QTZ6015塔机总体设计.docx
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QTZ6015塔机总体设计
2整体设计
整体参数
型号：
QTZ6015；
额定起重力矩：
1156千牛·米；
最大起重量：
8吨；
工作幅度：
2.5米～60米；
最大幅度处额定起重量：
吨；
起升〔独立〕高度：
45米；
变幅速度不小于：
40米/分钟；
最大起升速度不小于：
60米/分钟；
辗转速度不小于：
转/分钟;
最低牢固下降速度不大于：
7米/分钟。
整体方案选择
2.2.1塔基种类选择
经过对塔机厂的参观和查阅相关资料，本设计采用辗转自升式塔式起重机。
其优点是轮廓底部尺寸小，要求较小的建筑基地空间，不影响建筑资料的堆放使用；塔身不会转故惯性小，便于改装成附着式塔式起重机，能适应多种形式建筑物的施工需要。
由于一般上辗转式已经不能够满足大高度吊装工作的需要，故本次设计采用自升附着式，即塔身附着在建筑物上，能够随着建筑物的高升而沿着层高逐渐爬升。
爬升套架采用外爬式，由于内爬式在工作时司机不能够看到起吊过程，操作不便；施工结束后，又要用辅助设备将塔机解体，并吊到地面，费工时。
综上所述并考虑经济性、建筑体型、和周围空间等因素的考虑后，选择上辗转外面附着塔帽式起重机。
2.2.2驱动形式
起重机的性能和特点在很大程度上取决于驱动装置。
本设计采用电力-机械
驱动，对照内燃机-驱动更好一些。
目前塔式起重机的驱动装置广泛采用起重机和冶金专用的YZR、JZR、YDZ系列电动机。
2.2.3变幅机构型式
依照国内塔机睁开和使用情况，采用小车变幅，即经过搬动小车实现变幅。
工作时吊臂安装在水平川址，小车由变幅牵引机构驱动，沿吊臂轨道搬动。
这种
方案的优点是：
安装定位正确，变幅速度快，变幅惯性力没有辗转惯性大。
2.2.4爬升机构
依照爬升机构的传动方式不相同，自升式塔式起重机的传动方式不相同，自升式
塔式起重机可分为机械式和液压式爬升机构。
其中液压式采用液压油缸顶升，在
国内外广泛使用。
本次设计为了塔身附着和加节方便，决定采用上辗转-外套架
爬升上加节式。
2.2.5吊臂的构造形式
吊臂是塔式起重机的主要构造之一。
塔式起重机吊臂的构造形式有桁架压杆
式，桁架水平式和桁架混杂式三种。
本吊臂采用塔式起重机常用的桁架水平式吊
臂，吊臂的断面制成三角形，弦杆和腹杆均由型钢制成。
其中上弦杆为圆管。
下
两弦杆为方管，兼做载重小车的运行轨道。
2.2.6塔身的构造型式
塔身是起重机最重要的受力勾践之一，有标准节经过高强度螺栓连接而成。
标准节主弦杆和腹杆用无缝钢管，截面为正方形，沿塔身高度方向做成等截面构造，整个标准节是一个空间的桁架构造。
2.2.7其他构造形式
塔帽采用前置式；平衡臂采用片式构造；底座节采用法兰盘。
各局部外形尺寸、自重和重心地址
2.3.1标准节
〔1〕、标准节构造解析：
标准节为标准件在必然程度上能够实现互换。
由上图可知，标准节由以下几个局部组成：
1〕、主弦杆：
一共4根；2〕、腹杆：
横腹杆12根，斜腹杆8根；3〕、爬梯：
扶杆2根，水平爬杆8根，节距为255mm，连杆为4根分别焊接在扶杆两头；4〕、抗扭杆：
一共3根，均布于3层水平腹杆上，用于加强标准节的强度；
5〕、螺栓套：
分别焊接在4根主弦杆两头，每头两个，一共16个，用于两头个标准节之间的连接〔在螺栓套里套上螺栓实现〕；6〕顶升块：
分别安装在2根主
弦杆上，每根2块，在顶升过程中用于支撑横梁。
（2〕、标准节是组成塔身的标准件，高度为米，断面尺寸为×，其构造简图以以下列图所示：
图
〔3〕、查找网络资料和?
机械设计手册?
能够获取设计结果以下表
表标准节各部件规格及重量
序
名称
横截面尺
数量
长度
单位长度
总重量
号
寸
〔mm〕
理论质量
〔kg〕
〔mm〕
〔〕
1
主弦杆
Φ146
10
4
2500
2
横腹杆
Φ60
6
12
1930
3
斜腹杆
Φ70
6
8
2273
4
爬梯扶
Φ35
4
2
2480
杆
5
水平爬
Φ28
3
9
350
杆
6
连接杆
Φ28
3
4
400
7
对角平
Φ60
6
2
2723
撑
8
螺栓套
Φ30
5
16
125
9
顶升块
4
10
上封板
4
11
下封板
4
12
定位套
4
合
计
标准节的总重量：
Q总
计算总重量：
Q计
1.1Q总1097kg
底座节
〔1〕、底座节构造解析：
由上图可知底座节由以下几局部组成：
1〕、立柱：
4根；2〕、平腹杆：
分两
层一共八根；3〕、斜腹杆：
均布于底座节4个侧面上，每个面2根，共8根；4〕、抗扭杆：
平腹杆，分两层，每层一根；5〕、法兰盘：
焊接在立柱底部，是底座和混凝土基础连接的桥臂，其构造参照厂家；6〕、筋板：
焊接在立柱和法兰盘之间，
以加强立柱和法兰盘的连接；7〕、螺栓套：
用于连接底座节和标准节，共8个。
〔2〕、底座节为塔式起重机基础，用于支撑整个塔机的重量，其构造以以下列图：
图
（3〕、由以上解析并参照?
机械设计手册?
能够得出以下结论：
表基础节各组成局部规格尺寸及其重量
序号
名称
横截面尺寸
数量
长
度
单位长度
总质量
〔mm〕
理论质量
〔kg〕
〔kg/m〕
1
主弦杆
Ф146×16
4
800
2
平腹板
Ф70×6
8
1794
3
斜腹板
Ф70×6
8
815
4
对角平撑
Ф70×6
2
2537
5
法兰盘
4
6
筋板
16
7螺栓套8
合计
4〕、底座节总重量
Q总444.8kg计算重量：
Q计Q总1.1444.81.1489.3kg，取Q计490kg
2.3.3吊臂
采用水平变幅式吊臂，横截面为等腰直角三角形。
采用双吊点型式。
上弦杆为无缝钢管，下弦杆为槽钢加封板，腹杆均为钢管，为减少自重，依照吊臂内力变化，采用变截面式，资料选为Q235。
（1〕、确定臂长：
根据参数指标，该塔机最大幅度为60m，确定吊臂长度
（2〕、初定吊点地址〔初定的两吊点将吊臂分为L1,L2,L3〕:
参照值：
2.3.4平衡臂
凡上辗转塔机均需配设平衡臂，其功能是支承平衡重，用以组成设计上所要求的作用方向与起重力矩方向相反的平衡力矩。
常用的平衡臂有以下几种构造型式：
平面框架式、三角形断面桁架式、矩形截面桁架式。
由于平面桁架式平衡臂
有两根槽钢或是槽钢拼焊的箱型截面梁组成，适用于要求较长平衡臂重型、超重型自升塔机。
本次设计选举该种构造式平衡臂。
由于平衡臂长度与起重臂长度之间有必然比率关系。
一般可取其比值为为了制造及运输方便，平衡臂的长度平时在超出必然值后制成两节，节与节之间用销轴连接。
因此
平衡臂：
L平衡臂13.77m参照同类塔机采用平衡重：
Q平衡重20300kg
2.3.5塔帽
塔帽是有圆管或角钢组焊接而成的四棱锥构造，是一空间桁架构造。
上端通
过拉杆使起重臂保持水平，下端用四个销轴与上支座项链。
参照同种类塔机塔帽
相关参数，估计塔帽重量为：
Q塔帽2000kg
2.3.6拉杆
〔1〕、塔机拉杆以以下列图所示：
图
图
〔2〕、塔机拉杆解析：
由上图可知，塔机拉杆分为吊臂拉杆和平衡臂拉杆，下面将会对这两种拉杆进行解析：
吊臂拉杆：
吊臂拉杆有长短两根。
长拉杆：
长度为，资料为热轧钢构造无缝
钢管，理论重量为m，拉杆分为
7节，每节，那么Q长
662.2kg，
Q计
长
728.2kg。
短拉杆长度为21m，资料同长拉杆，分为
4节，每节，
Q计
短
323kg。
平衡臂拉杆：
平衡臂拉杆为两根并排等长的拉杆，长度为资料为热轧无缝钢管，理论质量为m，分为两节每节，那么Q计
〔3〕、综上所述，可得下表解析结果：
表塔机拉杆参数
序号
名称
长度
分节
数
资料
理论质
重心位
总重量
〔mm
数
量
量
置〔m〕〔kg〕
〕
〔kg/m〕
1
吊臂长
7
1
Ф108×
拉杆
2
吊臂短
21
4
1
Ф108×
323
拉杆
3
平衡臂
2
2
Ф73×6
拉杆
合计
2.3.7套架
自升式塔式起重机的构造比一般上辗转塔式起重机增加了一个套架和一套顶升装置。
套架只要有套架构造、上下工作平台及装在套架上的液压顶升机构等
组成。
在套架的设计中一般是按自重力矩调整为零来考虑。
改塔机标准节截面尺寸为：
，高度为2500mm，故取套架截面尺寸为，高度为5300mm。
参照塔机厂同种类塔机套架相关参数，估
计套架的质量为Q套架2800kg
2.3.8辗转塔身
（1〕、辗转塔身在出厂前会先与塔帽经过连接板焊接在一起，塔身的详尽构造以下：
图
〔2〕、辗转塔身构造解析：
由上图可知，辗转塔身主要由以下几个局部组成：
1〕、主弦杆：
主要用于连接塔帽并支撑起塔帽、吊臂和平衡臂的作用，长度为1500mm，每根弦杆由两
根型号的角钢焊接而成；2〕、加强腹杆和加强肋板：
加强腹杆焊接于主弦杆的上部，增加辗转塔身上部的强度以支撑起吊臂和平衡臂，加强肋板焊接于加强腹板上，以进一步加强辗转塔身上部的强度；3〕、横、斜腹杆：
各8根，采用热轧构造无缝钢管，对称分布于塔身各个侧面上；4〕、爬梯：
采用无缝钢管；5〕、铰支
板1用于连接平衡臂，铰支板2用于连接吊臂，对其强度和韧性要求较高，因此资料能够采用Q235加高温回火办理；6〕、法兰盘和肋板：
用于连接辗转塔身和上支座，详尽构造尺寸参照厂家的相关产品。
〔3〕、由以上解析，并参照塔机厂同种类塔机套架相关参数，估计套架的质量为
Q辗转塔身1500kg
2.3.8塔机各局部重量及到辗转中心的距离
为了方便设计与计算，从前设计过程中未涉及到的局部部件的重力及其到
辗转中心的距离均参照塔机厂家QTZ6015相关参数设计。
QTZ6015型塔机各部件
重力及其到辗转中心的距离和弯矩以下表所示〔以吊臂一侧为正〕：
表塔机各局部重量及其到辗转中心的距离和弯矩
序号
部件名称
到辗转中心的距离〔m〕自重〔N〕
弯矩〔〕
1
底座节
0
4900
0
2
标准节
0
197460
0
3
顶升套架
0
28000
0
4
下支座
0
19000
0
5
辗转支承
0
5250
0
6
上支座
0
8610
0
7
辗转塔身
0
15000
0
8
塔帽
20000
6000
9
司机室
4500
8100
10
吊臂
71100
2090340
11
平衡臂
22130
12
吊臂长拉
6620
杆
13
吊臂短拉
3230
杆
14
平衡臂拉
2460
杆
15
力矩限制
1200
960
器
16
平衡重
203000
-2795310
17
配电箱
3000
37620
18
起升机构
22000
-275880
19
辗转机构
0
5000
0
20
变幅机构
12
4000
48000
21
顶升装置
6000
-6000
22
电气系统
-3
5000
-15000
23
起重量限
210
63
制器
合计
657670
起重特点曲线
力矩限制器安装地址，及其全力矩中心地址表示图：
图
2.4.1力矩限制器的种类
本次设计采用固定式塔帽，力矩限制器弓形板设于塔帽前弦杆，属于前倾式，依照参照文件【1】，取〔式中：
a为吊臂根部到辗转中心的距离〕，由于
从前对塔帽以及辗转塔身进行构造解析所得的数据可知：
a=600+300=900mm，
那么X=999mm。
2.4.2起重机特点曲线中直线与曲线焦点确实定
由于额定起重力矩为：
，当吊臂最大起重量QQmax8t时，其赞同的最大起吊幅度为R0，那么：
M额QmaxR0，即：
115010380009.8R0,因此：
R014.7m。
2.4.3全力矩基准标定值M标
由于额定起重力矩即为全力矩基准标定值，那么有：
M标
〔Qmax
G小车
G吊钩组
G垂直绳〕〔R
a-X〕
M标
〔
8000
290
〕〔
〕
=平衡重计算
由前面的计算可知，G小车=300kg,G吊钩组=160kg。
Qmax=8000kg.
对平衡重的计算有两个原那么，本次设计按原那么2计算：
①塔机的各个部件〔除可搬动局部外〕对顶升作用点的力矩，以下表所示：
表
序号
部件名称
重量〔kg〕
重心距作用点
对顶升块作用
距离〔m〕
点力矩〔〕
1
吊臂
7110
209160
2
吊臂长拉杆
662
3
吊臂短拉杆
323
4
变幅机构
400
12
4800
5
司机室
450
810
6
塔帽
1400
420
7
顶升装置
600
600
8
配电箱
300
-3762
9
平衡臂
2213
10
起升机构
2200
-27588
11
平衡臂拉杆
12
电气系统
13
平衡重
合计
123
380-5-1900
Gp
②原那么2：
小车在最大幅度处起吊相应额定起重量时对辗转中心产生的前倾力矩
M1
和小车在根部不吊重时对辗转中心产生的后倾力矩
M2
之比为～，即：
M1
/M2～,由以上原那么2有：
M1
GpG小车L小车
G吊钩L吊钩
G垂直绳L垂直绳QmaxRmax
=Gp
=Gp
M2
=GpG小车L小车
G吊钩L吊钩
G垂直绳L垂直绳Q额Rmin
=Gp
=GpM1/M2，
那么Gp=20300kg
塔机整机重量及其重心地址确定
2.6.1塔机各部件重量及其势能和对辗转中心的力矩
塔机各局部重量及其势能和对辗转中心的力矩
表
序号部件名称纵坐横坐自重〔N〕弯矩〔〕势能〔〕
标〔m〕标〔m〕
1
底座节
0
2
标准节
0
3
顶升套架
0
4
下支座
0
5
辗转支承
0
6
上支座
0
7
辗转塔身
0
8
塔帽
9
司机室
10
吊臂
11
平衡臂
12
吊臂长拉杆
13
吊臂短拉杆
14
平衡臂拉杆
15
力矩限制器
16
平衡重
17
配电箱
18
起升机构
19
辗转机构
0
20
变幅机构
12
21
顶升装置
22
电气系统
-3
23
起重量限制器
4900
0
1960
197460
0
4541580
28000
0
1372000
19000
0
984390
5250
0
272265
8610
0
15000
0
808650
20000
6000
1137800
4500
8100
234000
71100
2090340
3904101
22130
1215158
6620
3230
2460
1200
960
71232
203000
-2795310
3000
37620
165300
22000
-275880
1212200
5000
0
259050
4000
48000
237440
6000
-6000
292800
5000
-15000
282500
210
63
11592
合计
657670
2.6.2塔机整机重量及其重心地址确实定
由上表能够知道，塔机整机重量〔包括平衡重，不包括蝙蝠小车及吊钩装置等可搬动重量〕为：
657670〔N〕。
塔机整机重心地址：
C==〔m〕
塔机的重心高度：
H=657670=〔m〕
混凝土基础的计算
混凝土基础的外形尺寸以以下列图：
图
混凝土基础长、宽：
6000mm6000mm，高1700mm
混凝土的基础的重量：
Q=（6.0m）2（6.0m）22.88/m3=
整机抗推翻牢固性计算
2.8.1抗推翻牢固计算的意义及方法
塔式起重机重心高，工作半径大，而支撑轮廓尺寸又相对较小；一旦失去牢固即可能造成重要“倒塔〞事故。
因此，保持其牢固性拥有极其重要的意义。
依照?
塔式起重机设计标准GB/T13752—92?
的规定，必定对塔式起重机的工作
状态的抗推翻牢固性，非工作状态的抗推翻牢固性，安装、抗推翻牢固性进行验算。
他是其踪迹的抗推翻牢固性验算，是在对无奈定性最不利的载荷组合条件下
进行的。
假设包括塔式起重机自重和齐声载荷在内的各项载荷对推翻边〔相对牢固
侧〕的力矩数和大于零〔M>0〕，那么认为塔式起重机是牢固的。
在计算式，规定对起牢固作用的力矩符号为正、起推翻作用的力矩符号为负。
别的，考虑到各种载荷对牢固性的实质影响程度，在计算每一种工况下的牢固性是，均给各项再和乘以相应的载荷系数，以下表：
表载荷系数
序号
工况
自重载荷
起升载荷
惯性载荷
风载荷
说明
或碰撞载
荷
1
根本牢固
0
0
性
2
动向牢固
风压Pw2
性
3
突然卸载
0
风压Pw2
4
暴风侵袭
0
0
风压Pw3
5
安装架设
风压Pw3
牢固性
3塔身构造设计
塔身构造设计特点
3.1.1塔身构造主要参数
独立起高升度〔以吊钩地址为准〕：
45m；
附着起高升度〔以吊钩地址为准〕：
；
独立式塔身包括一个底座节〔高〕和18个标准节〔每节高〕；附着式塔身包括一个底座节〔高〕和63个标准节〔每节高〕；
标准节横截面尺寸：
1940mm1940mm；
标准节经过M36，粗牙，性能等级为级的螺栓连接；
塔身底部无倾斜
3.1.2塔机简图
图
塔机自重产生的轴向力及后倾力矩
3.2.1塔机自重对塔身校核面产生的轴向压力
对于独立式塔身构造，在校核时，主要对塔身根部A-A截面和掉鼻根部铰点B-B截面进行校核。
对于附着式塔身构造，在校核时，主要对顶部一刀附着装置处C-C截面和吊臂根部铰点B-B截面进行校核。
塔机各部件自重及其对塔身中心线之矩
表
序号
部件名称
至辗转中心
自重〔N〕
弯矩〔〕
的距离〔m〕
1
底座节
0
4900
0
2
标准节
0
197460
0
3
顶升套架
0
28000
0
4
下支座
0
19000
0
5
辗转支承
0
5250
0
6
上支座
0
8610
0
7
辗转塔身
0
15000
0
8
塔帽
20000
6000
9
司机室
4500
8100
10
吊臂
71100
2090340
11
平衡臂
22130
12
吊臂长拉杆
6620
13
吊臂短拉杆
3230
14
平衡臂拉杆
2460
15
力矩限制器
120
960
16
平衡重
203000
-2795310
17
配电箱
3000
37620
18
起升机构
22000
-275880
19
辗转机构
0
5000
0
20
变幅机构
12
4000
48000
21
顶升装置
6000
-6000
22
电气液压系统
-3
5000
-15000
23
起重量限制器
210
63
合计
657670
塔机对吊臂根部铰点B-B截面的轴向压力：
N
B自
〔G
G〕G
起升
G
G
G
G
G
G
塔帽
G
1.1变幅
吊臂
平衡臂
平衡臂拉杆
平衡重
配电箱
吊臂拉杆
力矩限制器
+G起重量限制器G司机室
=（4000+71100）+22000+22130+2460+203000+3000+6620+3230+20000+120+
210+
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