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遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 V頁
120t·m塔式起重機大車運行機構及
起升機構設計
摘要
塔式起重機作為建筑施工現(xiàn)場的主要建筑機械，被廣泛使用于建筑施工現(xiàn)場。本次畢業(yè)設計專題部分是塔身，包括結構設計和參數選擇。采用AutoCAD繪制圖紙。在設計、計算、繪圖的基礎上了解、掌握一些設計工藝和制造工藝。首先，從總體設計開始，對QTZ 12 塔式起重機的四大機構，即起升機構、變幅機構、回轉機構、行走機構進行了大體設計。QTZ 12 塔式起重機采用電力傳動的單卷筒單軸式起重機；QTZ 12 塔式起重機選擇滾動軸承式旋轉支撐機構，其旋轉驅動機構選用機械驅動部分裝在非旋轉部分上，而最后一級大齒輪則固定在起重機的旋轉部分上；QTZ 12 塔式起重機采用自行式，其驅動的主動輪采用對角布置。經過參照塔式起重機設計手冊中的資料，進行了QTZ 12 塔式起重機的塔身機構和參數設計。根據自重載荷、起重載荷、風載荷、慣性載荷，借助技術資料，設計了塔身機構，選擇了其組成型材的參數。然后對塔身片、基礎節(jié)、套架的主弦桿、腹桿進行穩(wěn)定性校核、疲勞強度校核，還對整塔進行了抗傾翻性計算。之后，采用AutoCAD繪制圖紙。所繪圖紙包括塔身片、基礎節(jié)、頂升套架、頂升橫梁、附著框架等。除此之外我還搜集了一些關于塔式起重機的材料，如“塔式起重機的分類和特點”，“塔式起重機的使用和保養(yǎng)”等。
關鍵詞：塔式起重機; 塔身節(jié); 附著框架；起升機構；回轉機構
The Design of the Gantry Travel Machine and the Hoisting Machine of the 120t?m Crane Tower
Abstract
Crane tower as a major construction machinery, has been widely used in building construction site. My graduate design special subject part is design of the tower. The design is comprised of design of machinery and selection of parameter. Then adopting the AutoCAD to draw the diagram papers. At the foundation of designing, computing and ploting, understanding and command some design craf and produce craft is necessary. First of all, starting from the total design of four greatest machines of the crane tower. The four greatest machines are telescoping machine, gyring machine , changing-breadth machine, and hoofing machine. QTZ12 Crane tower adopts single electric power cylinder with a single shaft telescoping machine; QTZ12 Crane tower uses circumrotate bolster machine with rolling bearing, its drive machine is fixed on the section that does not gyre, and its big wheel gear in the last one class is fixed on the section that gyres; The changing-breadth machine uses dolly to change the breadth, and the cordage traction machine is used in the dolly; QTZ12Crane tower adopts proper motion hoofing machine, and the drivers that drive machine are fixed on the cross position. By referring to the technique data from Mechanical Design Manual, design machinery and select parameter. According as deadweighth load, lifting load, winding load, inertia load, and in virtue of the technique data, design the structure and select the parameter of the profiled bars which compose the tower body, then make stability calibration and fatigue intensity of main staff and assistant pole. In addition, it is necessary to make checking computations of resist-tiping capability. After that, adopting the AutoCAD to draw the diagram papers, which includes the mast section, telescopic cage, anchorage frame, etc. Besides that, I also collect some information with regard to crane tower. For example, “Peculiarity and Sort of the Crane Tower”, “Using and maintain of the Crane Tower” and so on.
Keywords:Crane tower ; Mast section ; Anchorage frame ; Hoisting machine ; Gyring machine
目錄
摘要 I
Abstract II
1 塔式起重機概述 1
1.1 塔式起重機簡介 1
1.2 我國塔式起重機的發(fā)展概況 2
1.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢 3
1.4 塔式起重機的基本參數 4
1.5 塔式起重機的分類和特點 6
2 塔式起重機構造及設計 9
2.1 金屬結構 9
2.1.1基礎行走臺車與地盤 9
2.1.2塔身標準節(jié) 10
2.1.3上轉臺、駕駛室與塔帽 10
2.1.4起重臂 10
2.1.5平衡臂 12
2.1.6上支座 12
2.1.7下支座 12
2.1.8回轉塔身 12
2.2 工作機構設計 13
2.2.1 起升機構 13
2.2.2 回轉機構 18
2.2.3 小車牽引機構 20
2.2.4 液壓系統(tǒng) 21
2.2.5 繩輪系統(tǒng)及倍率裝置 23
2.2.6變幅機構 23
2.2.7行走機構 25
2.3 附著裝置和塔機安全裝置 30
2.3.1 附著裝置 30
2.3.2 限位開關 30
2.3.3 超載斷電裝置 31
2.3.4 自動空氣開關（帶欠壓保護） 31
2.3.5 過載保護 31
2.3.6 緩沖止檔裝置 31
2.3.7 風速報警裝置 32
2.3.8 短路保護 32
2.3.9 電源指示裝置 32
2.3.10 吊鉤高度限位 32
2.3.11 小車的最大幅度與最小幅度限位 32
2.3.12 力矩保護 32
2.3.13 超重保護 33
2.3.14 紅色障礙燈 33
2.3.15 電鈴 33
3 塔式起重機穩(wěn)定性計算 34
3.1 塔式起重機穩(wěn)定性 35
3.1.1 工作狀態(tài)穩(wěn)定性 35
3.1.2 非工作狀態(tài)穩(wěn)定性 37
3.2 疲勞強度校核 39
3.2.1 支座反力 40
3.2.2 疲勞強度 40
3.2.3 靜強度計算 40
4 塔式起重機的使用與維護 42
4.1起重機的操作 42
4.2安全裝置的調整 43
4.2.1 起重力矩限制器調整 43
4.2.2 起重量限制器調整 45
4.2.3 起升裝置超高、低度限位裝置 45
4.2.4 小車變幅前、后限位裝置 46
4.2.5 回轉限位的調整 46
4.2.6 安全注意事項 46
4.3 塔式起重機的維護與保養(yǎng) 47
4.3.1 概述 47
4.3.2 液壓爬升系統(tǒng)的維護和保養(yǎng) 48
4.3.3 金屬結構的維護和保養(yǎng) 48
4.3.4 電氣系統(tǒng)的維護和保養(yǎng) 48
5 塔式起重機技術經濟分析 ............................................50
6 塔式起重機的環(huán)保知識............................................... 52
6.1機械部分的保養(yǎng)和修理...............................................52
6.2其它主要部件的保養(yǎng).................................................53
結束語 54
致 謝 55
參考文獻 56
遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 57頁
1 塔式起重機概述
1.1 塔式起重機簡介
塔式起重機是現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的主要施工機械之一。在高層建筑施工中，它的幅度利用率高.如圖1.1所示，由于其能靠近建筑物，故其幅度利用率可達全幅度的80%，普通履帶式，輪胎式的幅度利用率不超過50%，而且隨著高度的增加還會急劇減少。因此塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度，縮短工期，降低工程造價起著重要的作用。同時，為了適應建筑物結構件的預制裝配化，工廠化，現(xiàn)在的塔式起重機必須具備下列特點：
（a）塔式起重機;（b）直線臂輪胎起重機；（c）帶附臂輪胎起重機
圖1.1 幅度利用率比較
（1）起升高度和工作幅度較大，起重力矩大；
（2）工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調速性能；
（3）要求裝拆，運輸方便迅速，及適應頻繁轉移之需。
1.2 我國塔式起重機的發(fā)展概況
塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。據記載，第一項有關建筑用塔機專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機，1923年制成了近代塔機的原型樣機，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機。1930年當時德國已開始批量生產塔機，并用于建筑施工。1941年，有關塔機的德國工業(yè)標準DIN8770公布。該標準規(guī)定以吊載（t）和幅度（m）的乘積（tm）一起以重力矩表示塔機的起重能力。
在我國，塔式起重機的生產與應用已有50多年的歷史，經歷了一個從測繪仿制到自行設計制造的過程。
我國的塔機行業(yè)于20世紀50年代開始起步,為了滿足國家經濟建設的需要，引進了蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。1954年仿制民主德國設計的建筑師-Ⅰ型塔式起重機，在撫順試制成功了我國第一臺TQ2-6型塔式起重機。隨后又仿照蘇聯(lián)樣機，研制15t與16t塔式起重機，這個時期我國生產與使用的塔式起重機的數量較少。
到了20世紀60年代，我國開始進入自行設計與制造塔式起重機的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-Ⅱ型塔式起重機，它也是我國最早自行設計的塔式起重機。隨后，我國又自行設計制造了TQ-6型塔式起重機，至1965年全國已有生產廠10余家，生產塔式起重機360多臺，這些塔式起重機都是下回轉動臂式，可整體拖運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。
進入20世紀80年代，我國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產品，主要又QT80A,QTZ100,QTZ120 等自升式塔式起重機，QT60,QTK60,QT25HK等下回轉快裝塔式起重機和QT90上回轉動臂下頂升接高塔式起重機等。這些產品在性能方面已經接近國外70年代水平。這一時期的最高年產量達1400臺。與此同時，隨著改革開放和國際技術交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，也極大促進我國的設計與制造技術的進步。
相對于中西歐國家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機業(yè)的不景氣, 我國的塔機業(yè)正處于一個迅速的發(fā)展時期。進入20世紀90年代以后，我國塔式起重機行業(yè)年產量猛增，而且部分產品出口到國外，至此，無論從生產規(guī)模，應用范圍和塔式起重機總量的角度來衡量，我國均堪稱塔式起重機大國。
1.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢
根據國內外一些技術資料的介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢為：
（1）吊臂長度加長 在60年代初，吊臂長度超過40米的較少，70年代吊臂長度亦能做到70米。快速拆裝下回轉塔式起重機的吊臂長度可達到35米。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標準臂長一般為30~45米，可以接到50~60米。重型塔式起重機吊臂則更長。吊臂加長可帶來更好的技術經濟效果；隨著塔式起重機的設計水平提高，能解決一些由臂長加大帶來的問題。低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛使用也為件加長吊臂提供了非常有利的條件。
（2）工作速度的提高且能調速 由于調速技術的進步，滑輪組倍率的可變，雙速，三速電機及直流電機調速的應用，使塔式起重機工作在逐漸提高。50年代生產的工作速度較低，起升速度一般20~30米/分，回轉速度0.6~1轉/分，變幅速度30~40米/分，大車行走速度10~40米/分。近年來塔式起重機工作速度已有提高。起升機構普遍具有3~4種工作速度，重物起升速度超過100米/分者也很多。構件安裝就位速度可在0~10米/分范圍進行選擇。回轉速度一般可在0~1轉/分之間進行調節(jié)。小車牽引和塔式起重機行走大多也有2~3種工作速度。小車牽引速度最快可達60米/分。
（3）改善操作條件 隨著塔式起重機向大型，大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度愈來愈差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機，在操作室利用電視進行操作。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，還可以根據事先編排的程序自動進行吊裝。
（4）更多地采用組裝式結構
從塔機的技術發(fā)展方面來看，雖然新的產品層出不窮，新產品在生產效能、操作簡便、保養(yǎng)容易和運行可靠方面均有提高，但是塔機的技術并無根本性的改變。塔機的研究正向著組合式發(fā)展。所謂的組合式，就是以塔身結構為核心，按結構和功能特點，將塔身分解成若干部分，并依據系列化和通用化要求，遵循模數制原理再將各部分劃分成若干模塊。根據參數要求，選用適當模塊分別組成具有不同技術性能特征的塔機，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機有助于加快塔機產品開發(fā)進度，節(jié)省產品開發(fā)費用，并能更好的為客戶服務。
1.4 塔式起重機的基本參數
塔式起重機基本參數是指直接影響塔式起重機工作性能，結構設計，制造成本的各種參數，它們是：起重力矩，起重量，工作幅度，起升高度，軌距和各種工作機構的工作速度等。
起重力矩是確定和衡量塔式起重機起重能力的主要參數。和輪胎式起重機不同，塔式起重機經常在大幅度的情況下工作，所以用最大起重量衡量起重能力是沒有意義的。必須以起重量和幅度的乘積(起重力矩)表示其能力。對銘牌上的起重力矩的計算方法目前很不—致，有的以最大工作幅度與相應的最大起重量的乘積值計，也有以最大起重量與相應的工作幅度的乘積值計。我國從實際使用出發(fā)，以基本臂的最大工作幅度與相應的最大起重量的乘積值計。
為了使塔式起重機產品做到系列化，通用化，標準化，進一步合理擴大新品種，我國已制訂出塔式起重機基本參數系列(JWJB01—78)，見表1.1 ：
表1.1 JWJB01—78
起重力矩
噸·米
起重量
噸
最大起重量
噸
工作幅度
米
起升高度
米
軌距
米
16
1.0
2.0
16
18
2.8
25
1.25
2.5
20
23
3.2
60
3.0
6.0
20
27
4.5
80
3.2
8.0
25
45
5.0
120
4.0
10.0
30
50以下自行，附著到120
6.5
160
5.3
12.0
30
50以下自行，附著到160
6.5
250
7.0
16.0
35
7.5
400
11.4
25.0
35
50以下自行
8.5
系列中規(guī)定的起重量是指基本臂最大幅度時能吊起的重量(包括吊具重也稱總起重量)。在小幅度時，起重量可以提高，所以系列中還規(guī)定最大起重量，它指塔式起重機能吊起的最大額定起重量。
系列對工作速度還沒有正式規(guī)定，但提出了推薦值，見表1.2 ：
表1.2 工作速度等參數推薦值
起重力矩
噸x米
起升速度
米/分
最大重物
慢就位速
度米／分
行走速度
不小于
米／分
回轉速度
米／分
結構自重不包括壓重不大于噸
推薦形式
16
25
——
25
0.8~1.0
10(動臂)
13(小車)
軌式、輪胎式；下回、動臂、小車；整體拖運、自行架設
25
25
——
25
0.8~1.0
13(動臂)
15(小車)
軌式、輪胎式；下回、動臂、小車；整體拖
60
25
0~5
20
0.6~0.8
25(動臂)
軌式、輪胎式；下回、動臂、小車；整體拖運，自行架設
80
25~50
0~4
20
0.6~0.8
50(動臂)
軌式、輪胎式；下回、上回、動臂、小車；整體拖運和解體拖運
120
20~80
0~3
15
0.6
待定
軌式、上回、動臂、小車；解體拖運
160
20~80
0~3
15
0.6
待定
軌式、上回、動臂、小車；解體拖運
250
20~80
0~2
10
0.5
待定
軌式、上回、動臂、 小車；解體拖運
400
待定
0~2
10
0.5
待定
軌式、上回、動臂； 解體拖運
塔式起重機基本參數系列（JWJB01—78）也規(guī)定了我國塔式起重機代號的含義，見表1.3 ：
表1.3 JWJB01—78我國塔式起重機代號含義
塔式起重機
Q.T
型
代號
代號含義
軌道式
輪胎式
履帶式
內爬式
削著式
固定式
QTG
QTL
QTU
QTP
QTF
QTD
軌道式塔式起重機
輪胎式塔式起重機
履帶式塔式起重機
內爬式塔式起重機
附著式塔式起重機
固定式塔式起重機
例如 額定起重力矩為800kN?m的上回轉自升式塔式起重機的產品型號為：QTZ 80
1.5 塔式起重機的分類和特點
塔式起重機按起重機工作制度級別(以工作速度、起重能力與作業(yè)頻度為依據)可分為輕級、中級、重級和特重級四種?！憬ㄖ盟狡鹬貦C規(guī)定為中級。塔式起重機結構形式較多，如從其主體結構與外形特征考慮，基本上可按架設要求、變幅形式、旋轉部位以及塔架加節(jié)形式區(qū)分。
(1) 按使用架設的要求分類
自升式塔式起重機分為固定式、軌道行走式、附著式和內爬式四種。四種塔式起重機在用途上各有優(yōu)缺點，在選擇機型時，應根據工地上實際使用要求來確定。
(2) 按塔式起重機的起重變幅形式分類
① 起重臂架改變仰角可進行變幅的塔式起重機
這類塔式起重機與其他類型塔式起重機相比，在同樣臂趾高度的情況下，具有一定的高度優(yōu)勢，尾部回轉半徑小，起重臂架重量較輕。但是在沒有補償卷筒的條件下達不到起重與變幅的平移目的。所以，—般在塔式起重機平臺上增設補償卷筒來彌補。另外，此類機械的臂架變幅形式，對近塔身小心的變幅半徑利用有一定的損失，因為臂架的仰角受到限制。
② 起重小車變幅的塔式起重機
這類塔式起重機起重臂架始終處于水平位置，起重小車在臂架的下弦桿上移動。它的優(yōu)點是水平變幅就位快、效率高，并具有起重幅度上的優(yōu)勢。一般大幅度的塔式起重機多采用這種結構形式。但是由于臂架受力以彎矩為主，故臂架設計后的本身重量較大。另外，在同樣臂趾高度的情況下，起重小車變幅形式比臂架可俯仰或可折臂的塔式起重機的起重高度利用范圍小，故適用于自升塔式起重機。
③ 折臂變幅的塔式起重機
它是介于上述兩種塔式起重機之間的臂架結構形式，是國外近年發(fā)展起來的產品。主要是在起重高度與幅度上彌補了上述兩種塔式起重機使用范圍的局限性，它的平衡臂短，但是這種塔式起重機的變幅機構比較復雜、制造工藝與安裝麻煩，因而在高層建筑工程中的使用與發(fā)展受到了—定限制。
(3) 按塔式起重機旋轉部位所處的位置分類
可分為上旋式和下旋式兩種結構形式:
① 下旋式塔式起重機
重機是指回轉支承布置在塔身的下部，塔式起重機旋轉時塔身與上部起重臂架一起旋轉。這類塔式起重機重心較低，塔身弦桿單向受力，大部分結構都布置在轉臺上，增加了起重的穩(wěn)定性，維修保養(yǎng)方便。但是這類塔式起重機不宜使用在起重高度較高的自升塔式起重機上，因為塔式起重機旋轉時塔身無法附著或內爬。另外，它的回轉支承裝置較復雜，制造精度要求也高。
② 上旋式塔式起重機
該機回轉支承布置在塔式起重機的塔身上部，當塔式起重機旋轉時塔身不旋轉。由于這類塔式起重機上部起重與變幅的繩輪系統(tǒng)不與下部轉臺聯(lián)系，所以適宜于自升塔式起重機，它起重高度高，對回轉機構以及結構受載的要求低，制造工藝簡便。但是也帶來了塔式起重機重心較高穩(wěn)定性差的弱點，且塔身旋轉方向改變時主弦桿交變受力，塔身間聯(lián)接螺栓需施加一定，的預緊力才能保證塔式起重機正常工作。
(4) 按塔式起重機塔身加節(jié)形式分類
可區(qū)分為上加節(jié)，中加節(jié)和下加節(jié)三種 。
① 塔身上加節(jié)形式的讓塔式起重機
這類塔式起重機在加節(jié)塔身時，起重吊鉤把標準節(jié)塔身裝進起重機頂部中心位置就位，然后利用液壓頂升機構逐步爬升，以達到自升的目的(如國產Z80型白升塔式起重機)。采用這種加節(jié)安裝的方法，塔身標準節(jié)一次安裝的高度大，安裝效率高，并簡化爬升平臺。但是，由于采用上加節(jié)形式，故在安裝工況下的平衡較復雜，而由于頂部中心翻板安裝較麻煩，因而容易產生安全問題。
② 塔身中加節(jié)形式的塔式起重機
這類塔式起重機自升時，塔身由爬升套架(又稱外套架)的側面橫向加節(jié)，并借助于液壓頂升機構自升。這類塔式起重機又分兩種， 一種是采用外套架內塔身加節(jié)(如國產QTZl20型自升塔式起重機)；另一種是采用內套架外塔身加節(jié)，外塔身往往足頂升前在平臺上臨時拼裝起來。在一般的自升塔式起重機中，采取中加節(jié)形式居多。
③ 塔身下加節(jié)形式的塔式起重機
塔身加節(jié)是在近地面進行的(如國產QIc80型自升塔式起重機)，其外套架連在塔式起重機底部機座上，因而地面加節(jié)較安全，安裝比方便。但是，這類塔式起重機只能用在下旋式，且加節(jié)的液壓缸隨著塔身的升高而荷載加大，故起重高度受到—定的限制。
2 塔式起重機構造及設計
塔式起重機構造簡述：
塔式起重機由金屬結構、驅動機構、液壓爬升、電氣控制以及安全保護裝置等組成，現(xiàn)按各部分的不同特點簡介如下 ：
2.1 金屬結構
金屬結構主要包括：行走臺車架、支腿、底架平臺、塔身、套架、回轉承座、轉臺、駕駛室(包括電器控制室)、塔帽、起重臂架、平衡臂架以及繩輪系統(tǒng)支架等組成。
2.1.1基礎行走臺車與地盤
塔式起重基礎隨起重機構造、使用條件而異：軌道式塔式起重機采用軌道基礎：固定式和附著式塔式起重機常采用混凝土基礎；內爬式塔式起重機可以以建筑結構為基礎。以下僅介紹常見的軌道式塔式起重機的行走臺車和地盤(底架)。
行走臺車與底盤(底架)
①行走臺車架
根據臺午架上有無動力裝置，分主動與從動兩種臺車架。為了促使臺車架一個支點上兩個車輪同時著地行走正作，—般均設計成均衡結構。行走臺車架端部裝有夾軌器，其作用是在非工作狀況或安裝階段鉗住軌道，以保證塔式重機的自身穩(wěn)定。
②行走支腿與底架平臺
塔式起重機的行走支腿與底架平臺主要是承受塔身上部的載荷，并能保證塔式起重機在所鋪設的軌道上行走自如。
底架與支腿之間的結構形式行又三種：
(a)水母式 行止支腿能在底架銷軸作水平方向靈活轉動。它可在曲線軌道上行走，們在平時需用水平支撐相互固定。
(b)井架式 支腿與底架聯(lián)成一體成井字形。制造簡便，底架上空間高度大，安放壓鐵較容易，但安裝麻煩。底架平臺上的平衡壓鐵有兩種：一種是鑄鐵制成，比重大、體積??；另一種是鋼筋混凝土預制，體積大，但價格便宜。
(c)十字架式 底架與支腿聯(lián)成十字形。架構輕巧，用鋼量省，占用高度空間小，是目前較先進的一種結構形式。但是，它唯一缺點是用作行走式時，塔式起重機不能作彎軌運行。
2.1.2 塔身標準節(jié)
塔身結構是塔式起重機骨架中的主體，支承著塔機上部的重量和載荷的重量，重量通過塔身傳至底架和行走臺車上或直接傳至塔機的基礎上。
塔身標準節(jié)主弦桿亦是用角鋼扣方而成，扣方的主弦桿與其它型鋼桿件焊而成，主弦桿中心線為：1465×1465×2800，每節(jié)之間用16件M20/10.9級特制高強螺栓聯(lián)接。
塔身標準節(jié)的連接形式可分為：法蘭盤連接、螺栓連接、套柱螺栓和銷軸連接以及對開軸瓦式連接等。
2.1.3 上轉臺、駕駛室與塔帽
上部旋轉臺通過人的雙排滾珠軸承支承在回轉承座上。在它的上面與塔帽或駕駛室金屬結構聯(lián)結。在轉臺上一般對稱地安裝兩套回轉機構，以保證上部塔帽及起重臂、平衡臂360度回轉工作。
駕駛室與塔帽—般都連在一起，有時候在駕駛室頂上還設有電器室，以便于電器控制系統(tǒng)維修保養(yǎng)。駕駛室內安裝有各種操縱與電子控制儀器盤。在用作內爬式時，還設有施工現(xiàn)場電視攝像顯示裝置，以確保駕駛員對現(xiàn)場起重物的視野保持在最佳狀態(tài)。 塔帽起著起重臂、平衡臂和塔身聯(lián)系的轉向平衡作用。塔帽的金屬結構頂部形式共有四種：前部直立、后部傾斜；前部傾斜、后部直立：兩面傾斜：整個塔帽簡化成后頃或直立三角撐。四種塔帽形式各有結構特點，根據塔式起重機的需要來確定，塔帽頂上設有避雷針，測風儀及指示燈。
塔帽是由角鋼，方管、鋼板等組焊成的斜錐體，上端通過拉桿使起重臂與平衡臂保持水平，下端用16支M20×100螺栓與回轉塔身連接，為了安裝吊臂拉桿和平衡臂拉桿，在塔頂上部設有工作平臺和滑輪組。
2.1.4 起重臂
塔式起重機臂架的形式一般有三種：桁架壓桿式臂架、桁架水平壓彎式臂架、桁架混合式臂架，如圖2.1所示。臂架主要承受軸向壓力，依靠改變臂架的傾角來實現(xiàn)塔機的工作幅度的改變，壓桿式臂架亦稱動臂式臂架。桁架水平壓彎式臂架如圖所示，工作時臂架主要承受軸向力及彎矩作用，依靠起重小車的移動來實現(xiàn)塔式起重機工作幅度的改變。桁架混合式臂架如圖所示。是一 種綜合了動臂變幅和小車變幅優(yōu)點的折臂式臂架。這種臂架是由鋼絲繩、人字架、A子架及后臂架組成的平行四邊形
后段和由鋼絲繩、A字架及前臂架組成的三角形前段鉸接而成的。當變幅鋼絲繩收進時，兩段相對曲折，前臂架始終處于水平狀態(tài)。當前后兩段折彎成90度時，
后段垂直接高塔身，提高了起升高度。 圖2.1臂架結構
塔式起重機的臂架長，自重較大，臂架設計的是否合理將直接影響起重機的承載能力。在保證臂架的強度、剛度和整體穩(wěn)定性的條件下，如何減輕臂架的重量是一個值得研究的問題。
目前塔式起重機常采用桁架壓桿式臂架和桁架水平壓彎式臂架兩類。壓桿式臂架的的截而以矩形為主，而水平壓彎式臂架常以三角形截面為主。臂架的弦桿和腹桿可采用型鋼和無縫鋼管制成。
起重臂的構造
桁架壓桿式臂架如圖2.2所示，桁架壓桿式臂架在變幅平面(或稱起升平面)的受力情況相當于—根兩端簡支 梁的受力情況。臂架中間部分采用等截面平行弦桿，兩端為梯形。
臂架在回轉平面相當于—根懸臂梁的受力情 圖 2.2桁架壓桿式臂架
況。通常臂架制成頂部尺寸小、根部尺寸大的形式。為了便于運輸，安裝和拆卸，臂架中間部分可以制成若干段標準節(jié)，用螺栓將它們連接起來。
起重臂是組合式可變結構,共分九節(jié)。起重臂上、下弦桿都是用兩條角鋼拼焊而成的方管，整個臂架為三角形截面，節(jié)與節(jié)之間用銷軸連接，拆裝方便，為了提高起重性能，減輕吊臂的重量，吊臂采用雙吊點變截面空間桁架結構，在起重臂第一節(jié)放置小車牽引機構，在小車上設置有吊籃，便于安裝與維修，臂架根部第一節(jié)與回轉塔身用銷軸連接。為了保證起重臂水平，在第二節(jié)、第六節(jié)臂設有兩吊點，通過這兩點與塔帽連接。
起重臂在組裝時，必須嚴格按照每節(jié)臂上序號標記組裝，不允許錯位或隨意組裝，起重臂最長為30米，根據施工要求也可以組裝成28米臂長和24米臂，其中變28米臂長時，拉桿吊點位置不變；變24米臂長時拉桿吊點位置也不變。兩組起重臂拉桿上端通過特制的銷軸與塔帽耳板連接，其下端通過特制銷軸分別與起重臂上弦桿的吊點銷孔連接而將起重臂懸掛為水平形式。
30米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+7+8+9
28米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+7+9
24米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+9
2.1.5 平衡臂
平衡臂為工字鋼及角鋼組焊而成的結構，分兩節(jié)，用耳板銷軸連接，平衡臂上設有欄桿及過道，尾部設置工作平臺，平衡臂的一端用兩根特制的銷軸與回轉塔身相連，另一端組合剛性拉桿同塔帽相連，尾部裝有平衡重和起升機構，起升機構本身有獨立的底座，用四根銷軸平衡在平衡臂上，平衡重的重量隨吊臂長度改變而變化，30米臂時為13噸，28米臂時為12噸，24米臂時為11噸。平衡臂拉桿分兩組，通過特制的銷軸分別將塔帽和平衡臂尾部的拉桿耳板連接，將平衡臂掛至水平位置。
2.1.6 上支座
上支座上部用16個M30×100高強度螺栓與回轉塔身底部的法蘭板連接，下部用36個M24高強度螺栓與回轉支承內圈連接，在上支座兩側對稱地安裝兩套回轉機構，安裝在它下部的小齒輪準確地與回轉支承外齒圈嚙合。
2.1.7 下支座
下支座是上部通過回轉支承與上支座連接，下部與塔身標準節(jié)和套架連接的金屬結構，它主要是由鋼板拼焊而成的，它的上部平面用36個M24高強度螺栓與回轉裝置的外齒圈連接，支承上部結構，下部四個支腳和四角平面分別用16套M30×100高強度螺栓與套架連接，用16套M30/10.8級高強度螺栓與塔身連接。
2.1.8 回轉塔身
回轉塔身是用角鋼扣方而成的主弦桿與其它形鋼組焊而成的,上端用法蘭與塔帽連接,下端通過法蘭與上支座連接。
2.2 工作機構及其設計
機械傳動部分包括起升機構、行走機構、變幅機構、回轉機構、液壓頂升機構、電梯卷揚機構以及電纜卷筒等組成。分別簡介如下：
2.2.1 起升機構
一、起升機構的組成和型式
起升機構(見圖2.3)是起重機械的主要機構，用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構通常由原動機、減速器、卷筒、制動器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。
按照超重機的傳動方式不同，起升機構有機械傳動、電力——機械傳動(簡稱電力傳動)和液壓——機械傳動(簡稱液壓傳動)等型式。
1．三速電動機動 2．彈性聯(lián)軸節(jié) 3．液力推機制動器 4. 圓柱齒輪減速器
5．十字滑塊聯(lián)軸器 6．卷筒 7．高度限位器 8.渦流制動器
圖 2.3 起升機構簡圖
二、起升機構起重零部件的選擇計算
1.吊鉤
由于最大起重量Q1=10000 Kg ,即FQ1=98000 N ,
FQ1+Fq= FQ ，
FQ1+2.5%FQ= FQ ，
所以Fq=2513 N; FQ=100513 N.
2.起升機構滑輪組倍率
通常起升機構的倍率與額定起重量有一定的關系，初選時可參考表2.1
額定起重量Q
3
5
8
12
16
25
40
65
100
倍 率a
2
3
4～6
6
6～8
8～10
10
12～16
17～20
表2.1 滑輪組倍率
選a=6 。
3.鋼絲繩計算
起升機構鋼絲繩直徑按最大靜載荷來確定。
鋼絲繩中的最大靜拉力Smax (繞入卷筒的鋼絲繩分支上的拉力)，由下式確定：
[見參考文獻【2】第67~68頁]
N (2.1)
式中 FQ——最大起升載荷，N，其中所含吊具自重載荷Fq=2.5%FQ ；
a——滑輪組倍率；
ηB——滑輪組總效率，ηB=0.95 ；
ηd——導向滑輪效率，ηd=0.98 。
由于最大起重量Q1=10000 Kg,即FQ1=98000 N, FQ1+Fq= FQ，F(xiàn)Q1+2.5%FQ= FQ，
所以Fq=2513 N; FQ=100513 N.
N
所選鋼絲繩的破斷拉力Fp必須滿足下式：
N (2.2)
式中 n ——安全系數，選定工作級別為M5級，則n=5.5 。
所以 N
選取鋼絲繩型號為：6W（19）—16—170—I—光—右交 GB 1102—74
4.卷筒的尺寸及轉速的計算
（1）卷筒最小卷繞直徑 mm
式中 h——與機構工作級別和鋼絲繩有關的系數，按下表2.2選用；
d——鋼絲繩的直徑，mm 。
表2.2 系數h
機構工作級別
卷筒
滑輪
普通鋼絲繩
不旋轉鋼絲繩
普通鋼絲繩
不旋轉鋼絲繩
M1～M3
14
16
16
18
M4
16
18
18
20
M5
18
20
20
22.4
M6
20
22.4
22.4
25
由于機構工作級別為M5，所以選取h=18，d=16 mm 。
得 mm
取 卷筒計算直徑 D1=500 mm 。
（2）單層繞有槽卷筒的長度LZ
（2.3）
式中 L1——固定鋼絲繩端部所需要的長度（mm），一般取L13t，（t為繩槽節(jié)距，取t=18 mm）;
L2——卷筒兩端空余部分的長度，根據結構和工藝需要而定，取L2=20mm；
L0——卷筒上車螺旋槽部分長度，mm。
L0取決于起升高度、滑輪組的倍率、卷筒計算直徑及繩槽節(jié)距。按下式確定：
mm （2.4）
式中 H——起重機最大起升高度，H=35 m=35000 mm;
a——滑輪組倍率，a=6 ；
Z0——鋼絲繩附加安全圈數，一般取1.5～3圈，這里取Z0=2 。
故卷筒總長度為：
mm
（3）卷筒壁厚d計算
采用Q235鋼板制成的焊接卷筒，
取d=d=16 mm (卷筒壁厚)。
對卷筒壁厚進行強度校核
卷筒壁上的壓應力為：
MPa （2.5）
式中 Smax——鋼絲繩的最大拉力，Smax =17994 N；
t——繩槽節(jié)距，t=18 mm；
d——卷筒壁厚，d=16 mm；
[sc]——卷筒材料的許用壓應力（MPa）。對鋼 MPa（ss為屈服極限）。
Pa
MPa MPa
所以卷筒壁厚d=16 mm 滿足強度校核。
（4）卷筒轉速的計算
卷筒轉速n可按下式計算：
r/min （2.6）
式中 a——滑輪組的倍率，a=6；
v——起升速度，v=50 m/min ；
D1——卷筒卷繞直徑，D1=300 mm 。
所以卷筒轉速 r/min
三、起升機構功率計算
1．計算電動機的靜功率 [見參考文獻【2】第69~70頁]
kW （2.7）
式中 FQ——最大起升載荷，F(xiàn)Q=100513 N；
η——機構總效率，（ηB=0.95為滑輪組總效率，ηd=0.98為導向滑輪效率，ηt=0.98為卷筒的機械效率，ηch=0.95為傳動機構的機械效率）；
v——起升速度，v=50 m/min 。
所以 kW
初選電機：
根據工作級別、作業(yè)特點以及電動機的工作特性，同時為了滿足電動機啟動和不過熱要求，所選電機的額定功率應滿足下式：
kW （2.8）
式中 PJC——電動機額定功率，kW；
PJ——起升靜功率，kW；
KJC——穩(wěn)態(tài)負載平均系數，與接電持續(xù)率JC有關，這里JC取40%，相應的KJC取0.78 。
故 kW
所以 取PJC =80 kW 。
2.電動機過載能力校驗
起升機構要求電動機在有電壓損失（交流電動機為15%，直流不考慮）、最大轉矩允許差（交流電動機10%，直流不考慮）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的要求，以便保證有足夠的過載能力。
kW （2.9）
式中 PJC——基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率，PJC=80 kW；
Zm——電動機臺數，Zm =2；
λ——電動機轉矩的允許過載倍數，λ=1.5；
H——考慮電壓降及轉矩允差以及靜載實驗超載的系數，繞線異步電動機取H=2.1，籠型異步電動機取H=2.2，直流電動機取H=1.4 。
由于 kW
所以電動機額定功率PJC =80 kW 滿足電動機過載能力校驗。
塔式起重機采用了YZR200L2-4/8/32三速帶渦流制動電機，通過帶制動輪的聯(lián)軸器
帶動變速箱再驅動卷筒獲得三種繩速，根據吊重再選擇不同的滑輪倍率。當選用2繩時，速度可達到10、40、80米/分三種；為達到啟動和制動迅速又平穩(wěn)，在電動機的另一端帶有渦流制動器。
該電機本身帶有渦流制動器，它與起動調速電阻相配合，使電機的起動，調速性能得到很大改善，較好地滿足塔機使用的要求,卷揚機停止時,由YWZ-315/45型液壓推桿制動。操作時，將兩操作手柄置于零位后，按下起動按鈕SB2，線路接觸器K閉合，再逐檔操作手柄，逐檔地切除電阻，就可以平穩(wěn)起吊重物，應注意檔位的切換必須順序進行，重載時每一檔至少停留3-4秒才能切換到下一檔位以減少沖擊。應特別注意低速帶渦流檔每10分鐘內的使用時間不得超過1.5分鐘，否則渦流制動器有過熱損壞的危險。當需要反方向運行時，必須將操作手柄逐檔扳回零位，待電機停止后，再逆向逐檔扳動手柄，禁止單方向運轉中突然打反轉。
2.2.2 回轉機構
使起重機的旋轉部分相對于非旋轉部分實現(xiàn)回轉運動的裝置稱為回轉機構?；剞D機構是塔式起重機的主要工作機構之一，它的作用是使已備齊在空中的貨物繞起重機的垂直軸線而內作圓弧運動，以達到在水平面內運輸貨物的目的。用回轉機構來完成水平運動的優(yōu)點是不需要龐大的軌道和支撐機構，運動阻力也較?。喝秉c是結構構比較復雜，移動范圍有限?；剞D機構與運行機構配合工作可將服務范圍擴大。
回轉機構主要由兩部分組成：旋轉支撐裝置和旋轉驅動機構
(1)旋轉支撐裝置的型式與構造
旋轉支撐裝置的任務是保證起重機旋轉部分有確定的旋轉運動，從運動學的觀點看，它應提供所要求的旋轉運動的約束：從受力方面來看，它應能承受起重機各種載荷所引起的垂直力、水平力和傾覆力矩。
旋轉支撐的型式有兩大類：柱式旋轉支撐裝置和轉盤式旋轉支撐裝置，前者的主要優(yōu)點是承受傾覆力矩的能力好，后者的主要優(yōu)點是所占的空間高度較小。
①柱式旋轉支撐機構
柱式旋轉支撐機構主要有一個柱，兩個水平支撐及一個垂直推力支撐組成，有時用一個向心推力支撐代替一個水平支撐與垂直推力支撐。根據柱式固定或旋轉分為定柱式和旋柱式兩類。
定柱式的下部直徑較大，采用水平支撐滾輪的型式，滾輪裝在轉動部分，可以使?jié)L輪的位置適應傾覆力矩的方向，用于支撐力較大的情況。
旋柱式支撐裝置也是將滾輪裝在旋轉部分，使?jié)L輪的位置適應傾覆力矩的方向，由于滾輪是在圓滾道里面滾動，接觸點的曲率比較有利，使?jié)L輪能承受較大的支撐力。下支撐的作用是承受旋轉部分的重量和水平力，所以一般采用一個有自動調位作用的推力軸承和一個球面徑向滾動軸承，為了保證自動調位作用，應使兩個軸承的球面中心重合于—點。
②轉盤式旋轉支撐裝置
這種旋轉支撐裝置的特點是沒有很長的柱子機構，起重機的旋轉部分裝在一個大轉盤上，轉盤通過滾動體(滾輪、滾子、滾珠)支撐與固定部分上。轉盤旋轉支撐裝置有：輪式、滾子及滾動軸承式。
輪式旋轉支撐裝置的旋轉部分支承在三個或四個有車輪裝置構成的支點上。載荷不大時，每個支點可用一個車輪；載荷較大時，每個支點可用兩個車輪，裝在均衡架上。三個支點抗傾覆的作用較小，它的優(yōu)點是靜定、輪壓可由平衡條件完全確定，對于車輪安裝較低。
滾子式旋轉支承裝置將圓錐或圓柱滾子裝在上下兩個環(huán)形軌道之間。轉動部分的環(huán)形軌道制成前后兩段圓弧，目的是提高支承抗傾能力。滾子是旋轉支承裝置的滾動體敬目很多，它的承受載能力比滾式大，對于相同的傾覆力矩，所需軌道直徑較小，可是結構比較緊湊。圓錐滾子多用于軌道直徑較小的情況，避免了附加摩擦與磨損。由于有軸向力，滾子裝載由許多拉桿構成的保持架上。
滾動軸承式旋轉支承裝置的優(yōu)點是：結構緊湊：裝配與維護簡單，密封劑潤滑條件好，軸向間隙小，工作平穩(wěn)，消除了大的沖擊；旋轉阻力小，磨損也小，壽命長。軸承中央可作為通道，對于起重機的總體布置帶來某些方便。
回轉機構(如圖2.4)由兩臺YZR132M-6/2.2kW電機驅動。經液力偶合器帶動小齒輪,從而帶動塔機上部的起重臂、平衡臂等左右回轉，其速度為0.62r/m，由于采用液力偶合器聯(lián)結，因此塔機在起動和制動中平穩(wěn)無沖擊。內置式電磁停止器可對塔機起重臂作精確定位，使得物品就位準確。
1．電動機 2．液力偶合器 3．內置式（常開）電磁止動器
4．少齒差行星減速器 5． 主動小齒輪 6．單排球式回轉支承
圖2.4 回轉機構及回轉支承裝置簡圖
操作時需要注意的是：進行回轉操作時禁止瞬時正、反轉操作；禁止瞬時全速運轉操作，應由慢到快逐步操縱?；剞D機構設有左、右限位開關（S9-1、S9-2），使回轉機構回轉兩圈半即自動停止；以保護電纜不纏繞。
2.2.3 小車牽引機構
小車牽引機構（見圖2.5）是載重小車變幅的驅動裝置，由YDEJ132S-4/8二速電機驅動，經由液力推動制動器，擺線針輪減速器帶動卷筒，通過鋼絲繩（6W×19-14-155-I-甲-鍍-右交GB1102-74）使載重小車以20/40米/分的速度在臂架軌道上來回變幅運動。兩牽引繩均一端纏繞后固定在卷筒上，另一端則固定在載重小車上，變幅時靠繩的一收一放來保證載重小車正常工作。
1.制動器 2.卷筒 3.減速器 4.聯(lián)軸器 5.電動機 6、7.運行小車
8.變幅鋼絲繩 9.導向滑輪
圖2.5 小車牽引機構及鋼絲繩穿繞簡圖
由YDEJ132-4/8 3.3/2.2kW電機驅動,采用操作手柄控制接觸器，可快、慢二速控制。
2.2.4 液壓系統(tǒng)
液壓機構（如圖2.6）是利用高壓油液來傳遞能量的一種驅動機構液壓驅動的旋轉機構可歸納為下列兩大類：
a復式液壓傳動
原動機帶動油泵，高壓又經過分配閥進入工作油缸，利用工作油缸中活塞桿或缸體的往復運動，通過繩索牽引或齒輪齒條傳動，將往復運動轉變?yōu)槠鹬貦C的旋轉運動。
這種旋轉驅動機構的特點是結構緊湊，自重輕，工作平穩(wěn)。但一般只能做非整周的旋轉運動。
b.回轉式液壓傳動
這與前者的差別在于采用回轉式的液壓馬達，而不用往復式的液壓油缸。液壓馬達是油油泵來的高壓油驅動。液壓馬達可選用高壓馬達，用減速機傳動，與機械傳動方案一樣；也可選用低速大扭矩馬達，可以省去或減少中間傳動裝置，驅動最后—級大齒輪，實現(xiàn)起重機的旋轉運動。
這種液壓旋轉驅動機構的特點是結構緊湊，工作平穩(wěn)，自重輕，可實現(xiàn)多周旋轉。但液壓馬達的制造和安裝精度要求較高。
圖2.6 液壓機構原理圖
液壓頂升系統(tǒng)的工作，主要是靠安裝在套架內側面的一套液壓油缸、泵、閥和油壓系統(tǒng)來完成。當需要頂升時，由起重吊鉤吊起標準節(jié)送進引入架，拆去塔身標準節(jié)與下支座的16個M36的連接螺栓，開動電機使液壓缸工作，頂升上部結構之后借助操縱爬爪支持上部重量，收回活塞，再次頂升，這樣兩次工作循環(huán)可接一標準節(jié)。液壓頂升過程的液壓動力是這樣傳遞的，當Y132M-4型5.5kw的電機開動時，帶動油泵，輸出20MPa的油壓和10L/min流量液壓動力。油泵供出的高壓油進入手動三位四通換向閥，中間裝有一支Y-60壓力表，便于觀察油壓讀數，手動換向閥為的是控制油液的進油和回油的方向，然后手動換向閥的液壓油經過平衡閥送到油缸中去進行油缸的伸縮頂升工作。工作油缸的高壓腔接有平衡閥，主要是防止起重機在自升過程中，由于油路系統(tǒng)故障引起起重機超速下降。另外，在手動換向閥并聯(lián)回油箱的管路中間還裝有一支溢流閥，為的是起安全作用。
整個液壓系統(tǒng)的主要性能參數如下：
頂升速度： V=0.69 m/min
工作流量： Q=10 L/min
安全溢流閥調定壓力 P=20 MPa
油缸最大行程：H=1600 mm
頂升力： W=40 t
用自動開關控制液壓頂升機構的油泵電機Y132S-