QTZ6015塔机总体设计资料.docx

1、QTZ6015塔机总体设计资料2总体设计2.1总体参数型号：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：1.5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；回转速度不小于：0.6转/分钟；最低稳定下降速度不大于：7米/分钟。2.2总体方案选择2.2.1塔基类型选择通过对塔机厂的参观和查阅相关资料，本设计采用回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，不影响建筑材料的堆放使 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

2、要。由于普通上回转式已经不能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，可以随着建筑物的升高而沿着层高逐渐爬升。爬升套架采用外爬式，因为内爬式在工作时司机不能看到起吊过程， 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，选择上回 转外部附着塔帽式起重机。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，相比内燃机-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变幅机构型式根据国

3、内塔机发展和使用情况，采用小车变幅，即通过移动小车实现变幅。 工作时吊臂安装在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿吊臂轨道移动。这种 方案的优点是：安装定位准确，变幅速度快，变幅惯性力没有回转惯性大。2.2.4爬升机构根据爬升机构的传动方式不同，自升式塔式起重机的传动方式不同，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，决定采用上回转 -外套架 爬升上加节式。225吊臂的结构形式吊臂是塔式起重机的主要结构之一。塔式起重机吊臂的结构形式有桁架压杆 式，桁架水平式和桁架混合式三种。本吊臂采用塔式起重机常用的桁架水平

4、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塔身的结构型式塔身是起重机最重要的受力勾践之一，有标准节通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结 构，整个标准节是一个空间的桁架结构。2.2.7其他结构形式塔帽采用前置式；平衡臂采用片式结构；底座节采用法兰盘。2.3各部分外形尺寸、自重和重心位置2.3.1 标准节（1） 、标准节结构分析：标准节为标准件在一定程度上可以实现互换。 由上图可知，标准节由以下几个部分构成：1）、主弦杆：一共4根；2）、腹杆：横腹杆12根

5、，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，用于增强标准节的强度； 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） 、标准节是构成塔身的标准件，高度为2.5米，断面尺寸为1.94mX 1.94m, 其结构简图如下图所示：(3)、查找网络资料和机械设计手册可以得到设计结果如下表表2.1标准节各部件规格及重量序 号名称横截面尺 寸(mm)数量长度(

6、mm)单位长度 理论质量(kg.m)总重量(kg)1主弦杆 146X04250051.29512.92横腹杆60江61219307.99185.03斜腹杆70江6822739.47172.24爬梯扶 杆35汇4224803.0615.25水平爬 杆 28 x 393501.855.86连接杆28汉344001.852.97对角平 撑60汇6227237.9943.58螺栓套30汉51612542.49顶升块415.210上封板40.811下封板40.812定位套42.4合 计997.1标准节的总重量： Q总=997.1kg计算总重量： Q计=1.1 Q总=1097kg2.3.2底座节（1） 、

7、底座节结构分析：由上图可知底座节由以下几部分组成：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，其结构参考厂家；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，其结构如图所示：（3）、由以上分析并参照机械设计手册可以得出以下结论:表2.2基础节各组成部分规格尺寸及其重量序号名称横截面尺寸数量长度（mm单位长度理

8、论质量（kg/m）总质量（kg）1主弦杆 146X 16480051.29164.12平腹板 70 X 6817949.47135.93斜腹板 70 X 688159.4761.74对角平撑 70 X 6225379.4748.15法兰盘425.06筋板166.07螺栓套84.0合计444.84）、底座节总重量Q总=444.8kg 计算重量：Q计二 Q总 1.1 =444.8 1.1 = 489.3kg，取 Q计二 490kg2.3.3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，为减轻自重，根据吊臂内力 变化，采用变截面

9、式，材料选为 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L = R -097 0.72 0.5 =60.25（2）、初定吊点位置（初定的两吊点将吊臂分为 L1,L2） 参考值：2.3.4平衡臂凡上回转塔机均需配设平衡臂，其功能是支承平衡重，用以构成设计上所要 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结构型 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。本次设计选举该种结构式平衡臂。由于平衡臂长度与起重臂长度之 间有一定比例关系。

10、一般可取其比值为 0.2-0.35.为了制造及运输方便，平衡臂 的长度通常在超出一定值后制成两节，节与节之间用销轴连接。所以平衡臂：L平衡臂=13.77 m参考同类塔机选取平衡重：Q平衡重=20300kg2.3.5 塔帽塔帽是有圆管或角钢组焊接而成的四棱锥结构，是一空间桁架结构。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。参照同类型塔机塔帽 相关参数，估算塔帽重量为：Q塔帽二2000kg2.3.6拉杆（1）、塔机拉杆如下图所示：图 2.11(2)、塔机拉杆分析：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分析：吊臂拉杆：吊臂拉杆有长短两根。长拉杆：长

11、度为 47.3m,材料为热轧钢结构无缝钢管，理论重量为 13.903kg/m，拉杆分为 7节，每节 6.76m，则Q6123.259.36123.2合计1174.42.3.7套架自升式塔式起重机的构造比普通上回转塔式起重机增加了一个套架和一套 顶升装置。套架只要有套架结构、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：1.94m 1.94m,高度为2500mm,故取套架截面 尺寸为2.5m 2.5m,高度为5300mm。参照塔机厂同类型塔机套架相关参数，估计套架的质量为Q套架二2800kg2.3.8回转塔身（1）、回转塔身

12、在出厂前会先与塔帽通过连接板焊接在一起，塔身的具体结构 如下：1500图 2.12（2） 、回转塔身结构分析：由上图可知，回转塔身主要由以下几个部分组成： 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,增加回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，以进一步增强回转塔身上部的强度；3）、横、斜腹杆：各8根，采用热轧结 构无缝钢管，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

13、韧性要求较高，所以 材料可以采用Q235加高温回火处理；6）、法兰盘和肋板：用于连接回转塔身和 上支座，具体结构尺寸参考厂家的相关产品。（3） 、由以上分析，并参照塔机厂同类型塔机套架相关参数， 估计套架的质量为Q回转塔身-1500kg238塔机各部分重量及到回转中心的距离为了方便设计与计算，之前设计过程中未涉及到的部分零件的重力及其到回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 件重力及其到回转中心的距离和弯矩如下表所示（以吊臂一侧为正） ：表2.9塔机各部分重量及其到回转中心的距离和弯矩序号部件名称到回转中心的距离（m）自重（N）弯矩（N.m）1底座节

14、0490002标准节019746003顶升套架02800004下支座019000：0 :5回转支承052501 06上支座0861007回转塔身01500008塔帽0.320000(60009司机室1.84500810010吊臂29.471100209034011平衡臂-8.6722130-191867.112吊臂长拉 杆24.276620160667.413吊臂短拉 杆9.57323030911.114平衡臂拉杆-5.562460-13677.615力矩限制 器0.8120096016平衡重-13.77203000-279531017配电箱-12.5430003762018起升机构-12.5

15、422000-27588019回转机构05000020变幅机构1240004800021顶升装置-1.06000-600022电气系统-35000-1500023起重量限 制器0.321063合计657670-915073.22.4起重特性曲线力矩限制器安装位置，及其全力矩中心位置示意图: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， 根据参考文献【1】，取X=1.11a（式中：a为吊臂根部到回转中心的距离），由于 之前对塔帽以及回转塔身进行结构分析所得的数据可知： a=600+300=900mm,则 X=999mm。2.4.2起重机特性曲线中直线与曲线焦点的确定因为额定

16、起重力矩为：1150KN.m，当吊臂最大起重量 Q二Qmax=8t时，其允许 的最大起吊幅度为R。，贝M额二 Qmax R，即：1150 10 8000 9.8 R。所以：R）= 14.7m。2.4.3全力矩基准标定值M标因为额定起重力矩即为全力矩基准标定值，则有：M标=（Qmax G小车 G吊钩组 G垂直绳）（R - a- X）M 标（8000 290 200 97.2） （14.7 - 0.999 - 0.9）=109924.75N.m2.5平衡重计算由前面的计算可知， G小车 =300kg,G 吊钩组 =160kg。Qnax=8000kg.对平衡重的计算有两个原则，本次设计按原则 2计算

17、：塔机的各个部件（除可移动部分外）对顶升作用点的力矩，如下表所示：表2.9序号部件名称重量（kg）重心距作用点距离（m）对顶升块作用 点力矩（kg.m）1吊臂711029.42091602吊臂长拉杆66224.2716066.743吊臂短拉杆；3239.573091.114变幅机构4001248005司机室4501.88106塔帽14000.34207顶升装置6001.06008配电箱300-12.54-37629:平衡臂2213-8.67-19186.7110起升机构2200-12.54-2758811平衡臂拉杆123-5.56-683.8812电气系统380-5-190013平衡重Gp-1

18、3.77合计181827.26原则2:小车在最大幅度处起吊相应额定起重量时对回转中心产生的前倾力矩Ml和小车在根部不吊重时对回转中心产生的后倾力矩 M2之比为1.21.4 ,即:M1/M1.21.4,由以上原则2有：Mi =(181827.26-13.77Gp)+ G小车L小车G吊钩L吊钩G垂直绳L垂直绳+ Qmax Rmax=(181827.26-13.77Gp )+290 60+200 60+97.2 60+1500 60 =53967.56-13.77GpM 2=(181827.26-13.77Gp )+G小车L小车G吊钩L吊钩G垂直绳L垂直绳+ Q额Rmin=(181827.26-13

19、.77G p )+125232=157731.56-13.77GpM1/M2 =1.3，贝U Gp=20300kg2.6塔机整机重量及其重心位置确定2.6.1塔机各部件重量及其势能和对回转中心的力矩塔机各部分重量及其势能和对回转中心的力矩表 2.10序号部件名称纵坐 标(m)横坐 标(m)自重(N)弯 矩(N.m)势能(N.m)1底座节0.4004900019602标准节23.000197460045415803顶升套架49.00028000013720004下支座51.8101900009843905回转支承51.860525002722656上支座52.91086100455555.17回

20、转塔身53.9101500008086508塔帽56.890.320000600011378009司机室52.001.845008100I 23400010吊臂54.9129.4711002090340390410111平衡臂54.91-8.6722130-191867.1121515812吊臂长拉杆59.3624.276620160667.4392963.213吊臂短拉杆59.369.57323030911.1:191732.814平衡臂拉杆59.36-5.562460-13677.6146025.615力矩限制器59.360.812009607123216平衡重55.10-13.77203

21、000-27953101118530017配电箱55.10-12.5430003762016530018起升机构55.10-12.5422000-275880121220019回转机构51.8105000025905020变幅机构59.3612400048000:23744021顶升装置48.80-1.06000-600029280022电气系统56.50-35000-1500028250023起重量限制器55.200.32106311592合计657670-915073.229375595262塔机整机重量及其重心位置的确定由上表可以知道，塔机整机重量（包括平衡重，不包括蝙蝠小车及吊钩装置等

22、 可移动重量）为：657670 （N ）。塔机整机重心位置：C=-915073.2“657670=-1.39（ m） 塔机的重心高度：H=29375595 657670=44.67（ m）2.7混凝土基础的计算混凝土基础的外形尺寸如图所示：混凝土基础长、宽：6000mm 6000mm,高 1700mm混凝土的基础的重量： Q=(6.0m)2 (6.0m)2 2.88/m3=176.26t2.8整机抗倾覆稳定性计算2.8.1抗倾覆稳定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 稳定就可能造成重大“倒塔”事故。因此，保持其稳定性具有极其重要的意义。 根据塔式起

23、重机设计规范 GB/T 13752 92的规定，必须对塔式起重机的工 作状态的抗倾覆稳定性，非工作状态的抗倾覆稳定性，安装、抗倾覆稳定性进行 验算。他是其踪迹的抗倾覆稳定性验算，是在对无奈定性最不利的载荷组合条件 下进行的。若包括塔式起重机自重和齐声载荷在内的各项载荷对倾覆边 （相对稳定侧）的力矩数和大于零（M0），则认为塔式起重机是稳定的。在计算式，规 定对起稳定作用的力矩符号为正、 起倾覆作用的力矩符号为负。另外，考虑到各 种载荷对稳定性的实际影响程度，在计算每一种工况下的稳定性是，均给各项再 和乘以相应的载荷系数，如下表：表2.11载荷系数序号工况自重载荷起升载荷惯性载荷 或碰撞载 荷风

24、载荷说明1基本稳定性1.01.5002动态稳定性1.01.31.01.0风压Pw23突然卸载1.0-0.201.0风压Pw24暴风侵袭1.0001.2风压Pw35安装架设 稳定性1.01.01.251.0风压Pw3独立起升高度（以吊钩位置为准） 附着起升高度（以吊钩位置为准） 独立式塔身包括一个底座节（高 附着式塔身包括一个底座节（高3塔身结构设计3.1塔身结构设计特点3.1.1塔身结构主要参数:45m:157.5m；0.7m）和18个标准节（每节高 2.5m）;0.7m）和63个标准节（每节高 2.5m）；标准节横截面尺寸：1940mm1940mrp标准节通过M36粗牙，性能等级为10.9级

25、的螺栓连接; 塔身底部无倾斜3.1.2塔机简图3.2塔机自重产生的轴向力及后倾力矩321塔机自重对塔身校核面产生的轴向压力对于独立式塔身结构，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。对于附着式塔身结构，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3.1序号部件名称至回转中心 的距离（m）自重（N）弯矩（N.m）1底座节0490002标准节019746003顶升套架02800004下支座01900005回转支承0525006上支座0861007回转塔身01500008塔帽0.32000060009司机室1.84500810010吊臂29.471100209034011平衡臂-8.6722130-191867.112吊臂长拉杆24.276620160667.413吊臂短拉杆9.57323030911.114平衡臂拉杆-5.562460-13677.615力矩限制器0.812096016平衡重-13.77203000-279531017配电箱-12.5430003762018起