱，卷筒不受干涉，可以作的大而短。但其總長度較長，底架長度超出平衡臂寬度。 綜合考慮，本設計采用π形布置。 3.2 確定起升機構滑輪組倍率 起升機構滑輪組倍率的選擇直接影

34、響整個機構的設計。起升機構中常采用省力滑輪組。起升鋼絲繩的拉力與倍率直接有關。當起重量一定時，選擇大的倍率可降低鋼絲繩中拉力，從而使滑輪和卷筒尺寸減小，獲得較緊湊的機構尺寸。此外，倍率的增大將降低整個滑輪組的效率，并使起升機構的空鉤難于下降。通常起升機構的倍率與額定起重量有一定關系。 當Q ≤ 3t時 選 a = 2； 當Q ≤ 6t時 選 a = 4。 3.3 鋼絲繩的選擇 3.3.1 鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩的結構型式的選擇和鋼絲繩直徑的確定 (1) 根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同可分為： 1)點接觸繩:其特點是接觸應力高，表面粗糙，易破斷，使用壽命低。但

35、制造工藝簡單、價格低。 2)線接觸繩:其特點是鋼絲繩撓性好，承載能力大，磨性好，使用壽命長，在起重機中應當予以優(yōu)先選用。 3)點線接觸繩，這是一種混合結構的鋼絲繩。 4)面接觸繩，多用于纜繩起重機與架空索道，不宜用作起重繩。 綜合各種類型鋼絲繩的優(yōu)缺點，選擇線接觸繩。 (2) 確定鋼絲繩的直徑 用選擇系數(shù)C來確定鋼絲繩的直徑D(mm): (1) 式中 C---- 選擇系數(shù)，由《起重機設計手冊》表3-1-2，取C = 0.1； S---- 鋼絲繩最大工作靜拉力（N）。按下式計算： (

36、2) 鋼絲繩的最大靜拉力s 式中 Q----起升載荷 Q= Q0 + q 由《起重機設計手冊》表2-2-2取； 其中a----滑輪組的倍率，a = 4； ----滑輪效率，由《起重機設計手冊》表3-2-11選取 ，當a = 4 時 , ； ---導向滑輪效率。由《起重機設計手冊》表2-2-3選取， 由《起重機設計手冊》表3-1-1選取鋼絲繩型號為 6x（19）-10-102-Ⅱ-右交。 (3)校驗 破壞力 破斷拉力 可得

37、 ， 即校驗通過。 3.4 確定卷筒的尺寸 3.4.1 卷筒的名義直徑D (3) 式中 D----卷筒名義直徑； d----鋼絲繩直徑，d = 11 mm； e----筒繩直徑比，由《起重機設計手冊》表3-3-2選取，取e = 18； 為了避免卷筒的長度太長，初取D =250mm。 繩槽半徑 ； 繩槽深度 ； 繩槽節(jié)距 ； 卷筒計算直徑 ； 鑄造卷筒壁厚 。 3.4.2 多層繞卷筒相關參數(shù)計算 (1)卷筒面上鋼絲繩卷繞圈數(shù) (4) 取Z=55圈 式中 n----卷繞層數(shù)，一般

38、取n = 3～6,取n = 4； ---安全圈數(shù)，取。 (2)卷筒長度 (3)繞繩量 (4)卷筒轉速 3.5. 選擇電動機 3.5.1 計算電動機的凈功率 (5) 式中 Q，V----起升載荷及起升速度， ；V=20m/min。 η----機構總效率，按下式計算 其中——滑輪總效率，見[3]表3-2-10，取 ——導向滑輪效率，見表2-2-3，取 ——卷筒效率 ——傳動效率，見表2-2-4，取 3.5.2 選擇電動機功率 根據(jù)機構級別工作級別、作業(yè)特點以及電動機的工作特性，同時為了滿足電動機起動和不過熱要求，所選電動 機的額定功應

39、滿足下式： 式中 G----穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，見《起重機設 計手冊》表2-2-5取G=0.8； Q，V-----同上。 故選擇多速三相異步電動機，根據(jù)[3]表5-1-13選取型號為 ：YZR200L-6-964r/min---22KW 3.6計算傳動比，確定卷筒直徑 (6) 圓整得i=9 由公式 (7) 得 即卷筒實際直徑 卷筒的實際轉速 = 116.7r/min 3.7 校驗卷筒 根據(jù)[5]P55式3-18驗算，由于,這時彎曲和扭轉應力很小，其合成應力一般不超過壓應力的10%～15%，一般忽略不計；因此只計算壓應力。 壓

40、應力： (8) 式中 A--多層卷繞系數(shù),根據(jù)[5]P56表3-4來選取 n=4，所以取A=2.25 p---繩槽節(jié)距，p=14mm； ----卷筒壁厚， ---抗壓強度極限,（為抗壓強度極限）。 總上計算可得 ，所以卷筒滿足條件。 3.8 選擇滑輪 滑輪可以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達到省力或增速的目的。 滑輪的最小直徑據(jù)[5]P43式3-1來計算： 式中----按鋼絲繩中心計算的的滑輪直徑； d ----鋼絲繩的直徑； h ----輪繩直徑比系數(shù)，與機構工作級別和

41、鋼絲繩結構有關，按[3]表3-2-1取h=20； 根據(jù)《起重機設計手冊》表3-2-6選MC尼龍滑輪，型號是LGS6.0225-100-60。 繩槽測標的傾斜角,取為20度。 滑輪工作直徑為 滑輪槽深為 (9) 允許偏角 (10) 3.9 選擇減速器、制動器、聯(lián)軸器 3.9.1 選擇減速器 選用標準型號的減速器時，其總設計壽命一般應與它所在機構的利用等級相符合。一般情況下，可根據(jù)傳動比，輸入軸的轉速，工作級別和電動機的額定功率來選擇減速器的具體型號并使減速器的許用功率[P]滿足下式： (11) 式中 ----在基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率（KW）。

42、 K---選用系數(shù)，根據(jù)減速器的型號和使用場合確定,取K=1.5。 根據(jù)起升機構的傳動比 ，再綜合考慮布置限制，選擇QJR-236-9-Ⅳ-CW型減速器,圖形參考[6]P18-25。 3.9.2 起升機構制動器的選擇 起升機構的制動器要求可靠耐用，因為制動性能的好壞直接影響安全和就位準確性。大體有以下幾種形式： (1)電磁抱閘：是由彈簧力緊鎖閘瓦，抱住制動輪。電1磁線圈通電，彈簧壓縮，松開閘瓦，讓電機旋轉。這種制動器用途最廣，但是隨著起重量的增加，已經(jīng)適應不了要求，可靠性降低。 (2)電力液壓推桿制動器：是用一個很小的電液泵帶動一推桿來壓縮彈簧，代替上面所述電磁鐵的作用，以

43、松開閘瓦，其它部分還是抱閘結構，但是它的力量和行程比電磁鐵大，所以使用范圍大，工作可靠。 (3)盤式制動器：是一種由電磁鐵控制的圓盤形端面摩擦制動器，常常裝在電動機尾部，不再要制動輪。它結構緊湊，但是制動輪力矩小，而且易磨損，在垂直提升的起升機構上往往不適應，容易打滑。 (4)錐形轉子電機制動器：它是錐形轉子的電機特有的功能，其尾部帶有一個梯形截面的制動盤。當斷電時，靠彈簧力推動轉子軸向移動，梯形盤斜邊錐面產(chǎn)生制動；當通電時電機電磁力自動壓縮彈簧，使制動盤離開制動面，解除制動。它不需要另加電磁線圈，而且制動力矩比平面的盤式制動器好，一般用于小的起升機構。 起升機構制動器的制動轉矩必須大于

44、由貨物產(chǎn)生的靜轉矩，在貨物處于懸吊狀態(tài)時具有足夠的安全裕度，制動轉矩應滿足下式要求： (12) 式中 -----制動器制動轉矩，N·m。 ----制動安全系數(shù)，與機構重要程度和機構工作級別有關，由《起重機設計手冊》表2-2-7，取=1.75。 Q------額定起升載荷，N。 D0-----卷筒卷繞直徑，mm。 a------滑輪組倍率。 η------機構總效率。 i------傳動機構傳動比。 綜上所述，選擇電力液壓塊式制動器，根據(jù)[3]P316表3-7-16和表3-7-17選擇型號YWZ—300/45—16，制動力矩是，制動瓦退距是1.25m

45、m，制動輪直徑是315mm。 3.9.3起升機構聯(lián)軸器的選擇 在起升機構上，有輸入聯(lián)軸器和輸出聯(lián)軸器兩種不同形式，分別接在減速器的輸入軸和輸出軸上。 (1)輸入聯(lián)軸器: 輸入聯(lián)軸器轉速高，傳遞的力矩較小，但起動時常受沖擊，所以也必須、有足夠的強度。通常用的有彈性柱銷式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器簡單，用的也多，但毛病也多，主要是彈性橡膠圈很容易損壞；在起升機構中用的較多是梅花形聯(lián)軸器，它是由兩個聯(lián)軸節(jié)里嵌入尼龍作的一個梅花形傳動塊，即能受沖擊，也沒有多大的聲響。 綜上所述，選擇彈性柱銷式聯(lián)軸器。 (2)輸出聯(lián)軸器 輸出軸聯(lián)軸器轉速低，傳動的力矩大。在起升機構中常用的有齒輪聯(lián)軸器，它是由內外

46、齒輪它的應用較普遍。另一種是十字滑塊聯(lián)軸器，它是在兩個聯(lián)軸相嵌套來傳遞力矩，又能略微調節(jié)軸線方位角，節(jié)之間加一個盤式十字滑塊，既傳遞力矩，又吸收微小的不同心。綜上所述，選擇齒輪聯(lián)軸器。 依據(jù)所傳遞的扭矩，轉速和被聯(lián)接的軸徑等參數(shù)選擇聯(lián)軸器規(guī)格，起升機構中的聯(lián)軸器應滿足下式要求： (13) 式中 T-----所傳扭矩的計算值（N·m）。 Tmax-----按載荷計算的軸傳最大扭矩。 對高速軸: 在此 為電動機轉矩允許過載倍數(shù)，Tn為電動機額定轉矩 其中P為電動機額定功率（kw）,n為轉速（r/min）； 對低速軸: 在此為起升載荷動載荷系數(shù)，取，Tj為鋼絲繩最大靜拉力作用于卷

47、筒的扭矩（N·m）。 [T]----聯(lián)軸器許用扭矩（N·m），由《手冊》或產(chǎn)品目錄中查得。 K1-----聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對起升機構， K1 =1.8（由《手冊》表3-12-2選?。?。 K3-----角度偏差系數(shù)，選用齒輪聯(lián)軸器時其值見《手冊》表3-12-4，低速軸K3=1.25；對于高速軸取K3 =1。 對于高速軸 查[3]P450表3-12-9，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號TL9 許用扭矩是。 對于低速軸 查[3]表3-12-7，選用齒輪銷聯(lián)軸器，型號CLZ6，許用扭矩是11200。 3.10 電動機及起升機構起、制動時間校驗 3.10.1 電動

48、機校驗 (1)電動機過載能力校驗 起升機構要求電動機有電壓損失、最大轉矩允差時，可起吊1.25倍的額定起重量。故電動機的額定功率應符合下式要求，以便保證足夠的過載能 (14) 式中 PJC----在基準接電持續(xù)率時電動機額定功率（KW）； ----電機臺數(shù)，取=1； ----電動機的允許過載倍數(shù)，由《手冊》表5-1-2選取，取=2.63； H----考慮電壓降低及轉矩允差以及靜載試驗超載系數(shù)，繞線異步電動機取H = 2.1。 因為PJC= 22 KW,故22KW>11.11KW,校驗通過。 (2)電動機發(fā)熱驗算 根據(jù)GB/T13752

49、-92推薦方法進行計算 式中----電動機額定功率，其工作制為S3，接電持續(xù)率JC%與實際機構的值相同，KW。由前面可知PJC=22KW； ---電動機額定轉速，r/min； ---傳動機構總效率；一般取 ； KZ---系數(shù)；取KZ=0.85； Tre---起升機構最不利工作循環(huán)的等效平均阻力矩，Nm。 可按下式計算 其中 ----起升機構靜阻力矩,可按下式計算 (15) 式中 Q----額定起升載荷，N； D0----卷筒計算直徑，m； a----滑輪倍率； ----卷筒至電動機軸傳動比；

50、 -----機構總效率，取=0.83； ----系數(shù)，起升、變幅、運行機構一般 總上可知，22KW > 20.9KW,故驗算通過。 3.10.2 起升機構起、制動時間驗算 起升機構起動和制動時，會產(chǎn)生加速度和慣性力。如起動和制動時間過長，加速度小，會影響起重機的生產(chǎn)率；如起動和制動時間過短，加速度太大，會給金屬結構和傳動部件施加很大的動載荷。因此，必須把起動與制動時間控制在一定范圍內。 (1)起動時間驗算 (16) 式中 n-----電動機額定轉速，r/min。 Tq---電動機平均起動轉矩，N·m,由《起重 機設計手冊》表2

51、-2-8選取， 取Tq=（1.5～1.8）Tn。其中 可得 Tj----電動機靜阻力矩，按下式計算 [J]----機構運動質量換算到電動機軸上的總轉動慣量（kg·m2），按下式計算： 其中 Jd----電動機轉子的轉動慣量（kg·m2）。在電動 機樣本中查取。取 Je----制動輪（0.6）和聯(lián)軸器（0.64）的轉動慣量（kg.m2）。 [tq]----推薦起動時間，由[3]表2-2-9 選取，[tq ]=1～2.5S。 總上可得，1.88S <

52、1～2.5S 故符合要求。 (2)制動時間驗算 制動時間長短與起重機作業(yè)條件有關。 滿載下降制動時 式中 ----滿載下降時電動機轉速（r/min）, 通常取 Tz-----制動器制動轉矩（N·m）。 ----滿載下降時制動軸靜轉矩（N·m），按下式計算 []----下降時換算到電動機軸上的機構總傳動慣量（kg.m2）。按下式計算 [tz]--- 推薦制動時間（S），可取[tz]= [tq]=1.3S 總上可見，制動器制動時間符合要求。 4 吊鉤組的設計 4.1 吊鉤組的形式 吊鉤組是起重機上應用最

53、廣的一種取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁、滑輪、滑輪軸承、吊鉤拉板等零件組成。 短鉤型吊鉤組吊鉤橫梁位于滑輪軸下方，吊鉤自桿部分較短，滑輪組軸軸向尺寸較小，鋼絲繩分支數(shù)的偶奇不受限制，應用最多，缺點是整體高度尺寸較大。 長鉤型吊鉤組吊鉤直桿部分較長，滑輪軸和吊鉤橫梁成為一體，整體高度尺寸較小，但滑輪組軸向尺寸較大，鋼絲繩分支數(shù)限為偶數(shù)。 還有一種通過部分滑輪軸心的固定，倍率可變的吊鉤組。 綜合考慮，選用倍率可變的吊鉤組。 4.2 吊鉤的形式 吊鉤有單鉤、C型鉤、雙鉤、片式鉤等類型。 單鉤多用于中小型起重機。雙鉤受力條件較好，鉤體料能充分利用，用于起重量較大的起重機

54、。C型鉤常用于船舶裝卸，上部突出可防止起升時掛住艙口。 吊鉤鉤身的截面形狀有圓形、矩形、梯形、T字形等，其中T字型截面最合理，但工藝復雜。圓型截面用于小型吊鉤，一般吊鉤均為帶圓弧角的梯形截面。 吊鉤常用模鍛制造，鉤的頭部具有直柄開有螺紋。在大起重量或吊運高溫物料的冶金起重機上采用由多片鋼板鉚合，并在鉤口上設置護墊的片式吊鉤。它不會整體斷裂，工作安全，可靠性較好，個別板片可以更換。片式鉤只能制成截面，鉤體材料不能充分利用，自重較大。片式吊鉤的頭部長制有環(huán)眼。為防止系物繩自動脫鉤，可在吊鉤上加裝安全閉鎖裝置。 綜上所述，吊鉤采用單鉤形式，鉤身的截面形狀為帶有圓弧角的梯形截面，吊鉤采用模鍛制造

55、，材料為20Mn。 4.3 吊鉤計算 (1)吊鉤主要尺寸 1)鉤孔直徑 (17) 式中 Q---額定起重量（t）， 圖14 吊鉤鉤身簡圖 Fig14 Hook hook body diagram 2）其它尺寸 (2)鍛造吊鉤的強度計算 根據(jù)起重量和起升機構工作級別從《起重機設計手冊》表3-4-2中選擇LMD5-M型吊鉤。 參考[3]P248圖3-4-7鉤身主彎曲截面（水平截面）A-A最危險。截面A-A中，內外側邊界最大應力應滿足以下條件： (18)

56、 (19) 其中 e1-----截面A-A形心至截面內邊的距離（mm）； e2-----截面A-A形心至截面外邊的距離（mm）； R0-----截面形心軸線至曲率中心點距離（mm）； FA-----截面A-A的面積； KA-----截面A-A的形狀系數(shù)。 由于吊鉤截面形狀是帶圓弧的梯形截面，故由《起重機設計手冊》表3-4-6可得： 4.4 吊鉤橫梁計算 中間截面A-A的最大彎曲應力，參考[5]P72 圖15 吊鉤橫梁計算簡圖 Fig15 Hook beam calculation diagram

57、 5 總結 通過對qtz40塔式起重機的研究，使我對塔式起重機的工作機構有了足夠的認識。開始設計的時候不知如何入手，通過查找書籍、在網(wǎng)上搜索資料以及參考現(xiàn)有的設計，使我慢慢的對塔機的各結構、實現(xiàn)原理以及性能技術要求有了大概的了解。鍛煉了自己獨立思考，獨立解決問題的能力。設計過程中，綜合運用大學以來所學習的各門專業(yè)知識，對自己四年大學期間所學知識有一個全面的鞏固與掌握，專業(yè)知識比以前更牢靠。在老師有指導下，對于文章的層次與板書有了新的見解。 參考文獻 [1]范俊祥、陸念力.塔式起重機[M].北京：中國建材工業(yè)出版社.2004 [2]華玉潔.起重機械與吊裝[M].北京：化學工業(yè)出版社.2

58、006.1 [3]張質文、虞和謙、王金諾、包起帆.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社.2001 [4]劉佩衡.塔式起重機使用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.2002.8 [5]嚴大考、鄭蘭霞.起重機械[M].鄭州大學出版社.2007 [6]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（3冊）[M].機械工業(yè)出版社.2004.8 [7]機械設計手冊編委會主編. 機械設計手冊(2冊)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8 [8]北京鋼鐵學院編.起重機課程設計[M].冶金工業(yè)出版社.2002 [9]胡宗武 顧迪民編.起重機設計計算.[M] 北京科技技術出版社.1987 [10]起

59、重機的計算實例. 中國標注出版社[M]. 1984 [11]GB6067-85 [s].起重機械安全規(guī)程. [12]GB3811-83 [s].起重機設計規(guī)范. [13]機械設計師手冊.吳宗澤主編[M]. 機械工業(yè)出版社.2002 [14]成大先主編. 機械設計圖冊（第一卷 上冊）[G]. 北京化學工業(yè)出版社，1997 [15]成大先主編. 機械設計圖冊（第一卷 下冊）[G].北京：化學工業(yè)出版社，1997 [16]陸玉、荷在洲、佟延偉編. 機械設計課程設計[OL].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [17]哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社 致

60、 謝 畢業(yè)設計是對我們在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大我們在校的基礎知識和專業(yè)知識，訓練我們綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。在老師的耐心輔導下，在經(jīng)過我自己的不懈努力，終于完成了這次任務繁重的畢業(yè)設計。 在設計中遇到了不少問題，通過查閱資料問題不斷得以解決。在設計中我盡量達到畢業(yè)設計任務書中的要求，這樣不僅解決了設計中的難題，更重要的是通過解決難題來彌補自己學習上的不足，為自己即將走上工作崗位打下了一個扎實的基礎。 畢業(yè)設計是大學四年中最合實際的一次理論和實踐相結合的過程，是對我們四年大學生活中所學知識的檢查，同時也是四年所學知識的綜合運用于提高，也是為我們將來走向社

61、會能更好的適應社會工作的一次大練兵。通過這此畢業(yè)設計，我對自己又有了一個新的認識，我確信自己在新的工作崗位上一定會盡自己的一份力，發(fā)自己的一份熱，迎接工作中的種種挑戰(zhàn)。因此，畢業(yè)設計對我們個人而言意義是十分深遠的。 通過這次畢業(yè)設計，我對專業(yè)課知識掌握的更加牢固，彌補了以前學習中的不足，最重要的是我了解到作為一名機械設計人員所要保持的科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。在此，請允許我向曾經(jīng)給與我無微不至的關懷、支持和幫助的老師說一聲：“老師，您辛苦了！” 雖然設計任務順利完成了，但是由于時間倉促，而且設計任務較為繁重，因此，在設計中的各個環(huán)節(jié)必有許多不足之處，不可能做得十分細致，難免會有這樣或那樣的錯誤和漏洞，在這還請老師給予理解和原諒，并歡迎老師和同學批評指正并提出意見。 最后，向耐心輔導并給予我支持的畢業(yè)設計老師以及給予我?guī)椭耐瑢W表示最衷心的感謝！