起重塔机顶升及回转支撑机构设计(2)

四川理工学院毕业设计（论文）

第1章 绪论

塔式起重机又称塔机、塔吊。其工作效率高、应用范围广，相比其他起重机，幅度利用率高。

1.1 毕业设计背景及意义

随着国家的快速发展，工业化和现代化是目前的方向。为了达到目的，一定的城市化水平是必须的。而城市化就会伴随大规模的基础建设，塔机等相关的制造业会因此而收益。通过对塔机或塔机部件进行合理的设计计算，可以有效保证塔机的工作安全和稳定运行。随着国内大型基础设施建设不断上马以及新城镇化建设的展开，中国塔机市场将被长期看好。

1.2 塔式起重机的现状及前景

经过60多年的努力，中国塔机行业得到了快速发展。尽管市场发展有一定的波动，

但经过多年的积累，塔机行业已经拥有了各类完善的产品型谱。如今，生产企业达到600家左右，我国已成为世界民用塔机的第一生产大国，也是世界塔机第一使用大国。但其集中度偏低 尽管行业体系和产品发展不断完整化，但在整个工程机械行业中，塔机行业的集中度远低于挖掘机、混凝土等主要类别。据2008年统计数据显示，各主要机种集中度分别为，汽车起重机99.5%，履带起重机99%，而塔机仅为28%。 但与红火的市场相比，塔机行业的售后发展还相对滞后。

智能化、数字化等先进技术已经广泛应用于工程机械企业设备中，但在塔机领域的应用并没有系统化。未来如果在塔机控制系统中实施了数字监控，不仅能够做到精确操作，还能够有效降低人力成本，从而增加生产效益。同时，实施数字化后可以实现对施工操作的实时监控，增加了施工的安全系数。而更为重要的是，随着生产厂家、用户等对智能化理念方面的认知和改变，将推动智能化的进一步普及。

1.3 塔式起重机的研究现状

理论方面，目前对于塔式起重机国内外已有相当多的学者在研究，主要集中于塔式起重机的静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析、优化设计等

产品方面，中型塔机平头化、大型塔机动臂化的趋势愈加明显。与带塔头、拉杆的水平臂小车变幅式塔机相比，平头塔吊臂的受力状况、连接方式明显不同。立塔后无论是工作和非工作状态，平头塔吊臂和平衡臂上下主弦杆受力状态不变，上弦杆主要受拉，下弦杆主要受压，没有交变应力的影响，其力学模型单一、简明。

动臂式塔机的变幅是改变起重臂角度，起重臂不产生额外的附加力矩，因此塔机的平衡臂可以做得相对较短，变动性很强，所以在相对集中的楼宇尤其是超高楼宇建设中

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第1章 绪论

使用广泛;平头塔机因为无塔顶结构，拆装方便，如果采用模块化结构，更增加了拆装的安全性，在群塔作业工地，平头塔机的作业不容易相互干涉。

1.4 主要研究内容及方法

本次课程设计主要对QTZ40塔机各个部分进行机构设计及材料的选择。根据初始数据重点设计了塔机的回转机构和顶升系统。

充分查阅各种资料，例如《塔式起重机设计规范》和《起重机设计规范》，完成相应的设计计算。然后利用solidworks三维建模软件先进行实体建模，以加深对其结构的认识。最后利用软件导出工程图。

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第2章 塔机零件

2.1确定塔式起重机的类型

根据毕业设计（论文）任务书可知最大/额定起重重量为5t/2t，所设计塔机为轻型塔机。

根据表2-1确定：

表2- 1 塔式起重机分类形式及代号（选自JG/T 5093—1997）

通过任务书可知额度起重力矩为400kn.m，确定所设计塔机其型号为QTZ 40。

2.2塔机专用零件设计计算 2.2.1钢丝绳

钢丝绳是塔机中应用最为广泛的传动挠性件。具有卷绕性好、承载能力大等等优点，因而获得广泛应用。 2.2.1.1材料，制造及分类

由许多直径为0.5-2mm高强钢丝绕编而成。一般采用含碳量为0.5%-0.8%、含硫量不大于0.03%的优质碳素钢。

按其捻绕次数可分为单绕绳、双绕绳和三绕绳。按绕制方法可分为顺绕绳、交绕绳和混绕绳。其中双绕绳的挠性较好，是起重机常用绳。 2.2.1.2钢丝绳的选用

按表2-2确定钢丝绳的形式：（表中D0为卷筒计算直径，d钢丝绳直径）

表2- 2 钢丝绳的使用场合及结构型式

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第2章 塔机零件

由于D0min ≥h·d（h是与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数按表2-4选用。 塔机机构的利用等级表明机构的繁忙程度，我们选择T5。载荷状态表明受载荷的轻重程度，选择L2-中，其名义载荷谱系数km为0.250。（表示经常承受中等载荷，较少承受最大载荷）。其中机构工作级别按表2-3确定：

表2- 3 机构工作级别

系数h按下表：

表2- 4 系数h

已知T5和L2-中，则机构工作等级为M5则根据表2-1可知可选用钢丝绳形式：6X（31）、6X（37）、6W（36）、6T(25)、8T（25）、6×37（此为乘号）。我们选用6×37的形式。 查阅威海市汇丰建设机械厂生产的qtz40塔机和GBT 20118-2006 一般用途钢丝绳标准，选用公称抗拉强度为1770mpa，直径为12.5mm，为防止腐蚀选购用I号甲组镀锌钢丝绳，右旋同向捻，点接触。

选用钢丝绳标记为：6×37-12.5-177-I-甲镀-右同GBT 20118-2006

2.2.2滑轮及滑轮组

滑轮是用来改变挠性件（钢丝绳）运动方向并平衡挠性件分支拉力的承载零件。组成滑轮组，达到省力或增速的目的。 2.2.2.1滑轮

1.滑轮分为定滑轮、动滑轮、滑轮组、导向滑轮和平衡滑轮。

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根据加工方法的不同，可分为铸造滑轮和焊接滑轮。铸造滑轮一般选用铸铁和铸钢，优点是工艺性好，容易加工。但其强度低而且比较脆，一般用在次要的地方。而铸钢滑轮的强度和冲击韧性比较高，但工艺性差。在轻型和中型工作类型的起重机上课采用铸铁滑轮，在重型和特重型的起重机上采用铸钢滑轮。当滑轮直径D≥800mm时，一般采用焊接滑轮。其特点三重量轻，能有效减少倾翻力矩和塔机重量。 具有通过前面和后面的计算可知，对本毕业设计应采用铸铁滑轮。

滑轮的主要尺寸为滑轮槽底部直径D（即滑轮名义尺寸）。按公式（2-1）可知：

Dmin ≥h·d=18×12.5=225mm （2-1）

为了与钢丝绳直径12.5mm匹配，查阅GBT 27546-2011 起重机械 滑轮国家标准取225mm。

图2- 1 滑轮的结构形式

通过查阅GBT 27546-2011 起重机械 滑轮国家标准选用可知所选滑轮详细参数为： 钢丝绳直径d=12.5mm，槽底半径r的基本尺寸为7mm、铸造极限偏差为+0.30mm，槽高H=22.5mm，槽宽W=28mm，铸造轮缘宽B=40mm。其代表具体如图2-1。 2.滑轮的效率

钢丝绳绕过滑轮运动时，需要同时克服自身的僵性阻力和滑轮轴承的摩擦阻力，引起功的损耗。

僵性阻力：钢丝绳的僵性阻力三指当改变钢丝绳曲率半径时，由于绳内钢丝之间和绳股之间相对滑移产生的摩擦阻止其曲率改变的特性。

由于钢丝绳有一定的僵性，当其绕入滑轮时不能像绝对柔性体那样立刻接受滑轮的曲率。同样，绕出滑轮时也不能立刻恢复原有的直线状态，使得绕入和绕出的两个分支各自形成某种过渡曲线，分别和滑轮的切线方向偏离一个距离e1和e2。又因绕入滑轮时，钢丝绳内的摩擦和弹性均阻碍她沿滑轮弯曲，而绕出时，钢丝绳内的摩擦任然是阻碍其伸直，但弹性却促使其伸直，导致e1 ≥e2。显而易见，钢丝绳的僵性阻力使绕入

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