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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(shè)計制造及其自動化
班 級 機091班
姓 名 白冰
學 號 2009307103
指導教師 李常勝
實習成績
畢業(yè)實習報告
時間過得真快，轉(zhuǎn)眼大學四年就要過去了，我們大多數(shù)人對機械專業(yè)還是不夠了解,然而畢業(yè)設(shè)計是我們加深對專業(yè)知識了解的一個很好的渠道。我們懂得的只是一些課本上所學的理論知識，為了讓我們更直接、更深入的了解我們設(shè)計的塔式起重機，李老師特地安排我們?nèi)チ思珠L春的起重機械展銷會進行參觀學習。實習是讓我們把理論與實際結(jié)合的最好的方法。這次實習，我們?nèi)サ氖情L春國際會展中心。
1.實習目的
畢業(yè)實習是畢業(yè)設(shè)計最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，是我們理論聯(lián)系實際、擴大知識面的一個過程，可以通過實地參觀對塔式起重機設(shè)計有一個感性認識，了解機器的實際結(jié)構(gòu)，綜合運用所學理論知識和方法為完成畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)；同時實習又是鍛煉和培養(yǎng)學生能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)我們具有吃苦耐勞的精神，也是我們接觸社會、了解產(chǎn)業(yè)狀況、了解國情的一個重要途徑，逐步實現(xiàn)由學生到社會的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們工作的能力、了解企業(yè)管理的基本方法和技能。培養(yǎng)面對現(xiàn)實問題的正確態(tài)度和獨立地分析解決問題的基本能力；通過實習，認識社會的需要，發(fā)現(xiàn)自身差距，培養(yǎng)銳意創(chuàng)新進取的精神；培養(yǎng)良好的職業(yè)精神，適應(yīng)畢業(yè)后實際工作的要求。
我此次畢業(yè)設(shè)計的題目是：QTZ40塔式起重機臂架優(yōu)化設(shè)計。通過畢業(yè)實習，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計深入會展中心的實地參觀與調(diào)查，在這個基礎(chǔ)上把所學的專業(yè)理論知識與實踐緊密結(jié)合起來，提高實際工作能力與分析能力，以達到學以致用的目的。
2.實習內(nèi)容
本次畢業(yè)實習，我們跟著李老師從河北省的張家口乘坐火車來到了位于吉林省的長春市。參加在長春國際會展中心舉辦的建筑機械的展銷會。初步了解塔式起重機的整體結(jié)構(gòu)。讓我們能將書本上學到的知識和實際相結(jié)合。
3月21號我們在長春市遼寧站輕軌站集合，經(jīng)過將近一小時車程，我們來到了實習地點——長春國際會展中心。
這是我第一次正式地參觀塔式起重機，看著這些塔機的每一個機構(gòu)，我對塔機有了初步的認識。李老師給我們介紹了塔機的整體情況和各個機構(gòu)的特點。
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。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%。我們這次設(shè)計的QTZ40自升式塔式起重機是為滿足高層建筑施工、設(shè)備安裝而設(shè)計的新型起重運輸機械，性能先進，結(jié)構(gòu)合理，操作使用安全可靠。其主要特點是起升高度大，工作幅度大。塔機上部能借助于液壓頂升機構(gòu)，根據(jù)施工的建筑物的增高而相應(yīng)的升高，使司機操作方便，視野寬闊并始終保持高清晰。QTZ40塔式起重機有多種形式，設(shè)計正在不斷的完善中。此次設(shè)計的形式為固定上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)，最大起升高度可達100米（附著狀態(tài)）。隨著更高層建筑的出現(xiàn)，塔式起重機必然朝著更完美的方向發(fā)展。
塔式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、工作機構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動臂和底座等。工作機構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和頂升四部分。電氣系統(tǒng)包括電動機、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。 塔式起重機的起升和變幅機構(gòu)均由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和卷筒等部件組成。為提高塔機的生產(chǎn)效率，加快吊裝的施工進度，各工作機構(gòu)均應(yīng)具備較高的工作速度，并要求啟動和制動過程中都能平緩進行，避免產(chǎn)生急劇沖擊，對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。另外，工作機構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系協(xié)調(diào)，互不相碰。
起升機構(gòu)：起升機構(gòu)是起重機機械的主要機構(gòu)，用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構(gòu)通常由原動機、減速器、卷筒、制動器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤組成。
回轉(zhuǎn)機構(gòu):塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的?；剞D(zhuǎn)運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上并由回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動小齒輪。小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運動。我們設(shè)計的QTZ40塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)成單回轉(zhuǎn)式，通常由回轉(zhuǎn)電動機、液力耦合器、回轉(zhuǎn)制動器、回轉(zhuǎn)減速器和小齒輪組成。
變幅機構(gòu):變幅機構(gòu)是實現(xiàn)改變幅度的工作機構(gòu)，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒和制動器組成。功率和外形尺寸較小。變幅機構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式分為運行小車式和吊臂俯仰式。
塔機都設(shè)有安全保護裝置，包括：起升高度限制器、起重量限制器、力矩限制器。
此次我設(shè)計吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重機起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)造形式可分為：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。本次設(shè)計采用小車變幅水平臂架，小車變幅水平臂架又概分為三種不同形式：單吊點小車變幅臂架、雙吊點小車變幅臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車變幅臂架。單吊點小車變幅臂架是靜定結(jié)構(gòu)，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)自重輕，據(jù)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(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)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。塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩型截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面。小車臂架常用的標準節(jié)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)之外，一般都配有1-2個3-5m長的延長節(jié)，吊臂長50米，采用標準節(jié)長度6米，配有1個2米長的延長節(jié)。
這次設(shè)計的QTZ40型塔式起重機是一種采用水平臂架，小車變輻，上回轉(zhuǎn)的自升塔式起重機，該塔機采用液壓頂升，起升機構(gòu)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可獲得理想的起升速度及荷重慢就位；回轉(zhuǎn)機構(gòu)、牽引機構(gòu)采用變頻器控制變頻電機帶動行星減速器傳動，實現(xiàn)無級調(diào)速。
李老師為我們詳細地講解以后，我對自己的設(shè)計又有了更加直觀深入的了解。
3. 實習結(jié)果
通過這次參觀實習，我們受益頗多。以下是我在實習參觀時所得出的的一些體會：
1.了解了QTZ40塔式起重機的總體結(jié)構(gòu)，重點對吊臂的結(jié)構(gòu)有了全面的了解；
2.知道了塔機用頂升機構(gòu)進行頂升時，利用液壓缸的作用把上面的所有機構(gòu)頂起，然后加入標準節(jié)。
3.明白了塔機的起升機構(gòu)和變幅機構(gòu)是用不同的鋼絲繩分開控制的；
4.認真的觀察了塔身結(jié)構(gòu)的金屬桁架結(jié)構(gòu)空間布置形式，仔細琢磨水平腹桿，立柱，斜腹桿三者之間的鉸接點布置。事實證明，這樣的實物觀察對我以后的有限元模型建立過程中的節(jié)點布置問題是有很大作用的。
4.實習總結(jié)
這次畢業(yè)實習進一步鞏固和深化了我們所學的理論知識，彌補了以前理論教學的不足，擴大了我的視野。通過這次畢業(yè)實習使我對所學理論得到了進一步理解、鞏固和深化，培養(yǎng)了我收集資料的能力及提高分析問題和解決問題的能力，也給我的設(shè)計帶來了許多靈感。要想搞好設(shè)計，就要耐心仔細地查找與設(shè)計相關(guān)的資料和信息，它要包括設(shè)計產(chǎn)品的基本功能、主要結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點及其發(fā)展前途，市場效益等。此次去天力塔吊租賃公司，使我對塔式起重機有了一個比較感性和直觀的認識。以前也看到一些塔式起重機，但是沒有認真觀察過。對于塔式起重機的印象基本上只停留在課本上的幾個簡單的圖片上。通過本次實習，我對塔式起重機有了一個相對全面的基本認識，培養(yǎng)和鍛煉了我的綜合運用課本所學的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識，為接下來的畢業(yè)設(shè)計打下一個良好的基礎(chǔ)，也為我畢業(yè)后走上工作崗位打下一定的基礎(chǔ)。總之，在此，感謝老師們給我們帶來這次難得的實習機會，使我學到了很多課本以外的知識，同時也提高了自己的能力，積累 了一些寶貴的經(jīng)驗,受益匪淺,我在以后的工作中一定會認真努力，格要求自己，飽滿的熱情做好自己的本職工作。
河 北 建 筑 工 程 學 院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目
QTZ40塔式起重機臂架優(yōu)化設(shè)計
學 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機091班
姓 名 白冰
指 導 教 師 李常勝
輔 導 教 師
河北建筑工程學院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機臂架優(yōu)化設(shè)計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機091班
學生姓名： 白冰
學 號： 2009307103
指導教師： 李常勝
課題來源
導師課題
課題類別
工程設(shè)計
一、論文資料的準備
（一）塔式起重機概述
塔式起重機(簡稱塔機)是現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的重要施工機械之一。在高層建筑施工中，它的幅度利用度比其他類型起重機高。塔機由于能靠近建筑物，其幅度利用率可達整體幅度的80％。塔式起重機的變幅及回轉(zhuǎn)機構(gòu)是可以同時實現(xiàn)重物在垂直方向和水平方向移動的機構(gòu)，所以可以擴大起重機的工作范圍，提高生產(chǎn)率。應(yīng)用塔機對于加快施工速度、縮短工期、降低工程造價能夠起到重要作用。塔式起重機已經(jīng)成為建筑工程業(yè)必要的技術(shù)裝備，成為衡量建筑工程業(yè)生產(chǎn)力水平高下的重要標志之一，成為加快工程建設(shè)、確保工程整體質(zhì)量、降低工程造價、提高社會效益與經(jīng)濟效益的重要手段。
（二）我國塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
塔式起重機在我國的生產(chǎn)與應(yīng)用已經(jīng)有50余年的歷史，經(jīng)歷了以個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程，特別是進入20世紀90年代以后，我國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。
塔機分為上回轉(zhuǎn)塔機和下回轉(zhuǎn)塔機兩大類。其中前者的承載力要高于后者，在許多的施工現(xiàn)場我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機。按能否移動又分為：走行式和固定式。固定式塔機塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上，或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
現(xiàn)在我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機的應(yīng)用。近20年來，市場的需求，有力的促進了技術(shù)的進步，通過研究開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、引進消化，我們的設(shè)計手段和配套件生產(chǎn)能力也有了很大的進步，計算機輔助設(shè)計、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機上得到了應(yīng)用。當然也不可否認，我國的塔機產(chǎn)品的技術(shù)性能、制作質(zhì)量和品種型號規(guī)格，與發(fā)達國家產(chǎn)品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎(chǔ)零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產(chǎn)設(shè)備和檢測手段等，差距更大。這就影響了我們整機產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，增加了事故隱患。對此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴格把關(guān)、趕超國際水平。
(三)我國塔式起重機的發(fā)展趨勢
我國大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)已有二十來年的歷史，這二十來年里，大量建筑物的涌現(xiàn)和大型工程的興建，鐵路、公路橋梁的建設(shè)，給塔式起重機提供了良好的市場。在未來我國要全面進行城鎮(zhèn)化，塔式起重機會在我國得到很廣泛的應(yīng)用。因此塔式起重機的發(fā)展對國家的建設(shè)有至關(guān)重要的作用。建設(shè)我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面：
1、吊臂長度加長
在六十年代初，吊臂長度超過40m的較少，七十年代吊臂長度已能做到70m，快速拆裝下回轉(zhuǎn)塔式起重機的吊臂長度可達35m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標準臂長一般為30—45m，可以接長到50—60m。重型塔式起重機吊臂則更長。吊臂加長可帶來更好的技術(shù)經(jīng)濟效果。隨著塔式起重機設(shè)計水平的提高，能解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題(如安裝和運輸問題)。低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用亦為加長吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調(diào)速
由于調(diào)速技術(shù)的進步，滑輪組倍率可變，雙速、三速電動機及直流電動機調(diào)速的應(yīng)
用，使塔式起重機工作速度在逐漸提高。起升機構(gòu)普遍做到至少具有3種工作速度，重
物起升速度超過100m／min者也很多。構(gòu)件安裝就位速度可在0---10m／min范圍內(nèi)進行
選擇?；剞D(zhuǎn)速度一般可在0---1r／min之間進行調(diào)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60m／min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機向大型、大高度方向發(fā)展，操縱人員的能見度愈來愈差。因此需要
在吊臂端部(動臂變幅)或小車上(小車變幅)安裝電視攝象機，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)，不但可由地面的操作人員控制吊裝；還可根據(jù)事先編排的程序自動進行吊裝。
4、更多地采用組裝式結(jié)構(gòu)
為了便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，簡化設(shè)計制造、使用與管理，提高塔式起重機使用的經(jīng)濟效益，國外塔式起重機專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化，部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身，臂架標準節(jié)組合成變截面塔身和臂架，不僅能提高塔身、臂架的力學性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架，臂架的儲備量，為降低成本，簡化管理創(chuàng)造了條件。
（四)國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀以及趨勢
1、組合塔機或稱模塊塔機：所謂組合塔機，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點，將塔機分解為若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理將各部分劃分并設(shè)計成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特點的塔機，以滿足施工的具體要求。
2、一些超重型塔機相繼問世：近年來由于大功率電站、高壩、近海石油鉆井平臺、天然氣鉆井平臺以及石油化工業(yè)發(fā)展的需要，對重型和超重型塔機提出了更多更高的要求。如今，幅度70～90m、最大起重量50～60t、起升高度100～300m的塔機已非罕見。
3；適應(yīng)都市改建需要的城市塔機應(yīng)運而生，并得到發(fā)展，其特點是：采用短平衡臂、可在4m×4m～6m×6m尺寸范圍內(nèi)進行X形底架、運輸方便快捷、安裝架設(shè)速度快、采用較完善的調(diào)速、操縱系統(tǒng)和電子儀表。
近年來，隨著塔式起重機技術(shù)的發(fā)展，塔式起重機型號規(guī)格不斷完善，性能、質(zhì)量不斷提高，塔式起重機除滿足其安全、可靠、高效的基本性能外，越來越趨向于智能和綠色。下面著重介紹最新的幾點技術(shù)發(fā)展趨勢。
（1）設(shè)計方法精確化。
計算機技術(shù)的深化發(fā)展，改變了塔式起重機的設(shè)計理念。有限元技術(shù)、疲勞分析、動力學仿真分析的廣泛應(yīng)用，使塔式起重機的設(shè)計計算、受力分析更精確，塔式起重機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理；一些實力強大塔式起重機制造商，都有自己超強的設(shè)計能力，他們利用優(yōu)勢，開發(fā)塔式起重機參數(shù)化設(shè)計專用軟件，使塔式起重機設(shè)計進一步的向最優(yōu)化方向推進，有效地提高塔式起重機產(chǎn)品的安全性、可靠性、節(jié)能效果，同時大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提升競爭能力。
（2）零部件模塊化。
模塊化的設(shè)計可能增加少量的制造成本，但其不僅可以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以降低管理成本，也相應(yīng)地降低了用戶的購置成本。如A機型和B機型有許多的結(jié)構(gòu)件（如標準節(jié)和起重臂節(jié)、平衡臂節(jié)）是通用的，那么用戶就可以少購買通用的結(jié)構(gòu)件，交錯使用這些可能閑置的通用件，從而減少購置成本。因此，模塊化設(shè)計是塔式起重機發(fā)展的必然趨勢，國際上許多的塔式起重機制造商如Liebherr、Potain、Terex、Wolffkran等都是模塊化設(shè)計的典范。
（3）控制智能化。
隨著數(shù)字化、集成化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展，高可靠、低能耗、微型化、集成化、
數(shù)字化的各種液壓、機電及電氣元件在塔式起重機上得到普遍應(yīng)用，使傳動和控制系統(tǒng)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。在控制手段上，無級調(diào)速、安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、故障自動診斷系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了塔式起重機操作過程的自動控制、自動顯示與記錄、遠距離遙控等，保證了塔式起重機的安全使用和實時監(jiān)控，減少了控制的故障點，提高了塔式起重機的可靠性，大幅提升了塔式起重機行業(yè)的管理水平。
（4）制造綠色化。
國外塔式起重機在設(shè)計時就充分考慮零部件的通用性、模塊化，因此零部件集約化程度高，適合批量化生產(chǎn)。批量化零部件從原材料前處理、下料、焊接、機加、裝配、到涂裝都采用生產(chǎn)流水線，這樣既提高了材料的利用率、零部件通用性、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀，又便于管理、減少污染、節(jié)約成本。Liebherr、 Zoomlion、 Potain等公司都有成熟的生產(chǎn)流水線。如，Zoomlion現(xiàn)已擁有了標準節(jié)生產(chǎn)線、涂裝流水線，其他流水線在陸續(xù)建設(shè)中。
（5）在產(chǎn)品開發(fā)中落實實驗驗證。
實驗是新產(chǎn)品驗證最直接的方法，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性最主要的檢驗手段。產(chǎn)品的可靠性和安全性主要是由零部件決定的，是零部件安全性和可靠性的綜合體現(xiàn)。零部件的可靠性和安全性高，產(chǎn)品的可靠性和安全性自然就高。因此，大型塔式起重機制造廠商，投入大量的財力物力，建設(shè)自己的實驗場，如Potain的結(jié)構(gòu)和機構(gòu)實驗場在上世紀80年代就已經(jīng)基本建成，共占地17萬m2，擁有各種實驗臺架百余種，產(chǎn)品需經(jīng)過真實而嚴酷的工況驗證合格才能出廠。Zoomlion目前正在建設(shè)自己的塔式起重機專用實驗基地。
（五) QTZ40型塔式起重機的簡單介紹及其市場前景
QTZ40塔吊又叫QTZ40塔式起重機，起重力矩400KN.m，最大起重量4T，獨立架設(shè)時最大起升高度可達29米，加附著最大起升可達120米，最大幅度分46.8米、42米 和50米。
QTZ40塔式起重機充分利用成組技術(shù)、組合設(shè)計技術(shù)及有限元分析技術(shù)，以“塔式起重機微機設(shè)計平臺”為工具設(shè)計的國內(nèi)最新型的起重運輸機械。QTZ40塔吊為水平臂架、小車變幅、上回轉(zhuǎn)液壓頂升式起重機。最大有效幅度47m。是該種機型國內(nèi)唯一達到此幅度的塔機。塔機獨立使用時，起升高度27.8m，附著起升高度為120m（2倍率）。該機各項速度指標均達到或優(yōu)于國家標準。
該機屬于快裝塔機和城市塔機，用于中小城市公用建筑、學校建筑和多層住宅的施
工建設(shè)。以基本高度（獨立式）36米。如果用戶需要高層附著施工，只需提出另行訂貨需求，即可增加某些部件實現(xiàn)本機的最大設(shè)計高度100m，也就是附著高層施工，可建32層以內(nèi)的高樓。
近年來，隨著建設(shè)工程量的不斷擴大，起重安裝工程量也越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增加，因此，對工程起重機特
別是大規(guī)模的起重機需求日益增加，隨著當代科學技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)在工程起重機上得到廣泛的應(yīng)用，所有這些因素都有力的促進了工程起重機的發(fā)展。目前中小城市居民樓建設(shè)主要以10層以內(nèi)的為多，而我們的產(chǎn)品QTZ500型塔式起重機主要針對城市12層以內(nèi)高樓的建設(shè)以及設(shè)備安裝工作，適合當前市場的需要，因此設(shè)計生產(chǎn)這一型號的塔式起重機是可行的。
ANSYS介紹
“有限元”這個詞語于1965年首次被提出，經(jīng)過大約40多年的不斷發(fā)展和完善，到今天已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種不同的工程之中，理論也已經(jīng)相當成熟。有限元思想的核心就是把實際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個類似結(jié)構(gòu)的個體，然后通過分析這些有限個體的性能來求出滿足實際工程要求的計算結(jié)果，從而代替對于具體復雜實際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過離散化，應(yīng)用有限元思想，可以解決很多實際復雜的工程問題，并在理論研究和工程應(yīng)用兩方面都具有極其重要的實用價值。
ANSYS作為一個大型通用軟件，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場、熱、耦合場、電磁場上面，利用ANSYS軟件，能夠?qū)嶋H模型置于各種各樣不同的復雜實際工況之中，準確并合理的分析，優(yōu)化設(shè)計，減少實際試驗的物質(zhì)和人力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠為提高利潤做出貢獻。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個過程：建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。若在實際應(yīng)用過程中想對其中的某一個步驟進行改動和變化，則依然需要重新完成其中的每一個步驟，無形中浪費了太多的工作時間。針對現(xiàn)實情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計語言來處理類似問題，通過APDL語言及UIDL語言或類似VB、VC編程語言開發(fā)應(yīng)用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發(fā)。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）
本次畢業(yè)設(shè)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我們在校所學的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓練我們綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉我們獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求我們在設(shè)計過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新，解決相關(guān)技術(shù)問題。
塔機臂架作為塔機的工作裝置,在塔機產(chǎn)品的設(shè)計內(nèi)容中處于核心地位, 采用有限元分析的方法進行塔機臂架的設(shè)計計算將會極大地提高設(shè)計效率、保證其設(shè)計質(zhì)量。我們只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力學分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理
通過畢業(yè)設(shè)計，使我們掌握塔式起重機的總體設(shè)計，吊臂的設(shè)計，整體穩(wěn)定性計算，有限元分析等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。通過此次設(shè)計使我們獲得基本塔機結(jié)構(gòu)設(shè)計，理論聯(lián)系實際，擴大知識面；同時也是鍛煉和培養(yǎng)自身能力及素質(zhì)的重要渠道，也是我們逐步實現(xiàn)由學生到社會的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們初步擔任技術(shù)工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能，體驗企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
(一)主要內(nèi)容
（1） 設(shè)計任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)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） 吊臂的設(shè)計和計算
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點）
② 吊臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
(二)研究方法
① 類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機設(shè)計；
② 有限元分析法：利用有限元分析軟件對臂架進行優(yōu)化設(shè)計。
(三) 研究思路
塔式起重機的機構(gòu)是有起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、小車變幅機構(gòu)、行走機構(gòu)四大傳動機
構(gòu)組成，另外還要重點注意該機的金屬結(jié)構(gòu)，塔機的金屬結(jié)構(gòu)又分為塔身、臂架、平衡臂、塔頂、以及頂升套架。我們應(yīng)該不僅設(shè)計好塔機的機構(gòu)，更重要的也要設(shè)計好塔機的金屬結(jié)構(gòu)，所以我們這次設(shè)計分塊分工完成。
我負責設(shè)計的部分是塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)中臂架的優(yōu)化設(shè)計，臂架是由若干個臂架標準節(jié)組成的，所以我以臂架標準節(jié)節(jié)為單位進行參數(shù)化設(shè)計，提出參數(shù)化模型，并利用三維制圖軟件制成三維圖，并利用有限元分析軟件對塔式起重機進行動力學和靜力學分析，以對結(jié)果進一步優(yōu)化設(shè)計。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 臂架設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制臂架裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準備論文及答辯
五、主要參考文獻
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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(lǐng)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(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。
設(shè)計題目： （宋體，三號）
姓 名：
班級學號：
指導教師：
設(shè)計題目： （宋體，三號）
姓 名：
班級學號：
指導教師：
Abstract
Refers to the similar tower crane, this design is composed by the system design and the lazy arm design to the QTZ40 tower crane. In the lazy arm design progress, it has carried Finite Element method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameter, various organizations type and the steel structure pattern has been determined. The design parameter of operating modes which are composed of nose increase, the cross center increase and the root increase. Through the suitable simplification to the lazy arm, the lazy arm finite element model is establishment applied ANSYS10.0 software, and then exerted various operating modes load, carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various pitch points stress situation, various units receive the axial stress size, and the lazy arm distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the process of the lazy arm increase. It has clearly displayed the lazy arm stress performance under various operating modes.
Through the revision for model parameter, the analysis comparison is carried on the different model. Because the stress condition and rigidity condition of different model is compared under the same operating mode, and the generalized analysis intensity and the rigidity condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained, though the intensity and the rigidity examination regarding this model, then the final parameter result of the lazy arm can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Lazy arm Finite element analysis ANSYS10.0
河北建筑工程學院
畢業(yè)設(shè)計計算書
指導教師：李常勝
設(shè)計題目：QTZ40塔式起重機臂架優(yōu)化設(shè)計 設(shè)計人：白冰
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
前言
概述
發(fā)展趨勢
總體設(shè)計
概述
確定總體設(shè)計方案
塔機金屬結(jié)構(gòu)
塔頂
吊臂
構(gòu)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(gòu)造
平衡臂和平衡重
平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡重
拉桿
上、下支座
塔身
塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
標準節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計
塔身的接高問題
轉(zhuǎn)臺裝置
回轉(zhuǎn)支承
底架
附著裝置
套架與液壓頂升機構(gòu)
爬升架
頂升機構(gòu)
套架
液壓頂升
基礎(chǔ)
工作機構(gòu)
起升機構(gòu)
起升機構(gòu)的傳動方式
起升機構(gòu)的驅(qū)動方式
起升機構(gòu)的減速器
起升機構(gòu)的制動器
滑輪組
倍率
回轉(zhuǎn)機構(gòu)
變幅機構(gòu)
安全裝置
限位開關(guān)
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(shè)計原則
整機工作級別
機構(gòu)工作級別
主要技術(shù)性能參數(shù)
平衡臂與平衡重的計算
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Ⅰ
平衡臂風力計算
風力系數(shù)選取
由平衡臂的設(shè)計尺寸計算迎風面積
風力計算
起升機構(gòu)的風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構(gòu)風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
司機室風力計算
工作工況Ⅱ
平衡臂風力計算
起升機構(gòu)風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構(gòu)風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
司機室風力計算
非工作工況Ⅲ
平衡臂風力計算
起升機構(gòu)風力計算
平衡重風力計算
起重臂風力計算
變幅機構(gòu)風力計算
塔頂風力計算
上下支座風力計算
塔身風力計算
司機室風力計算
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(chǔ)部分
工作工況Ⅱ
平衡臂部分
起重臂部分
塔身部分
基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)部分
風載荷
固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算
吊臂的設(shè)計計算
分析單吊點與雙吊點的優(yōu)缺點
吊臂吊點位置選擇
吊臂結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇
有限元模型建立過程的幾點簡化
自重及風載簡化
吊點處約束的確定
單元類型選擇
模型生成分析過程
吊臂結(jié)構(gòu)的有限元分析計算
吊臂結(jié)構(gòu)有限元分析程序命令流
前處理模塊
定義臂架一至七節(jié)節(jié)點
塔尖節(jié)點
定義工況節(jié)點
定義求解類型、單元類型
定義材料屬性
定義梁單元實常數(shù)
定義桿單元實常數(shù)
定義臂架上弦桿一至二節(jié)
定義臂架上弦桿三至五節(jié)
定義臂架上弦桿六至七節(jié)
定義臂架前側(cè)下弦桿一至五節(jié)
定義臂架后側(cè)下弦桿一至五節(jié)
定義臂架前側(cè)下弦桿六至七節(jié)
定義臂架后側(cè)下弦桿六至七節(jié)
定義臂架一節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架一節(jié)水平面腹桿
定義臂架二至五節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架二至五節(jié)水平面腹桿
定義臂架六節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架六節(jié)水平面腹桿
定義臂架七節(jié)側(cè)腹桿
定義臂架七節(jié)水平面腹桿
定義吊臂拉桿
施加2m工況集中載荷
退出前處理并進入求解模塊
施加20m工況集中載荷并求解
施加40m工況集中載荷并求解
退出求解模塊
模型示意圖
進入后處理模塊
讀入2m工況并顯示結(jié)果
讀入20m工況并顯示結(jié)果
讀入50m工況并顯示結(jié)果
退出后處理模塊
計算結(jié)果分析
確定優(yōu)化結(jié)論
各工況數(shù)據(jù)
工況1-1變形圖
工況1-2變形圖
工況1-3變形圖
工況2-1變形圖
工況2-2變形圖
工況2-3變形圖
工況3-1變形圖
工況3-2變形圖
工況3-3變形圖
提取軸向力
上弦桿軸向力最值
下弦桿軸向力最值
側(cè)腹桿軸向力最值
水平腹桿軸向力最值
分析確定危險工況
危險工況
吊臂強度校核
吊臂穩(wěn)定性校核
工況1-2
上弦桿三-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-1
上弦桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3下弦桿一-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
下弦桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
側(cè)腹桿一節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-2
側(cè)腹桿二-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
側(cè)腹桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-3
水平腹桿一節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-2
水平腹桿二-五節(jié)穩(wěn)定性校核
工況1-1
水平腹桿六-七節(jié)穩(wěn)定性校核
第1章 前言
1.1 概述
塔式起重機是我們建筑機械的關(guān)鍵設(shè)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(jié)構(gòu)合理，性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較國內(nèi)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(gòu)件的吊運和安裝，并能在市內(nèi)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(zhuǎn)自升式塔機。上回轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機。并在工作機構(gòu)中采用了比較先進的技術(shù)，如可控硅調(diào)速、渦流制動器等。進入七十年代后，它的服務(wù)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(xiàn)在如下幾個方面：①整機性能：由于先進技術(shù)和材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(shè)計
2.1 概述
總體設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，它是后續(xù)設(shè)計的基礎(chǔ)和框架。只有在做好總體設(shè)計的前提下，才能更好的完成設(shè)計。它是對滿足塔機技術(shù)參數(shù)及形式的總的構(gòu)想，總體設(shè)計的成敗關(guān)系到塔機的經(jīng)濟技術(shù)指標，直接決定了塔機設(shè)計的成敗。
總體設(shè)計指導各個部件和各個機構(gòu)的設(shè)計進行，一般由總工程師負責設(shè)計。在接受設(shè)計任務(wù)以后，應(yīng)進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外的同類機械的有關(guān)資料，了解當前的國內(nèi)外塔機的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研的情況，并進行分析比較，制定總的設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當保證所設(shè)計的機型達到國家有關(guān)標準的同時，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。
2.2 確定總體設(shè)計方案
QTZ40塔式起重機是上回轉(zhuǎn)液壓自升式起重機。盡管其設(shè)計型號有各種各樣，但其基本結(jié)構(gòu)大體相同。整臺的上回轉(zhuǎn)塔機主要由金屬結(jié)構(gòu)，工作機構(gòu)，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(jié)構(gòu)
塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉(zhuǎn)臺等主要部件組成。對于特殊的塔式起重機，由于構(gòu)造上的差異，個別部件也會有所增減。金屬結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺、承座等的結(jié)構(gòu)部件或直接通過轉(zhuǎn)臺傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。
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(zhì)上是一個轉(zhuǎn)柱，由于構(gòu)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(gòu)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(guān)系，一般取為臂架長度的1/7-1/10，長臂架應(yīng)配用較高的塔尖。但是塔尖高度超過一定極限時，弦桿應(yīng)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(shè)計時，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當?shù)乃敻叨取?
本設(shè)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(shè)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(yīng)裝有安全燈和避雷針。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1 塔頂結(jié)構(gòu)圖
2. 起重臂
1） 構(gòu)造型式
塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構(gòu)造；雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)一般幅度都大于50m。雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)自重輕，據(jù)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(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)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(gòu)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(shè)計時，應(yīng)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(shè)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(gòu)造應(yīng)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(shè)計選用標準節(jié)長度為6m，另加上3.84m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(shè)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(cè)腹桿3-上弦桿4-下弦桿
臂架1-7節(jié)：B=1020mm H=800mm
臂架截面尺寸與臂架承載能力、臂架構(gòu)造、塔頂高度及拉桿結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。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(guān)。設(shè)計臂架長度為40m，共七節(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(zhì)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(gòu)。因此本設(shè)計選用人字式布置方式。其優(yōu)點在于，這種布置方式應(yīng)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(gòu)。
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Q345實心鋼為宜，但造價要高。因此本設(shè)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(jīng)濟實用，具有良好的抗壓性能。因此上弦桿選用83×6、89×7、108×8，下弦選用的角鋼型號為：63×5、70×6，臂間由銷軸連接。
5） 吊點的選擇與構(gòu)造
吊點可分為單吊點和雙吊點。其設(shè)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(jié)構(gòu)。若臂架總長在50m以上，或?qū)缰懈浇畲笃鸬趿坑刑卮笠髴?yīng)采用雙吊點。采用單吊點結(jié)構(gòu)時，吊點可以設(shè)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(shè)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(zhuǎn)塔機。上回轉(zhuǎn)塔機均需配設(shè)平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構(gòu)成設(shè)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(zhuǎn)臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設(shè)起升機構(gòu)。起升機構(gòu)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(xiàn)象。
1） 平衡臂的結(jié)構(gòu)型式
平衡臂的構(gòu)造設(shè)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(shè)和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔施工任務(wù)的塔機使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)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(yīng)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(guān)系，而平衡臂長度與起重臂之間又存在一定關(guān)系，因此，平衡臂的合理設(shè)計可節(jié)約材料，降低整機造價。
常用平衡臂有以下三種結(jié)構(gòu)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(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走到板兩旁設(shè)有防護欄桿。其特點是結(jié)構(gòu)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(gòu)造與平面框架式平衡臂結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)平衡臂，其特點是根部與座在轉(zhuǎn)臺上的回轉(zhuǎn)塔架聯(lián)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(jié)構(gòu)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(shè)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(gòu)成。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設(shè)有防護欄桿。這種平衡臂的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。平衡臂的長度是11.67m。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(shè)計平衡重過程中，應(yīng)對平衡重的選材、構(gòu)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(gòu)造復雜，機加工量大，造價較高。故國內(nèi)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(gòu)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(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性均有不利影響。但是構(gòu)造簡單，預制生產(chǎn)容易，可就地澆注，并且不怕風吹雨淋，便于推廣。
因此，本次設(shè)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(jié)構(gòu)，拉桿由焊件組成，其材料為Q345，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(shè)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(zhuǎn)支承相連接在支承座兩側(cè)安裝有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，它下面的小齒輪準確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設(shè)有限位開關(guān)。
下支座上部用高強螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接、支承上部結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機上部結(jié)構(gòu)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(chǔ)。
1） 塔身結(jié)構(gòu)斷面型式
塔身結(jié)構(gòu)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(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)金國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面結(jié)構(gòu)。因此本設(shè)計采用的也是方形斷面結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁架結(jié)構(gòu)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(shè)計的尺寸為1.6m×1.6m。根據(jù)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(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)
塔身結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)或焊裝于角鋼主弦桿外側(cè)。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(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定。
本次設(shè)計腹桿采用三角形布置。適合于中等起重能力塔身結(jié)構(gòu)采用的腹桿布置方式。
3） 標準節(jié)間的聯(lián)接方式
塔身標準節(jié)的聯(lián)接方式有：蓋板螺栓聯(lián)接，套柱螺栓聯(lián)接，承插銷軸聯(lián)接和瓦套法蘭聯(lián)接。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣。
本次設(shè)計的QTZ40塔機采用套柱螺栓聯(lián)接，其特點是：套柱采用企口定位，螺栓受拉，用低合金結(jié)構(gòu)鋼制作。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標準節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復雜，但安裝速度比較快。
4） 塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 輕、中型自升塔機和內(nèi)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(jié)構(gòu)采用整體式塔身標準節(jié)，如圖2-5所示：
圖2-5 塔身結(jié)構(gòu)示意圖
（2） 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應(yīng)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)。除伸縮式塔身結(jié)構(gòu)和中央頂升式自升塔機的內(nèi)塔外，塔身結(jié)構(gòu)上、下的外形尺寸均保持不變，但下部塔身結(jié)構(gòu)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(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。
（4） 塔身節(jié)內(nèi)必須設(shè)置爬梯，以便司機及機工可以上下。在設(shè)計塔身標準節(jié)，特別是在設(shè)計拼裝式塔身標準節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關(guān)系，以保證使用安全及安裝便利。爬梯寬度不宜小于40mm，梯級間距應(yīng)上下相等，并應(yīng)不大于30mm。當爬梯高度大于5m時，應(yīng)從高2m處開始裝設(shè)直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為40mm.。當爬梯高度超過10m時，爬梯應(yīng)分段轉(zhuǎn)接，在轉(zhuǎn)接處加一休息平臺。
對于高檔的塔機，可根據(jù)用戶要求增設(shè)電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學的應(yīng)用。
5） 塔身的接高問題
在遇到塔身需要接高問題時，應(yīng)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(nèi)，根據(jù)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(jù)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(yīng)制定相關(guān)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(zhuǎn)臺裝置
轉(zhuǎn)臺是一個直接坐在回轉(zhuǎn)支承（轉(zhuǎn)盤）上的承上啟下的支撐結(jié)構(gòu)。
上回轉(zhuǎn)自升式塔機的轉(zhuǎn)臺多采用型鋼和鋼板組焊成的工字型斷面環(huán)梁結(jié)構(gòu)，它支撐著塔頂結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)塔架 ，并通過回轉(zhuǎn)支承及承座將上部載荷下傳給塔身結(jié)構(gòu)。
8．回轉(zhuǎn)支承裝置
回轉(zhuǎn)支承簡稱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承可分為兩大類：一是球式回轉(zhuǎn)支承，另一類是滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
1） 柱式回轉(zhuǎn)支承
柱式回轉(zhuǎn)支承又可分為：轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類。定柱式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，起重回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動慣量小，自重和驅(qū)動功率小，能使起重機重心降低。轉(zhuǎn)柱式結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)支承
滾動軸承式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)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(jié)。
設(shè)計選用球式回轉(zhuǎn)支承，其優(yōu)點是：剛性好，變形比較小，對承座結(jié)構(gòu)要求較低。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。
根據(jù)構(gòu)造不同和滾動體使用數(shù)量的多少，回轉(zhuǎn)支承又分為單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承、雙排球式回轉(zhuǎn)支承、單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承和三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。
設(shè)計采用單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，它是由一個座圈和齒圈組成，結(jié)構(gòu)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(gòu)造隨著塔身結(jié)構(gòu)特點（轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(shè)計采用的是帶撐桿的x底架。底架用工字鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)連接，底架通過20個預埋地腳螺栓與基礎(chǔ)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(chǔ)節(jié)與底架的四角相連，形成一個空間結(jié)構(gòu)，增加塔機整體穩(wěn)定性。由于塔身撐桿的設(shè)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(chǔ)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(diào)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(lián)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(diào)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(gòu)
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(cè)設(shè)有平臺和套架爬升導向裝置—爬升滾輪。在套架內(nèi)側(cè)的下方，還設(shè)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(shè)有工作平臺，爬升架內(nèi)側(cè)沿塔身主弦桿安裝8個滾輪，支撐在塔身主弦桿外側(cè)，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(jié)構(gòu)重量之用。
2） 頂升機構(gòu)
頂升機構(gòu)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。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(yīng)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(zhuǎn)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(cè)向局部失穩(wěn)。門框內(nèi)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(cè)引入標準節(jié)，可適用于不同形式的臂架，內(nèi)爬，外附均可，而且頂升時無需松開錨固裝置，應(yīng)用面比較廣。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用上頂升加節(jié)接高。
（2） 按頂升機構(gòu)的傳動方式不同，可分為繩輪頂升機構(gòu)、輪頂升機構(gòu)、條頂升機構(gòu)、絲杠頂升機構(gòu)和液壓頂升機構(gòu)等五種。繩輪頂升機構(gòu)的特點是構(gòu)造簡單，但不平穩(wěn)。鏈輪頂升機構(gòu)與繩輪頂升機構(gòu)相類似，采用較少。齒條頂升機構(gòu)在每節(jié)外塔架內(nèi)側(cè)均裝有齒條，內(nèi)塔架外側(cè)底部安裝齒輪。齒輪在齒條上滾動，內(nèi)塔架隨之爬升或下降。絲杠爬升機構(gòu)的絲杠裝在內(nèi)塔架中軸線處，或裝在塔身的側(cè)面內(nèi)外塔架的空隙里。通過絲杠正、反轉(zhuǎn)，完成頂升過程。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用液壓頂升機構(gòu)。液壓頂升機構(gòu)由電動機驅(qū)動齒輪油泵，液壓油經(jīng)手動換向閥、平衡閥進入液壓缸，使液壓缸伸縮，實現(xiàn)塔機上部的爬升和拆卸。其主要優(yōu)點是構(gòu)造簡單、工作可靠、平穩(wěn)、安全、操作方便、爬升速度快。本機構(gòu)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(lián)軸器 3-齒輪泵 4-濾油器
5-溢流閥 6-壓力表開關(guān) 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(cè)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(shè)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(yīng)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(cè)頂升式，是將頂升液壓油缸設(shè)在套架的后側(cè)。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(cè)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(yīng)縮短，加工制造比較方便，成本亦低廉一些。本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機采用側(cè)頂式。
12. 基礎(chǔ)
固定式塔式起重機，可靠的地基基礎(chǔ)是保證塔機安全使用的必備條件。該基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)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(chǔ)）外，一般情況下均采用整體鋼筋混凝土基礎(chǔ)。
鋼筋混凝土基礎(chǔ)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(zhì)條件，周圍環(huán)境以及施工現(xiàn)場情況選用X形整體基礎(chǔ)，四個條塊分隔式基礎(chǔ)或者四個獨立塊體式基礎(chǔ)。對于無底架的自升式塔式起重機則采用整體式方塊基礎(chǔ)。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(zhì)條件較差，則應(yīng)采用鉆孔灌注樁承臺基礎(chǔ)。
1） X形整體基礎(chǔ)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(chǔ)上，此種形式多用于輕型自升式塔式起重機，如圖2-8所示：
圖2-8 X形整體基礎(chǔ)
2） 長條形基礎(chǔ)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(chǔ)，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(chǔ)。
3） 分塊式基礎(chǔ)由四個獨立的鋼筋混凝土塊體組成，分別承受由底架結(jié)構(gòu)傳來的整機自重及載荷。鋼筋混凝土塊體構(gòu)造尺寸視塔機支反力大小基地耐力而定。由于基礎(chǔ)僅承受底架傳遞的垂直力，故可作為中心負荷獨立柱基礎(chǔ)處理。其優(yōu)點是：構(gòu)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(chǔ)，必須是整體大塊體式大體積混凝土基礎(chǔ)。塔機的塔身結(jié)構(gòu)通過塔身基礎(chǔ)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(chǔ)上。
由于塔身結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)聯(lián)固成整體，混凝土基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǎn)生傾翻事故?；A(chǔ)預埋深度根據(jù)施工現(xiàn)場地基情況而定，一般塔式起重機埋設(shè)深度為1-1.5米，但應(yīng)注意須將基礎(chǔ)整體埋住。
本次設(shè)計的QTZ40塔式起重機，選用的混凝土基礎(chǔ)為x基礎(chǔ)（如圖2-9所示）?；炷镣廨喞叽缂s為：長×寬×高=7000×7000×1100 mm（長×寬×高），總混凝土方量約11立方米，基礎(chǔ)重量約25噸，承載能力為10N/cm2?；A(chǔ)用鋼筋混凝土搗制，混凝土標號為300號，在基礎(chǔ)內(nèi)預埋有地腳螺栓、分布鋼筋和受力鋼筋等?；A(chǔ)的制作應(yīng)嚴格按圖施工?；A(chǔ)的土質(zhì)應(yīng)堅固牢實，要求承載能力大于0.15Mpa，混凝土
基礎(chǔ)的深度﹥1100mm 。
圖2-9 塔機設(shè)計基礎(chǔ)
2.2.2 工作機構(gòu)
工作機構(gòu)是為實現(xiàn)起重機不同的運動要求而設(shè)置的。對于自升式塔式起重機，主要包括起升機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)，變幅機構(gòu)和頂升機構(gòu)。依靠這些機構(gòu)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(nèi)的吊裝作業(yè)。
為了提高塔機生產(chǎn)率，加快吊裝施工進度，無論是起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)均應(yīng)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(zhuǎn)入靜停的全過程，都能平緩進行，避免產(chǎn)生急劇沖動，對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(gòu)調(diào)速系統(tǒng)有更高的要求。
1. 起升機構(gòu)
起升機構(gòu)是塔式起重機使用頻繁而又最重要的工作機構(gòu)。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(gòu)具有適合的調(diào)速性能。起升機構(gòu)簡圖如圖2-10所示。
2-10起升機構(gòu)簡圖
1-三速電機 2-聯(lián)軸器 3-液力推桿制動器
4-ZQ40圓柱齒輪減速器 5-卷筒 6-高度限位器
根據(jù)使用說明書，起升機構(gòu)由一合三速電動機驅(qū)動，電動機型號YZTDF225M1-4/8/32,N=15/15/3.7KW,n=1400/700/
144rpm。通過彈性聯(lián)軸節(jié)與ZQ40型圓柱齒輪變速箱驅(qū)動起升卷筒，本機構(gòu)采用液力推桿制動器。起升速度由電控三速電動機實現(xiàn)其“兩快一慢”的動作，本機構(gòu)還備有高度限位裝置，避免起升時卷筒發(fā)生過卷現(xiàn)象，通過調(diào)整高度限位裝器行程開關(guān)的碰塊的位置，以實現(xiàn)吊鉤在最大高度時，起升機構(gòu)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(gòu)的傳動方式
按照起重機的傳動方式不同，起升機構(gòu)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(jīng)機械傳動裝置傳至起升機構(gòu)起升卷筒，同時也傳至其它工作機構(gòu)，由于集中驅(qū)動，為保證各機構(gòu)獨立運動，整機的傳動比較復雜。起升機構(gòu)的調(diào)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(gòu)工作要求，調(diào)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(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)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(gòu)轉(zhuǎn)速，體積與重量較大。
交流電機傳動由于能直接自電網(wǎng)取得電流，結(jié)構(gòu)簡單，機組重量輕，故電力傳動在起升機構(gòu)上被廣泛采用?？紤]經(jīng)濟性、工作情況、工作效益等，本次設(shè)計采用電力傳動。
2） 起升機構(gòu)的驅(qū)動方式
按照起重機的驅(qū)動方式不同，可分為以下大類：
多速電機起升機構(gòu)：這種起升機構(gòu)構(gòu)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(zhuǎn)子異步電動機串接可變電阻調(diào)速起升機構(gòu)：這種由繞線轉(zhuǎn)子異步電動機驅(qū)動、串接可變電阻調(diào)速的起升機構(gòu)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(zhuǎn)子繞組中串接可變電阻，以凸輪控制器進行控制，從而實現(xiàn)平穩(wěn)啟動和均勻調(diào)速的要求。
配用電磁換擋減速器的3極籠型電動機驅(qū)動起升機構(gòu)：這種調(diào)速起升機構(gòu)具有較前一類更高的調(diào)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(gòu)，可使調(diào)速檔數(shù)增加一倍，從而使工作速度與吊載更相適應(yīng)，提高起升機構(gòu)的生產(chǎn)效率。這種調(diào)速起升機構(gòu)由于具有較好的價格性能比，其應(yīng)用正日趨普及。
本設(shè)計選用多速電機起升機構(gòu)。這種起升機構(gòu)特點是：結(jié)構(gòu)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(gòu)的減速器
起升機構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)的制動器
起升機構(gòu)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(shè)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(gòu)中，滑輪倍率裝置是為了使起升機構(gòu)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(gòu)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(lián)滑輪組，故倍率a等于承載分支數(shù)Z。起升速度有6種，見表2-1：
表2-1起升特性參數(shù)表
倍率
a=2
a=4
起重量（t）
1
2
2
0.818
4
4
速度(m/min)
68
34
6.5
34
17
3.3
四倍率與二倍率轉(zhuǎn)化方便、快捷，起升機構(gòu)鋼絲繩纏繞示意圖及倍率轉(zhuǎn)換如圖2-11所示：
圖2-11 起升機構(gòu)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(zhuǎn)機構(gòu)
塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的?；剞D(zhuǎn)運動的產(chǎn)生