QTZ40塔式起重機—變幅機構的優(yōu)化設計【14張CAD圖紙】

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河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 課題 名稱 QTZ40塔式起重機—變幅機構的優(yōu)化設計 系： 機械工程系 專業(yè)： 機械設計制造及其制動化 班級： 機094 姓名： 王猛 學號： 2009307419 起迄日期： 2013年3月25日~ 2013年 6月21日 設計（論文）地點: 指導教師： 李常勝 輔導教師： 發(fā)任務書日期： 2013年3月 5 日 1、畢業(yè)設計（論文）目的： 本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、變幅機構的設計、變幅小車的設計和計算等內容，為今后步入社會工作崗位打下良好的基礎。 2、畢業(yè)設計（論文）任務內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： （1） 設計任務： ① 總體參數的選擇（QTZ40級別） ② 結構形式 （2） 總體設計 ① 主要技術參數性能 ② 設計原則 ③ 平衡重的計算 ④ 塔機的風力計算 ⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算 （3） 變幅機構的設計和計算 ① 變幅機構的形式 ② 確定卷筒尺寸 ③ 選擇電動機、減速器、制動器、聯軸器 ④ 驗算實際變幅速度 ⑤ 驗算起、制動時間 ⑥ 電動機發(fā)熱驗算 ⑦ 卷筒強度的計算 （4） 變幅小車的設計 ① 變幅小車的形式 ② 變幅小車的強度計算 （5） 設計要求 ① 主要任務：學生應在指導教師指導下獨立完成一項給定的設計任務，編寫符合要求的設計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一分畢業(yè)論文，并繪制有關圖表。 ② 知識要求：學生在畢業(yè)設計工作中，應綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學習、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領域、延伸專業(yè)技能。 ③ 能力培養(yǎng)要求：學生應學會依據技術課題任務，完成資料的調研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學生掌握有關工程設計的程序、方法與技術規(guī)范，提高工程設計計算、圖紙繪制、編寫技術文件的能力；培養(yǎng)學生掌握實驗、測試等科學研究的基本方法；鍛煉學生分析與解決工程實際問題的能力。 ④ 綜合素質要求：通過畢業(yè)設計，學生應掌握正確的設計思想；培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風；在工程設計中，應能樹立正確的生產觀、經濟觀與全局觀。 ⑤ 設計成果要求： 1） 凡給定的設計內容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應出現缺頁、少圖紙現象。 2） 對設計的全部內容，包括設計計算、機械構造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結構與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。 3） 說明書、計算書內容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設計計算步驟正確，數學計算準確，各項說明要有依據，插圖、表格及字跡均應工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。 4） 對國內外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。 其他各項應符合本資料有關部分提出的要求。 3、畢業(yè)設計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）： ① 計算說明書一份 內容包括：設計任務要求的選型、設計計算內容、畢業(yè)實習報告等。作到內容完整，論證充分（包括經濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號）、批準，字數要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學生應用計算機進行設計、計算與繪圖。 ② 圖紙一套 不少于四張零號圖紙量 4、主要參考文獻： [1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社 [2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業(yè)出版社 [3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊） [4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范 [6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程 5、本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2013.3.25-2013.3.28 2013.3.29-2013.4.13 2013.4.14-2013.4.20 2013.4.21-2013.5.15 2013.5.16-2013.6.5 2013.6.6-2013.6.19 2013.6.20-2013.6.21 熟悉整理資料 方案選擇及總體設計 繪制總圖 變幅機構、變幅小車的設計 繪制變幅機構、變幅小車裝配圖 繪制零件圖紙 準備論文及答辯 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 河北建筑工程學院 畢業(yè)實習報告 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機094 姓 名 王 猛 學 號 2009307419 指導教師 李常勝 實習成績  畢業(yè)實習報告 一、實習目的 畢業(yè)實習是工科本科學生的一個很重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。其任務是根據機械設計及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標，組織學生參觀相關的機械企業(yè)或部門，培養(yǎng)學生重視實踐、增強理論聯系實際的觀念，深入調查研究、拓寬視野、增強面向人才市場、服務于社會的觀念。 我們這半學期的主要任務就是進行畢業(yè)設計，把我們大學四年所學到的機械知識理論聯系現實生產需求進行綜合應用。這樣即可以進一步鞏固所學的理論知識，又對即將走向的工作崗位作一次實戰(zhàn)性的演習。因此這次畢業(yè)設計對于我們這些即將走向工作崗位的大四的畢業(yè)生來說是很重要的。為了給畢業(yè)設計做一個良好的鋪墊，畢業(yè)實習是一個不可缺少的環(huán)節(jié)。 二、實習內容及進度 最初是為期兩周的與機械相關的英文資料的翻譯，期間我們查閱了大量與設計相關的資料，其后就進入了畢業(yè)實習階段。 我們在老師的帶領下去宣化一家工程機械生產工廠。首先對我們進行安全教育。老師給我們看安全生產記錄還有事故案例，一些注意事項加血淋淋的案例，盡管我很害怕，不敢聽不敢看，但我不能，我必須聽還要看，還要做筆記，這些血淋淋的案件給人們敲響了警鐘。老師給我們提了好多要求，我們都必須做到，畢竟事故發(fā)生了誰也負擔不起。生命是無價的，一旦有嚴重損傷是無法恢復的。 安全規(guī)范如下：不允許穿涼鞋進廠；進廠必須穿長褲； 禁止在廠里吸煙，被發(fā)現者罰款；進廠后衣服不準敞開，外套不準亂掛在身上，不得背背包進廠； 人在廠里不要成堆，不要站在主干道上 注重自身和學校形象；不準亂按按扭、開關。 再老師的帶領下我們了學習了從了解需求到設計，工藝制定，生產裝配及測試的流程。老師告誡我們產品設計是個綜合信息處理的復雜過程，它最終的結果是把線條、符號、數字繪制成合理的設計圖樣，設計人員應從以下幾個方面綜合考慮； （l）簡化每個零件的形狀，使機器結構簡單； （2）合并零件的功能，減少零件的種類或數量； （3）應用新結構、新工藝、新材料、新原理來簡化產品結構，提高產品的可*性； （4）分解部件，研究其裝配、組裝的最簡單的結構； （5）對相似零件進行分組； （6）對相似產品按標準數序列進行產品系列化分析； （7）實現產品零件的通用化和標準化。 產品設計人員提高設計質量的關鍵在于自覺、主動地學習與生產加工過程和加工工藝方面有關的知識，熟練掌握設計技巧。 好的設計如果沒有好的工藝是會大打折扣的，工藝沒有最好只有更好，工藝的改進是無止境的。改進工藝方案： （l）避免沒有必要的切削加工，特別是沒必要的裝夾基準面的切削加工。 焊接件準備用自動化程度較高的焊接機器人進行焊接時，應考慮組成零件的焊前加工，保證焊接件各組成零件之間的相互位置尺寸，否則誤差太大，機器人將無法自動跟蹤焊接。 (2)在保證零部件可*、合理使用的前提下，降低尺寸公差、表面粗糙度、形位公差等加工精度等級要求。 （3）減少零件的彎曲形狀和復雜程度，降低廢品率和生產制造成本。 （4）型鋼在進行長度下料時，盡量把火焰切割改為型鋼剪切下料；一般板料的火焰切割改為用剪板機剪切下料；長方形條狀工件從四邊剪切改為用條鋼，僅僅是長度上的剪切下料。 通過對工程機械的生產過程參觀，對生產過程的細節(jié)問題有了更深的認識，紙上的來終覺淺。如配合和公差以前以為機械是粗糙的活，現在才發(fā)現自己是有偏見的，機械是粗中有細。軸承配合誤差不能超過倆道（一百道一毫米）。機架要平行且上面的空要定位精確才能保證安裝省時省力，提高效率。通過互聯網我們了解了國外的先進設備和制造工藝，我們的差距還很大。 三、實習結果 通過這次的畢業(yè)實習加上老師在實習過程中的現場指導，使我對其他同學的課題有了進一步的認識。更了解了自己的不足生產實習是教學計劃中一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，雖然時間不長，但在實習的過程中，都學到了很多東西。 在實習的過程中，我對于各種加工機床有了更加直觀的了解，通過現場觀看各種零件在機床上的加工過程，我對《機械制造技術基礎》上所講的夾具、定位方法、加工工序、工步等概念有了更加深入的認識；我了解到大多數零件生產工序大致有兩種，一種是最原始的手搖手柄定位加工，精確性不高，要求工人有很強的操作能力；另一種是數控控制，由設備自動控制完成的，操作者只是裝卸輔助，但這個前提是操作者會操作機器。 實習中，我認識到書本理論知識與現實操作的差距，比如，在課堂上時說到自由度、刀具什么的都頭頭是道，可真正到了工廠里一問這個限定了幾個自由度就蒙了，更別說辨認刀具了。但是，這也并不是說書本知識與實際生產完全脫節(jié)，在實習參觀過程中，有好多知識都得到了體現。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！古人誠不我欺?。? 在這短短的一個星期的實習中，老師帶領和教導下以及自已的努力參與學習，對機械專業(yè)的各個方面有了深刻的理解和認識，并且鞏固了書本上的知識，將理論運用到實際中去，從實際施工中豐富自已的理論知識，學會運用辯證法去處理機械生產中遇到的各種問題，我堅信能過這一段時間的實習，所獲得的實踐經驗對我終身受益，在我畢業(yè)后的實際工作中將不斷的得到驗證。 四、實習總結 生產實習是我們機械專業(yè)知識結構中不可缺少的組成部分，其目的在于通過實習使學生獲得基本生產的感性認識，理論聯系實際，擴大我們的知識面；同時又是鍛煉和培養(yǎng)學生業(yè)務能力及素質的重要渠道，培養(yǎng)當代大學生具有吃苦耐勞的精神，也是學生接觸社會、了解企業(yè)的一個絕好的機會。我們的實習達到了我們所希望的效果，相信通過此次畢業(yè)實習，會使我們每一位同學將理論與實際結合的更緊密，更能夠使我們掌握工程機械設計的基本流程、各種參數的選取、各種影響因素產生的特點；使我們從容的面對以后的設計和即將踏入的工作崗位。 為期一個學期的畢業(yè)設計即將結束，也就意味著我的大學生活即將結束。實習雖然結束了，再過兩個多月，我們真的就要走上工作崗位了，想想自己大學四年的生活，雖然有過失去，但也學會了很多，感謝老師們對我的諄諄教會。不管前方有多少風雨，我一定會謹記自己所學，按自己的人生規(guī)劃一直走下去。 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機—變幅機構的優(yōu)化設計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機094 學生姓名： 王 猛 學 號： 2009307419 指導教師： 李常勝 課題來源 導師課題 課題類別 畢業(yè)設計 一、論文資料的準備 裝載機工作裝置是組成裝載機的關鍵部件之一。它按有無鏟斗托架可分為有鏟斗托架和無鏟斗托架兩種類。有鏟斗托架的工作裝置其鏟斗裝在托架上，并由托架上的鏟斗液壓油缸控制鏟斗轉動。由于鏟斗托架重量大，使得鏟斗的裝載重量相應減少，因此，國內外裝載機廣泛采用無鏟斗托架式工作裝置。按組成連桿機構的構件數不同可分為三桿、四桿、五桿、六桿和八桿；按輸入和輸出桿的轉向不同，又可分為正轉機構（輸入桿件與輸出桿件轉向相同）和反轉機構（輸入桿件與輸出桿件轉向相反）。其中轉斗缸后置式反轉六連桿機構由于機構簡單緊湊、容易布置，同時又能滿足主要設計要求，如能獲得大的傳動比和掘起力，良好的鏟斗平移性能。 ZL50裝載機工作裝置為無鏟斗托架轉斗油缸后置式反轉六連桿機構，反轉六連桿機構由搖臂、動臂、鏟斗和連桿組成的四連桿機構，鏟斗液壓缸與動臂液壓缸等組成，裝載機的鏟掘和裝卸作業(yè)是通過工作裝置的運動來實現的。當動臂處于某種作業(yè)位置不動時，在鏟斗液壓缸作用下，連桿機構可使鏟斗繞其鉸點轉動；當鏟斗液壓缸閉鎖時，動臂在動臂液壓缸作用下提升或下降鏟斗過程中，連桿機構能使鏟斗保持平移或斗底平面與地面的夾角控制在很小的范圍內，以免裝裝滿物料的的鏟斗由于傾斜而撒落；當動臂下降時，能使鏟斗平放在地面上。 鏟斗用以鏟裝物料；動臂和舉升油缸用來提升鏟斗；轉斗油缸通過搖臂、連桿使鏟斗轉動。工作裝置的作業(yè)過程大致是這樣的：動臂油缸回縮，將動臂下放至下限位置（即動臂油缸全縮）后，鏟斗插入地面，斗尖觸地，開動裝載機，鏟斗借助機器的牽引力插入料堆；然后轉斗油缸伸出，轉動鏟斗，鏟取物料：待鏟斗收斗后，轉斗缸閉鎖，動臂油缸伸出，舉升動臂，將鏟斗升到適當的運輸位置，然后驅動裝載機，載重駛向卸料點；到達卸料點后，保持轉斗缸長度不變，動臂油缸繼續(xù)伸長，將鏟斗舉升到任意卸料高度；然后將動臂油缸閉鎖，轉斗油缸收縮翻轉鏟斗，裝載機卸載；卸料結束后，動臂油缸回縮，下放動臂，實現鏟斗自動。 對裝載機工作裝置的主要設計要求，在裝載機工作時要保證：當動臂處于某種作業(yè)位置不動時（此時動臂油缸封閉），在轉斗油缸作用下，通過連桿機構使鏟斗繞其鉸接點轉動卸料，通常要求卸料角不小于４５度，以保證卸料干凈。當動臂在動臂油缸作用下，提升或降低鏟斗過程中（此時轉斗油缸閉鎖），連桿機構應能使鏟斗在提升時保持平移或控制斗底平面與地面的夾角在很小的范圍內變化，以免由于鏟斗產生傾斜而使裝滿的物料散落而造成安全事故。通常，要求鏟斗在上升。下降過程中最大轉角差不大于15度；而在動臂下降時，又自動將鏟斗放平，以減輕駕駛員的勞動強度，提高生產率。此外，連桿機構還應具有良好的動力傳遞性能，運動中不與其他構件發(fā)生干擾，而且具有足夠的強度和剛度等。這些就是后面的運動仿真分析和有限元結構分析所考慮的問題了。 1929年生產出第一臺輪式裝載機，（斗容0.753立方米，載重680公斤）。這是較早的裝載機，采用門架式結構。在這之前是用鋼繩提斗式的裝卸機具。這一時期的裝載機結構特點是：發(fā)動機前置，前輪小，后輪大，單橋驅動，前輪轉向，輪架式工作裝置用鋼繩提臂翻斗，拖拉機底盤，牽引力小，鏟斗切入力小，作業(yè)速度低。 到了四十年代有了專用底盤，由克拉克公司于1947年生產，采用的是液壓-連桿機構，取代了以前的門架式結構。專用底盤具備了現代裝載機的外形，提高了提升速度，卸載高度和掘起力，因而可用于松散的土方和石方，這是裝載機發(fā)展過程中的第一次重大突破。 到了五十年代，裝載機的結構性能更加完善了，1951年美國開始采用液力機械傳動，同時車架結構采用三點支撐，提高了車輛的越野性和牽引性。這時候裝載機開始形成系列化專業(yè)化生產。這時期的裝載機傳動系統(tǒng)形成了柴油機-液力變矩器-動力換擋變速箱-雙橋驅動，這又是一次重大突破。 六十年代，生產出了能在礦山作業(yè)的大型裝載機，這時期采用的是鉸接式的裝載機，這是第三次重大突破。鉸接轉向的優(yōu)點是：鏟斗隨前車架轉向，可滿足原地轉向；與剛性車架相比，一個作業(yè)循環(huán)內平均行駛路程少，生產效率高，轉彎半徑小，機動性好，適用于狹窄場地作業(yè)。 七十至八十年代，這個時期的裝載機工作裝置朝著安全、操作省力、維修方便等方面發(fā)展。如鉗盤式制動器取代了蹄式制動器。（沾水復原性好，散熱性好，壽命長等）銷軸采用二硫化鉬潤滑，由10小時加一次潤滑脂變?yōu)?00小時加一次。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 設計工作結構和參數計算并分析確定其液壓系統(tǒng)的工作原理和工作過程。繪制裝載機工作裝置結構原理圖，并完成各部分零部件圖的繪制，按要求編制總體設計說明書。完成上述要求要用到機械設計及原理、理論力學、材料力學、機械制造、和熟練運用相關軟件等知識。 在掌握裝載機基本構造、工作原理和性能要求等知識的基礎上，綜合運用機械原理、機械設計優(yōu)化設計、力學等基礎知識，借助于計算機輔助設計手段，對裝載機工作機構進行參數化設計，擺脫進行大量計算的傳統(tǒng)設計方法，減少重復設計，縮短工作機構的設計周期，提高設計質量。 在利用計算機進行運動仿真之前，我們要對裝載機的各個零件進行設計計算及繪圖，具體步驟如下： 1.分析裝載機的發(fā)展狀況和推土機的結構類別。 2.選擇裝載機機的各部件形式。 3.計算裝載機作業(yè)的阻力 4.確定裝載機總體參數。 5.對裝載機的工作裝置進行總體布置。 6.計算裝載機的穩(wěn)定性。 7.選擇工作裝置結構形式。 8.對工作裝置運動和受力進行分析 最后，利用Proe建立裝載機工作裝置的實體模型，并在電腦屏幕上進行模擬工作系統(tǒng)運動仿真，以便能及早的發(fā)現機構參數上的設計錯誤，從而減少了物理樣品試制過程中出項的各種問題。利用其中的動態(tài)模擬自動檢測各桿件在運動過程中的干涉問題，效率高、準確度好，解決了傳統(tǒng)設計中的難題，使桿件干涉問題在設計過程中得到了有效的解決?？s短新產品的開發(fā)周期，為裝載機工作機構的設計提供方便、實用的設計方法、仿真分析。有助于理解和分析工作裝置運動時產生的結果，并提供相應的改進信息。應用Proe 軟件的建模和動態(tài)模擬仿真分析等模塊，成功地解決裝載機工作裝置傳統(tǒng)設計中無法直觀觀察工作裝置空間運動狀況的難題，是直觀、方便地進行裝載機工作裝置的設計、布局、模擬和動態(tài)分析的一次有益嘗試，為生產高質量、高性能的裝載機工作裝置提供了可靠保障。 三、主要內容、研究方法、研究思路 主要內容： 1.確定ZL50裝載機工作裝置的結構方案，并闡述裝載機的適用范圍與功能優(yōu)勢。 2.確定裝載機總體參數、工作裝置主要參數，了解各零部件的加工方案。 3.對系統(tǒng)中各零部件進行設計計算,確定個零部件的尺寸。 4.對裝載機工作裝置進行設計計算。 5.繪制出其裝配圖及若干零件。 6.利用Proe設計軟件對裝載機工作裝置進行三維建模和運動仿真。 研究方法： 前期人工計算出裝載機工作裝置各個零件的確切數據，繪制零件圖。然后對裝載機工作裝置的設計數據錄入裝載機工作裝置數據庫系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括管理模塊、查詢模塊、文件管理模塊和幫主模塊。然后對工作裝置的設計數據進行分類。這樣可以實現對復雜數據的快速提取，并采用直觀的樹形圖顯示參數信息，方便完成查詢操作，數據的同列與匯總。然后利用Proe設計軟件對裝載機工作裝置進行三維建模和運動仿真。 研究思路： 利用Proe設計軟件，建立裝載機工作裝置的三維實體模型，并對工作裝置的模型添加運動副約束與運動約束。最后對裝載機工作裝置進行力學與運動學仿真分析。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期） 2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理資料 2013.4.12-2013.4.25 方案選擇及總體設計 2013.4.26-2013.5.9 繪制總圖 2013.5.10-2013.5.23 工作裝置設計 2013.5.24-2013.6.13 工作裝置運動及受力分析計算 2013.6.14-2013.6.22 繪制零件圖紙 2013.6.23-2013.6.27 準備論文及答辯 五、主要參考文獻 [ 1 ]寧曉斌,孟彬,姚宏,等. 裝載機工作裝置強度的動態(tài)仿真研究[J ] . 工程機械, 2008年. [ 2 ]馬文蕾,畢玲霞,畢玉強. 裝載機工作裝置優(yōu)化設計及多體系統(tǒng)動力學仿真[J ] . 機械研究與應用,2008年. [ 3 ]陳亮,宋德朝. 基于Pro/ Mechanism 的裝載機工作裝置運動仿真[J ] . 機械,2008年 . [ 4 ]葛永斌, 陳秀玉,肖威威. 基于Pro/ E 的裝載機工作裝置優(yōu)化設計[J ] . 農業(yè)裝備與車輛工程,2008年. [ 5 ]呂其惠,王力夫. 基于Pro/ E 的多功能裝載機工作裝置的設計及仿真分析[J ] . 農業(yè)裝備與車輛工程, 2007年. [ 6 ]曹旭陽. 裝載機工作裝置的仿真與校核[J ] . 建筑機械,2008年. [ 7 ]趙耀虹。基于Proe的裝載機工作裝置的仿真研究[ J ].陜西科技大學學報2009年27期. [ 8 ]吳永平等.工程機械設計機 北京 化學工業(yè)出版社 2007. [ 9 ]楊占敏.輪式裝載機.北京,化學工業(yè)出版社,2007. [ 10 ]吳慶鳴 何小新 工程機械設計 武漢 武漢大學出版社 2006. [ 11 ]楊國平 現代工程機械技術 北京 機械工業(yè)出版社 2006. [ 12 ]楊晉升 輪式裝載機設計 北京 機械工業(yè)出版社 1986 [ 13 ]楊衛(wèi)平等.三維實體造型技術在裝載機工作裝置設計中的應用[J].礦山機械2005年3期 [ 14 ]郭衛(wèi)等. 基于Proe軟件的裝載機工作裝置虛擬樣機與仿真分析[J].工程機械2005年3期 [ 15 ]楊占敏，王智明，張春秋，等. 輪式裝載機［M］. 北京：化學工業(yè)出版社，2006. 指導教師意見： 指導教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領導簽名： 日期： 系蓋章 課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。 目錄 第 1 章 前言 1 1.1 概述 1 1.2 發(fā)展趨勢 1 第 2 章 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 19 2.2.3 安全保護裝置 27 2.3 總體設計原則 29 2.3.1 整機工作級別 29 2.3.2 機構工作級別 29 2.3.3 主要技術性能參數 30 2.4 平衡重的計算 30 2.5 起重特性曲線 32 2.6 塔機風力計算 34 2.6.1 工作工況 35 2.6.2 工作工況 38 2.6.3 非工作工況 40 2.7 整機的抗傾覆穩(wěn)定性計算 43 2.7.1 工作工況 44 此工況下，塔機穩(wěn)定可靠。 45 2.7.2 工作工況 45 2.7.3 非工作工況 46 2.7.4 工作工況 47 2.8 固定基礎穩(wěn)定性計算 48 第 3 章 變幅機構的設計和計算 50 3.1 變幅機構的形式 50 3.2 確定卷筒的尺寸 50 3.2.1 卷筒的名義直徑 D50 3.2.2 多層繞卷筒相關參數計算 51 3.3. 選擇電動機、減速器、制動器、聯軸器 51 3.3.1 選擇電動機 52 3.3.2 選擇減速器 52 3.3.3 變幅機構制動器的選擇 53 3.3.4 變幅機構聯軸器的選擇 54 3.4. 驗算變幅速度 56 3.5 驗算起、制動時間驗算 56 3.6 電動機發(fā)熱校驗 58 3.7 校驗卷筒強度 59 第 4 章 變幅小車的設計 60 4.1 變幅小車的形式 60 4.2 變幅小車的設計 60 4.21 繩索牽引式小車構造及其驅動方式 60 4.22 運行小車牽引力計算 61 4.2.3 牽引繩最大張力 65 4.2.4 選擇牽引繩 65 4.2.5 牽引卷筒計算 65 第 5 章 畢業(yè)設計小結 70 參考文獻 71 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計計算書 指導教師：李常勝 設計題目：QTZ40塔式起重機--變幅機構的優(yōu)化設計 設計人：王 猛 設計項目 計算與說明 結果 前言 概述 發(fā)展趨勢 總體設計 概述 確定總體設計方案 塔機金屬結構 塔頂 吊臂 構造型式 分節(jié)問題 截面形式及截面尺度 腹桿布置和桿件材料選用 吊點的選擇與構造 平衡臂和平衡重 平衡臂的結構型式 平衡重 拉桿 上、下支座 塔身 塔身結構斷面型式 塔身結構腹桿系統(tǒng) 標準節(jié)間的聯接方式 塔身結構設計 塔身的接高問題 轉臺裝置 回轉支承 底架 附著裝置 套架與液壓頂升機構 爬升架 頂升機構 套架 液壓頂升 基礎 工作機構 起升機構 起升機構的傳動方式 起升機構的驅動方式 起升機構的減速器 起升機構的制動器 滑輪組 倍率 回轉機構 變幅機構 安全裝置 限位開關 起升高度限制器 起重量限制器 力矩限制器 風速儀 鋼絲繩防脫裝置 電氣系統(tǒng) 總體設計原則 整機工作級別 機構工作級別 主要技術性能參數 平衡重的計算 起重機各部件對塔身的中心力矩 起重特性曲線 各幅度時起重量 起重特性曲線 塔機的風力計算 工作工況 平衡臂風力計算 風力系數選取 由平衡臂的設計尺寸計算迎風面積 風力計算 起升機構的風力計算 平衡重風力計算 起重臂風力計算 牽引機構風力計算 塔頂風力計算 上下支座風力計算 塔身風力計算 工作工況Ⅱ 平衡臂風力計算 起升機構風力計算 平衡重風力計算 起重臂風力計算 牽引機構風力計算 塔頂風力計算 上下支座風力計算 塔身風力計算 非工作工況Ⅲ 平衡臂風力計算 起升機構風力計算 平衡重風力計算 起重臂風力計算 變幅機構風力計算 塔頂風力計算 上下支座風力計算 塔身風力計算 起重機抗傾覆穩(wěn)定性計算 工作工況Ⅰ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 工作工況Ⅱ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 慣性載荷 坡度載荷 風載荷 非工作工況Ⅲ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 風載荷 工作工況Ⅳ 平衡臂部分 起重臂部分 塔身部分 基礎部分 風載荷 固定基礎穩(wěn)定性計算 變幅機構 的形式 卷筒尺寸的確定 選擇電動機 選擇電動機功率 選擇減速器 選擇制動器 選擇聯軸器 驗算變幅速度 起動時間驗算 發(fā)熱校核 校核卷筒強度 變幅小車的形式 變幅小車的設計 牽引阻力計算 牽引繩最大張力 選擇牽引繩 牽引卷筒計算 第1章 前言 1.1 概述 塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備，在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十年時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家九十年代末期水平并躋身于當代國際市場。 QTZ40型塔式起重機簡稱QTZ40型塔機，是一種結構合理，性能比較優(yōu)異的產品，比較國內同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預制構件的吊運和安裝，并能在市內狹窄地區(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高，其幅度利用率可達全幅度的80%。 QTZ40型塔式起重機是400kN·m上回轉自升式塔機。上回轉自升塔式起重機是我國目前建筑工程中使用最廣泛的塔機，幾乎是萬能塔機。它的最大特點是可以架得很高，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。這種塔式起重機適應性很強，所以市場需求很大。 1.2 發(fā)展趨勢 塔式起重機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，廣泛使用了內部爬升式和外部附著式塔式起重機。并在工作機構中采用了比較先進的技術，如可控硅調速、渦流制動器等。進入七十年代后，它的服務對象更為廣泛。因此，幅度、起重量和起升高度均有了顯著的提高。 就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現在如下幾個方面：①整機性能：由于先進技術和材料的應用，同種型號的產品，整機重量要輕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)的推廣應用；④操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善；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 總體設計 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，才能更好的完成設計。它是對滿足塔機技術參數及形式的總的構想，總體設計的成敗關系到塔機的經濟技術指標，直接決定了塔機設計的成敗。 1.遵循“三化”：即零件標準化、產品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：即新技術、新結構、新材料、新工藝。 3.滿足“三好”：即好制造、好使用、好維修。 制定設計總則以后，便可以編寫設計任務書，在調研的基礎上運用所學的知識，確定總體設計方案，保證設計的成功。 總體設計指導各個部件和各個機構的設計進行，一般由總工程師負責設計。在接受設計任務以后，應進行深入細致的調查研究，收集國內外的同類機械的有關資料，了解當前的國內外塔機的使用、生產、設計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設計原則。設計原則應當保證所設計的機型達到國家有關標準的同時，力求結構合理，技術先進，經濟性好，工藝簡單，工作可靠。 2.2 確定總體設計方案 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。 自升式塔機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。截錐柱式塔尖實質上是一個轉柱，由于構造上的一些原因，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心圓鋼，厚壁無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是構造簡單自重輕，加工容易，存放方便，拆卸運輸便利。 塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應力下降效果便不顯著，過分加高塔尖高度不僅導致塔尖自重加大，而且會增加安裝困難需要換用起重能力更大的輔助吊機。因此，設計時，應權衡各方面的條件選擇適當的塔頂高度。 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2-1所示： 圖2-1 塔頂結構圖 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。 小車臂架可概分為三種不同型式：單吊點小車臂架，雙吊點小車臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車臂架。單吊點小車變幅臂架是靜定結構，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結構。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構造；雙吊點小車變幅臂架結構一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結構自重輕，據分析與同等起重性能的單吊點小車變幅臂架相比，自重均可減輕5%-10%。小車變幅臂架拉索吊點可以設在下弦處，也可設在上弦處，現今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，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行軌道。 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)。端頭節(jié)構造應當簡單輕巧，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2-2： 圖2-2臂架分節(jié) 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2-3所示： 圖2-3 臂架截面及其腹桿布置 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 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。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點外懸臂長度影響最大。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。 當采用順斜置式式，焊縫長度較短、質量不易保證。焊接變形不均勻，節(jié)點剛度較差，且不便于布置小車變幅機構。因此本設計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應用區(qū)段不受限制，焊縫長度較長，強度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點剛度較好，便于布置小車變幅機構。 臂架桿件材料有多種選擇可能性。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。 5） 吊點的選擇與構造 吊點可分為單吊點和雙吊點。其設計原則是：臂架長度小于50m，對最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點結構。若臂架總長在50m以上，或對跨中附近最大起吊量有特大要求應采用雙吊點。采用單吊點結構時，吊點可以設在上弦或下弦。吊點以左可看作簡支梁，以右可看作懸臂梁。在設計中采用雙吊點。 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（或稱配重），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)生亂繩現象。 1） 平衡臂的結構型式 平衡臂的構造設計必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。短平衡臂的優(yōu)點是：便于保證塔機在狹窄的空間里進行安裝架設和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結構自重較輕。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當減少平衡重的用量，相應減少塔身上部的垂直載荷。平衡重與平衡臂的長度成反比關系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關系，因此，平衡臂的合理設計可節(jié)約材料，降低整機造價。 常用平衡臂有以下三種結構型式： （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成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設有防護欄桿。其特點是結構簡單，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。此類平衡臂的構造與平面框架式平衡臂結構構造相似，但較為輕巧，適用于長度較大的平衡臂。從實用上來看，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） 矩形斷面格桁結構平衡臂，其特點是根部與座在轉臺上的回轉塔架聯接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長的超重型自升式塔機。 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10.17m。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，輕型塔機一般至少要用3～4t，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。 平衡重一般可分為固定式和活動式兩種?；顒悠胶庵刂饕糜谧陨剿C，其特點是可以移動，易于使塔身上部作用力矩處于平衡狀態(tài)，便于進行頂升接高作業(yè)。但是，構造復雜，機加工量大，造價較高。故國內大部分塔機均采用固定式平衡重。 平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鑄鐵平衡重的構造較復雜，制造難度大，加工費用貴，但體形尺寸較小，迎風面積較小，有利于減少風載荷的不利影響。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風面積大，對塔身結構及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構造簡單，預制生產容易，可就地澆注，并且不怕風吹雨淋，便于推廣。 因此，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。圓形斷面和三角形斷面現在基本上不用，現今國內外生產的塔機均采用方形斷面結構。因此本設計采用的也是方形斷面結構。按塔身結構主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結構塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結構；角鋼拼焊方鋼管格桁架結構塔身及無縫鋼管焊接格桁架結構塔身。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。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。此次設計的尺寸為1.6m×1.6m。根據承載能力的不同，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，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)采用角鋼或無縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內側或焊裝于角鋼主弦桿外側。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。腹桿不同會影響塔身的扭轉剛度和彈性穩(wěn)定。 本次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)間的聯接方式 塔身標準節(jié)的聯接方式有：蓋板螺栓聯接，套柱螺栓聯接，承插銷軸聯接和瓦套法蘭聯接。蓋板螺栓聯接和套柱螺栓聯接應用最廣。 本次設計的QTZ40塔機采用套柱螺栓聯接，其特點是：套柱采用齊口定位，螺栓受拉，用低合金結構鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標準節(jié)的聯接，雖加工工藝要求比較復雜，但安裝速度比較快。 4） 塔身結構設計 （1） 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塔身標準節(jié)。拼裝式塔機塔身標準節(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，但拼裝式塔身標準節(jié)的優(yōu)越性更不容忽視：一是堆放儲存占地??；二是裝卸容易；三是運輸費用便宜，特別是長途陸運和運洋海運，由于利用集裝箱裝運，其抗銹蝕和節(jié)約運費的效果極為顯著。 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2-5所示： （2） 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 圖2-5 塔身結構示意圖 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。 （3） 塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實心圓鋼，取決于塔身的起重能力、供貨條件、經濟效益以及開發(fā)系列產品的規(guī)劃和需要。 （4） 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。爬梯寬度不宜小于500mm，梯級間距應上下相等，并應不大于30mm。當爬梯高度大于5m時，應從高2m處開始裝設直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為500mm。當爬梯高度超過10m時，爬梯應分段轉接，在轉接處加一休息平臺。 對于高檔的塔機，可根據用戶要求增設電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現人機工程學的應用。 5） 塔身的接高問題 在遇到塔身需要接高問題時，應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，根據工程對象需要增加塔身標準節(jié)，使低塔機變?yōu)楦咚C。 （2） 根據施工需要，增加塔身標準節(jié)，使塔身高度略超越固定式塔機的規(guī)定最大自由高度。 在進行具體接高操作之前，還應制定相關的安全操作規(guī)程，以保證拆裝作業(yè)的安全順利進行。 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．回轉支承裝置 回轉支承簡稱轉盤，是塔式起重機的重要部件，由齒圈、座圈、滾動體、隔離快、連接螺栓及密封條等組成。按滾動體的不同，回轉支承可分為兩大類：一是球式回轉支承，另一類是滾柱式回轉支承。 1） 柱式回轉支承 柱式回轉支承又可分為：轉柱式和定柱式兩類。定柱式回轉支承結構簡單，制造方便，起重回轉部分轉動慣量小，自重和驅動功率小，能使起重機重心降低。轉柱式結構簡單，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。 2） 滾動軸承式回轉支承 滾動軸承式回轉支承裝置按滾動體形狀和排列方式可分為：單排四點角接觸球式回轉支承、雙排球式回轉支承、單排交叉滾柱式回轉支承、三排滾柱式回轉支承。滾動軸承式回轉支承裝置結構緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應用最廣的回轉支承裝置。為保證軸承裝置正常工作，對固定軸承座圈的機架要求有足夠的剛度。滾動軸承式回轉支承，回轉部分固定，在大軸承的回轉座圈上，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。 設計選用球式回轉支承，其優(yōu)點是：剛性好，變形比較小，對承座結構要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。 根據構造不同和滾動體使用數量的多少，回轉支承又分為單排四點接觸球式回轉支承、雙排球式回轉支承、單排交叉滾柱式回轉支承和三排滾柱式回轉支承。 設計采用單排四點接觸球式回轉支承，它是由一個座圈和齒圈組成，結構緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。 9．底架 塔機底架構造隨著塔身結構特點（轉柱式塔身或定柱式塔身），起重機的走形方式（軌道式、輪胎式或履帶式）及爬升方式（內爬式或外附著自升式）而異。 小車變幅水平臂架自升塔機采用的底架結構可分為：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。 本次設計采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結構，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，用螺栓與框架結構連接，底架通過20個預埋地腳螺栓與基礎固定，螺栓為M36，底架外輪廓尺寸約為：長×寬×高=4600×4600×250 mm。 撐桿的作用是使塔身基礎節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結構，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設置，塔身危險斷面由塔身根部向上移到撐桿的上支承面，同時塔身根部平面對底架的作用減小，從而改善底架的受力情況。 底架安裝時，將底架拼裝組合，放置于混凝土基礎上，對正四角的放射形支腿地腳螺栓，使底架墊平牢實，要求校平，平面度小于1/1000，擰緊20個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2-6所示： 2-6 附著裝置 11. 套架與液壓頂升機構 1） 爬升架 爬升架主要由套架，平臺，液壓頂升裝置及標準節(jié)引進裝置等組成。套架是套在塔身標準節(jié)外部。套架用無縫鋼管焊接而成，節(jié)高4.94米，截面尺寸2.0×2.0米2。外側設有平臺和套架爬升導向裝置—爬升滾輪。在套架內側的下方，還設有支承套架的支塊，當套架上升到規(guī)定位置時，需將此支塊連同套架支托于塔身標準節(jié)的踏塊上。 為便于頂升安裝的安全需要特設有工作平臺，爬升架內側沿塔身主弦桿安裝8個滾輪，支撐在塔身主弦桿外側，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，爬升架下部有兩個杠桿原理操縱的擺動爪，在液壓缸回收活塞以及引進標準節(jié)等過程中作為爬升架承托上部結構重量之用。 2） 頂升機構 頂升機構主要由頂升套架、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。 3） 套架 上回轉自升塔機要有頂升套架。整體標準節(jié)用外套架。外套架就是套架本體套在塔身的外部。套架本身就是一個空間桁架結構。套架由框架，平臺，欄桿，支承踏步塊等組成。安裝套架時，大窗口應與標準節(jié)焊有踏塊的方向相反。套架的上端用螺栓與回轉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，以防止側向局部失穩(wěn)。門框內裝有兩根引入導軌，以便與標準節(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準節(jié)，多用于俯仰變幅的動臂自升式塔是起重機。下頂升加節(jié)接高的優(yōu)點：人員在下部操作，安全方便。缺點是：頂升重量大，頂升時錨固裝置必須松開。中頂升加節(jié)接高的工藝是由塔身一側引入標準節(jié)，可適用于不同形式的臂架，內爬，外附均可，而且頂升時無需松開錨固裝置，應用面比較廣。 本次設計的QTZ40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。 （2） 按頂升機構的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構、鏈輪頂升機構、齒條頂升機構、絲杠頂升機構和液壓頂升機構等五種。繩輪頂升機構的特點是構造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構與繩輪頂升機構相類似，采用較少。齒條頂升機構在每節(jié)外塔架內側均裝有齒條，內塔架外側底部安裝齒輪。齒輪在齒條上滾動，內塔架隨之爬升或下降。絲杠爬升機構的絲杠裝在內塔架中軸線處，或裝在塔身的側面內外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉，完成頂升過程。 本次設計的QTZ40塔式起重機采用液壓頂升機構。液壓頂升機構由電動機驅動齒輪油泵，液壓油經手動換向閥、平衡閥進入液壓缸，使液壓缸伸縮，實現塔機上部的爬升和拆卸。其主要優(yōu)點是構造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構另有一套手動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- 電動機 2-聯軸器 3-齒輪泵 4-濾油器 5-溢流閥 6-壓力表開關 7-壓力表 8-手動換向閥 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，并設上，下橫梁各一個。液壓缸上端固定在橫梁鉸點處。頂升時，活塞桿外身，通過下橫梁支在下部塔身的托座或相應的腹桿節(jié)點上。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的上部頂起。所謂側頂升式，是將頂升液壓油缸設在套架的后側。頂升時，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上部頂起來。側頂式的主要優(yōu)點是：塔身標準節(jié)長度可適當加大，液壓缸行程可以相應縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設計的QTZ40塔式起重機采用側頂式。 12. 基礎 固定式塔式起重機，可靠的地基基礎是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎應根據不同地質情況，嚴格按照規(guī)定制作。除在堅硬巖石地段可采用錨樁地基（分塊基礎）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎。 鋼筋混凝土基礎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，可視工程地質條件，周圍環(huán)境以及施工現場情況選用X形整體基礎，四個條塊分隔式基礎或者四個獨立塊體式基礎。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎。如這種塔機必須安裝在深基坑近旁，或者塔機安裝位置地質條件較差，則應采用鉆孔灌注樁承臺基礎。 圖2-8 X形整體基礎 1） X形整體基礎的形狀及平面尺寸大致與塔式起重機X形底架相似。塔式起重機的X形底架通過預埋地腳螺栓固定在混凝土基礎上，此種形式多用于輕型自升式塔式起重機，如圖2-8所示： 2） 長條形基礎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，分別支承底架的四個支座和由底架支座傳來的上部荷載。如果塔機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。 3） 分塊式基礎由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結構傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構造尺寸視塔機支反力大小基地耐力而定。由于基礎僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負荷獨立柱基礎處理。其優(yōu)點是：構造比較簡單，混凝土及鋼筋用量都比較少，造價便宜。 4） 無底架固定式自升式塔機的鋼筋混凝土基礎，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎。塔機的塔身結構通過塔身基礎節(jié)、預埋塔身框架或預埋塔身主角鋼等固定在鋼筋混凝土基礎上。 由于塔身結構與混凝土基礎聯固成整體，混凝土基礎能 發(fā)揮承上啟下的作用：將塔機上不得載荷全部傳給地基。由 于整體鋼筋混凝土基礎的體形尺寸是考慮塔式起重機的最大支反力、地基承載力以及壓重的需求而選定的，因而能確保塔機在最不利工況下均可安全工作，不會產生傾翻事故?；A預埋深度根據施工現場地基情況而定，一般塔式起重機埋設深度為1-1.5米，但應注意須將基礎整體埋住。 本次設計的QTZ40塔式起重機，選用的混凝土基礎為x基礎（如圖2-9所示）。混凝土外輪廓尺寸約為：長×寬×高=7000×7000×1100 mm（長×寬×高），總混凝土方量約11立方米，基礎重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A用鋼筋混凝土搗制，混凝土標號為300號，在基礎內預埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等?；A的制作應嚴格按圖施工?；A的土質應堅固牢實，要求承載能力大于0.15Mpa，混凝土基礎的深度﹥1100mm 。 圖2-9 塔機設計基礎 2.2.2 工作機構 工作機構是為實現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)。 為了提高塔機生產率，加快吊裝施工進度，無論是起升機構、變幅機構、回轉機構均應具備較高的工作速度，并要求從靜止到全速運行，或從全速運行轉入靜停的全過程，都能平緩進行，避免產生急劇沖動，對金屬結構產生破壞性影響。對于高層建筑施工用的塔機來說，由于起升高度大，起重臂長，起重量大，對工作機構調速系統(tǒng)有更高的要求。 1. 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。起升機構簡圖如圖2-10所示。 2-10起升機構簡圖 1-三速電機 2-聯軸器 3-液力推桿制動器 4-ZQ500圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器 根據使用說明書，起升機構由一合三速電動機驅動，電動機型號YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/ 144rpm。通過彈性聯軸節(jié)與ZQ500型圓柱齒輪變速箱驅動起升卷筒，本機構采用液力推桿制動器。起升速度由電控三速電動機實現其“兩快一慢”的動作，本機構還備有高度限位裝置，避免起升時卷筒發(fā)生過卷現象，通過調整高度限位裝器行程開關的碰塊的位置，以實現吊鉤在最大高度時，起升機構斷電，保護高度限位的安全。高度限位器只是一種安全裝置，不允許用來作工作裝置使用。 1) 起升機構的傳動方式 按照起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）等形式。 （1） 機械傳動：其動力是由發(fā)動機經機械傳動裝置傳至起升機構起升卷筒，同時也傳至其它工作機構，由于集中驅動，為保證各機構獨立運動，整機的傳動比較復雜。起升機構的調速困難、操作麻煩、但工作可靠。 （2） 電力傳動：由直流或交流電動機通過減速器帶動起升卷筒。直流電動機傳動的機械特性適合起升機構工作要求，調速性能好，但直流電的獲得較為困難。交流電機傳動由于能直接自電網取得電流，結構簡單、機組重量輕。 （3） 液壓傳動：有高速液壓馬達傳動和低速大扭矩液壓馬達傳動。前者重量輕、體積小、容積效率高。后者傳動零件少，起、制動性能好，但容積效率較低，易影響機構轉速，體積與重量較大。 交流電機傳動由于能直接自電網取得電流，結構簡單，機組重量輕，故電力傳動在起升機構上被廣泛采用?？紤]經濟性、工作情況、工作效益等，本次設計采用電力傳動。 2） 起升機構的驅動方式 按照起重機的驅動方式不同，可分為以下大類： 多速電機起升機構：這種起升機構構造簡單，它是由一個多速電動機配上減速器、鋼絲繩卷筒組成。其制動器可以是電機本身帶的電磁盤式制動器，也可以是獨立的液壓推桿制動器。 繞線轉子異步電動機串接可變電阻調速起升機構：這種由繞線轉子異步電動機驅動、串接可變電阻調速的起升機構主要用于輕型快裝塔機。由于繞線式電動機本身具有良好的啟動特性，通過在轉子繞組中串接可變電阻，以凸輪控制器進行控制，從而實現平穩(wěn)啟動和均勻調速的要求。 配用電磁換擋減速器的3極籠型電動機驅動起升機構：這種調速起升機構具有較前一類更高的調速性能，由三極籠型電動機、電磁換擋2擋減速器、傳動系統(tǒng)和鋼絲繩卷筒組成。采用這種起升機構，可使調速檔數增加一倍，從而使工作速度與吊載更相適應，提高起升機構的生產效率。這種調速起升機構由于具有較好的價格性能比，其應用正日趨普及。 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。 3） 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，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。 4） 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。 5） 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要。塔式起重機一般都為單聯滑輪組，故倍率a等于承載分支數Z。起升速度有6種，見表2-1： 表2-1起升特性參數表 倍率 a=2 a=4 起重量（t） 空鉤 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2-11所示： 圖2-11 起升機構鋼絲繩纏繞示意圖 1-起升卷筒2-塔頂滑輪 3-起重量限制器滑輪 4-載重小車5-臂端固定點6-上滑輪7-吊鉤滑輪組 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. 回轉機構 塔機是靠起重臂回轉來保障其工作覆蓋面的?；剞D運動的產生是通過上、下回轉支座分別裝在回轉支承的內外圈上并由回轉機構驅動小齒輪。小齒輪與回轉支承的大齒圈嚙合，帶動回轉上支座相對于下支座運動。 回轉機構是重負荷工作機構，不僅要附帶很重的吊載和臂架等結構部件轉動，而且要克服很大的迎風阻力。這些均是影響回轉機構設計及電動機功率選擇的因素。 目前采用的回轉機構有以下幾種： 1） 電動機——液力耦合器——減速器——小齒輪回轉機構 這種回轉機構呈“1”字型立式安裝，由于中間裝有液力耦合器，可減緩電機啟動時的速度沖擊，因此運動比較平穩(wěn)。但靠電機反接制動，特別在就位時，只能靠操作人員“點動”。特點是：結構簡單，運行可靠，造價相對較低，但調速性能 不好。 2） 帶渦流制動器的力矩電機——行星減速機——小齒輪回轉機構 這種機構在啟動和減速時，引入了渦流制動器，使之達到起、制動平穩(wěn)。但造價較高。 3） 變頻調速回轉機構 該機構由變頻調速電機（鼠籠型）——行星減速機——小齒輪組成。通過變頻器調整電源頻率，從而改變電機轉速，結構最為簡單，但目前尚無回轉機構專用變頻器。 4） 由多檔速度的繞線轉子異步電動機——液力耦合器——行星減速器——電磁片式制動器的回轉機構 這是一種較好的回轉機構，能保證力的傳遞平穩(wěn)而無磨損。其對風荷調控作用在于風載轉矩增大超越限度時，電動機接電后，制動器便首先轉動，從而使塔機免去不必要的倒轉，風停止后，制動器又會立即松開。當工作班結束后，塔機非作業(yè)時，通過隨風轉電控或機械操作裝置使制動閘松開，令塔機猶若一座風向標可隨風轉動，但不至于被巨風強吹扭毀。 考慮在滿足使用要求條件下，降低成本，本次設計的QTZ40型號塔式起重機回轉機構選用第一種結構型式?；剞D機構由一臺雙速電動機驅動，電動機型號YD132M–8/6。經過力偶合器至行星齒輪減速機到主動小齒輪，再驅動回轉支承大齒輪。本機構由于采用了液力偶合器聯結，使其運轉平穩(wěn)，沖擊慣性小，進而改善了塔機的工作狀況。回轉機構工作原理見圖2-12。 圖2-12回轉機構簡圖 1-雙速電動機 2-液力偶合器 3-Xx4-100型行星齒輪減速器 4-驅動小齒輪 5-單排四點接觸球式回轉支承 6-回轉大齒輪 3. 變幅