QTZ塔式起重机总体设计.docx
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QTZ塔式起重机总体设计
QTZ63塔式起重机总体设计
1.整机总体参数的初步确定
1.1设计参数指标的合理性分析
塔式起重机的主要参数有尺寸参数、工作速度参数、功率参数、经济性指标参数，其中最重要的是最大起重量、最大起重力矩、工作幅度、起升速度、回转速度、变幅速度、起升高度、整机重量。
1．主要参数的选择
选择塔式起重机主要参数的基本依据：
（1）设计任务书所规定的有关参数、用途和作业要求、工作条件等；
（2）有关国内外同类型、同等级塔式起重机的技术资料，国家以及企业的系列标准等；
（3）理论分析或经验计算；
（4）使用单位的要求和制造厂商的生产条件等；
2．合理的主要参数应该符合以下条件
（1）满足实际使用要求——实用性；
（2）适合于生产厂的制造条件——可能性；
（3）充分发挥发动机功率——经济性；
（4）与国内外同类型产品相比较有较先进的技术经济指标和可靠的工作性能——先进性。
1.2塔式起重机参数的初步确定
表1QTZ63塔式起重机基本参数表
最大起重量t
5
最大幅度处额定起重量t
1.0
最大起重力矩kN·m
630
工作幅度m
2.5-50
塔机工作级别
A4
最小工作幅度
2.5
机构参数
起升机构
起升速度m/min
倍率
a=2
a=4
40
4.820
吊重t
2.5
55
电机功率kW
24
5.424
回转速度r/min
0.6
功率2×2.2KW
变幅速度m/min
33/16.5
功率2.4/1.5kW
顶升速度m/min
0.7
功率3kW
提升高度
独立式m
40
附着式m
120
操作风速m/s
20m/s
顶升操作风速m/s
13m/s
工作环境温度ºC
-20～40
整机质量
平衡重t
8.5
自重（标塔）t
24
单节标准节重t
0.8
平衡臂回转半径m
13
工作回转半径m
48
总功率kW
35
图中的h表示起重机的起升高度，n代表标准节的数量。
1.3QTZ80塔式起重机基本起重性能参数
表2QTZ80塔式起重机基本起重性能参数表
R
2.5~15
16
17
18
20
22
24
26
28
Q
5
R
30
32
34
35
36
38
40
42
44
46
Q
R
48
50
Q
1.2
根据QTZ80塔式起重机基本起重性能曲线完成上表。
图2起重性能曲线
起重量在3.0吨以上时，起重钢丝绳必须使用4倍率。
2.计算原则
2.1起重机的工作制度
起升机构JC=40%
回转机构JC=25%
牵引机构JC=15%
2.2载荷
2.2.1自重：
各部件自重及重心位置见表3（下表为QTZ63塔式起重机参数,仅供参考）。
表3塔机各部件自重及重心位置分布表
序号
名称
Gi（t）
Xi（m）
GiXi
Yi（m）
GiYi
1
平衡臂架
1.462
-8.3
-12.135
29.7
43.4214
2
起升机构
1.2
-9
-10.8
30.2
36.24
3
平衡臂拉杆
0.167
-6.3
-1.0521
31.7
5.2939
4
回转机构
0.375
-0.8
-0.3
27.7
10.3875
5
回转限位器
0.009
-0.75
-0.0068
26.7
0.2403
6
塔顶
1.008
0
0
31.7
31.9536
7
起重量限制器
0.05
0.7
0.035
28.7
1.435
8
起重臂
2.866
19.5
55.887
29.7
85.1202
9
起重臂拉杆
0.657
18
11.826
31.7
20.8269
10
牵引机构
0.38
5
1.9
30.2
11.476
11
吊钩
0.18
2.5
0.45
27.7
4.986
12
牵引小车
0.24
2.5
0.6
29.7
7.128
13
操纵室
0.35
0.8
0.28
27.7
9.695
14
电气原理
0.5
0
0
0
0
27.7
13.85
0
0
15
电气布线
16
电气接线
17
回转塔身
0.85
0
0
27.7
23.545
18
上支座
0.95
0
0
26.7
25.365
19
下支座
1.3
0
0
25.7
33.41
20
顶升架
1.362
0
0
22.7
30.9174
21
顶升装置
0.4
0
0
21.7
8.68
23
塔身
7.425
0
0
13.5
100.238
24
底架
4
0
0
2.5
10
25
回转支承
0.58
0
0
26.7
15.486
26
平衡重
7
-12.8
-89.6
28.7
200.9
综合上表，50m臂长时
不加配重加配重
空车时整机总重28.6t34.9t
平衡臂部分重1.462t7.462t
平衡臂后倾力矩-42.027t·m-132.527t·m
平衡臂重心位置-8.164m-11.228m
起重臂部分重5.85t
起重臂前倾力矩100.551t·m
起重臂重心位置17.755m
塔机在中线部分重21.63t
空车时整车重心位置
未加配重1.793m
加配重-0.907m
空车时整车重心高度
未加配重31.618m
加配重33.452m
2.2.2起升荷载
包括小车、吊钩和吊重
动载系数φ2=1.2（3t以下）或φ2=1.15（3t以上）
2.2.3水平荷载
回转惯性力、制动时间：
t=8s
变幅小车制动：
t=5s
2..2.4坡度载荷
倾斜度取1%
2.2.5风荷载
吊重上的风力PW=CKh·q·A
C—风力系数
Kh—高度系数
q—计算风压
机构计算时qI=150N/m2
结构计算时qII=250N/m2
结构非工况qIII=700N/m2
2.2.6试验载荷
动载按1.1倍额定荷载、静载按1.25倍额定载
2.3载荷组合
2.3.1工作状态最大载荷
包括自重、吊重、惯性力、工作状态的最大风压、基础最大坡度。
选择危险的载荷组合，进行结构和机构的强度、稳定性和整机倾翻的稳定计算。
2.3.2非工作状态最大载荷
包括自重、非工作状态的风荷以及起重机基础允许的最大坡度，进行强度和自身稳定性计算。
2.4材料及许用应力
2.4.1处理
Ｑ235Ａ和20＃钢n=1.45
工作状态［σ］＝170MPa（拉、压、弯）
［τ］＝98MPa
非工作状态［σ］＝210MPa（拉、压、弯）
［τ］＝120MPa
16Mn和45#钢（45#需经调质处理）
工作状态［σ］＝240MPa（拉、压、弯）
［τ］＝145MPa
非工作状态［σ］＝300MPa（拉、压、弯）
［τ］＝173MPa
40Cr（调质处理）
工作状态［σ］＝360MPa（拉、压、弯）
［τ］＝210MPa
2.4.2焊缝（自动焊或用精确方法检查的手工焊）
Ｑ235Ａ和20#钢，用T42焊条
对接焊［σ］＝170MPa
［τ］＝120MPa
贴角焊［τ］＝120MPa
16Mn用T50焊条
对接焊［σ］＝240MPa
［τ］＝170MPa
贴角焊［τ］＝170MPa
2.4.3焊缝（用普通方法检查的手工焊）
Ｑ235Ａ和20#钢，用T42焊条
对接焊［σ］＝136MPa
［τ］＝96MPa
贴角焊［τ］＝96MPa
16Mn用T50焊条
对接焊［σ］＝192MPa
［τ］＝136MPa
贴角焊［τ］＝136MPa
3.平衡重的计算
3.1.臂长50m时
平衡臂对中心线后倾力矩：
42.027+13.5G平
48m臂对中心线前倾力矩：
100.551t·m
空载状态、整机后倾力矩：
M空=13.5G平－58.524
满载状态的M吊重：
12.76m处吊6t
M吊=6×12.76＋（0.24＋0.18）×（12.76-2.5）=80.87t·m
M满=－M空＋M吊=139.394－13.5G平
令M空=0.8M满
13.5G平=0.8（139.394－13.5G平）＋58.524
M空=35.943t·m
M满=44.928t·m
3.2.臂长42m时
此时GbXb=64.716t·m
42m臂对中心线前倾力矩：
84.918t·m
M空=13.5G平－42.954
M满=123.824－13.5G平
令M空=0.8M满
13.5G平－42.954=0.8（123.824－13.5G平）
G平=142.013/24.3=5.844t
M空=35.94t·m
M满=44.93t·m
4.3.臂长36m时
此时GbXb=51.222t·m
36m臂对中心线前倾力矩：
71.487t·m
M空=13.5G平－29.46
M满=110.33－13.5G平
令M空=0.8M满
13.5G平－29.46=0.8（110.33－13.5G平）
G平=117.724/24.3=4.844t
M空=35.942t·m
M满=44.936t·m
4.4.臂长30m时
此时GbXb=37.104t·m
30m臂对中心线前倾力矩：
57.369t·m
M空=13.5G平－15.342
M满=96.212－13.5G平
令M空=0.8M满
13.5G平－15.342=0.8（96.212－13.5G平）
G平=92.312/24.3=3.8t
M空=35.942t·m
M满=44.912t·m
4.5平衡重汇总：
48m臂时G平=7.00t
42m臂时G平=5.844t
36m臂时G平=4.844t
30m臂时G平=3.80t
4.塔机的风力计算
Pw=CKh·q·A
4.1工作工况Ⅰ：
Kh=1风从侧面吹来
4.1.1平衡臂
C=1.2（非桁架结构）
q=250N/m2
臂架：
A=0.28×14=3.92m2
Pw=1.2×250×3.92=1176N
Xc=－8m
起升机构：
A=1.1m2
Pw=1.2×250×1.1=330N
Xc=－11m
平衡重：
A=7m2
Pw=1.2×250×7=2100N
Xc=－13.5m
部件综合：
ΣA=3.92＋1.1＋7=12.02m2
ΣPw=1176＋330＋2100=3606N
ΣMkw=1176×8＋330×11＋2100×13.5=41388N·m
Xc=-41388/3606=－11.477m
Yc=43m
Myw=3606×43=155058N·m
4.1.2起重臂：
A轮=48×1.45=69.6m2
φ漏=0.2，η重=0.25，C=1.3
Kn=1，qⅡ=250N/m2
A实=φ（1＋η）A=0.2×1.25×69.6=17.4m2
Pw=1.3×250×17.4=5655N，qw=117.8N/m
Xc=24.85m，Yc=43.5m
4.1.3塔顶：
A=5.5×1.3×0.294=2.102m2
Pw=1.4×250×2.102=735.7N
Xc=0，Yc=45m
4.1.4司机室：
A=2.5m2
Pw=1.2×250×2.5=750N
Xc=0，Yc=41m
4.1.5塔身：
C=1.4,Kh=1.0，qⅡ=250N/m2
A外=1.6×43=68.8m2
A实=0.25×1.635×68.8=28.122m2
Pw=1.4×250×28.122=9843N
Xc=0，Yc=21.5m
4.2工作工况Ⅱ
4.2.1平衡臂：
C=1.2，A=2m2
Pw=1.2×250×2=600N
Xc=0，Yc=43m
4.2.2起重臂：
C=1.3，A=0.928m2
Pw=1.3×250×0.2×0.928×1.333=100.5N
Xc=0，Yc=43.5m
4.2.3塔顶：
同4.1.3
Pw=735.7N
Xc=0，Yc=45m
4.2.4司机室：
同4.1.4
Pw=750N
Xc=0，Yc=41m
4.2.5塔身：
对角线方向乘1.2
C=1.4
A=1.2×28.122=33.746m2
N/m2
Pw=1.2×9843=11812N
qw=11812/43=275N/m
Xc=0，Yc=21.5m
4.3非工况
C和A值同工作工况Ⅱ
但qⅢ=70N/m2，Kh=（h/10）0.3，Kq=700/250=2.8
h1015202530354045
Kh11.1291.231.321.391.451.521.57
把工况Ⅱ的计算结果乘以Kq和Kh即可
1）平衡臂Pw=Kq·Kh·PwⅡ=2.8×1.55×600=2604N
2）起重臂Pw=2.8×1.55×736=3234N
3）塔顶Pw=2.8×1.57×736=3234N
4）司机室Pw=2.8×1.53×750=3213N
5）塔身按高度分段计算
0~10mPw=2.8×275×0.785×10=6045N
10~20mPw=6045×1.129=6824N
20~30mPw=6045×1.32=7979N
30~40mPw=6045×1.45=8765N
塔身合计Pw=29613N
风载综合见表4、5、6。
风载综合表
表450m臂长工作工况风载荷单位：
N·m
序号
部件
C
qⅡ
A
Pw
Xi
Mkw
Yi
Myw
1
平衡臂
1.2
250
12.02
3606
-11.477
-41388
43
155058
2
起重臂
1.3
250
17.4
5655
24.58
13900
43.5
245993
3
塔顶
1.4
250
2.102
735.7
0
0
45
33107
4
司机室
1.2
250
2.5
750
0
0
41
30750
5
塔身
1.4
250
28.122
9843
0
0
21.5
211625
总计
20590
97612
676533
表5工作工况Ⅱ风载荷单位：
N·m
序号
部件
C
qⅡ
A
Pw
Xi
Mkw
Yi
Myw
1
平衡臂
1.2
250
2
600
0
0
43
25800
2
起重臂
1.3
250
0.928
100.5
0
0
43.5
4372
3
塔顶
1.4
250
2.102
735.7
0
0
45
33107
4
司机室
1.2
250
2.5
750
0
0
41
30750
5
塔身
1.4
250
33.765
11812
0
0
21.5
253958
总计
13998
347987
表6非工作工况风载荷
序号
部件
C
QⅡ
Kh
A
Pw
Yi
Myw
1
平衡臂
1.2
700
1.55
2
2604
43
111972
2
起重臂
1.3
700
1.55
0.928
438
43.5
19053
3
塔顶
1.4
700
1.57
2.102
3234
45
145530
4
司机室
1.2
700
1.53
2.5
3213
41
131733
5
塔身
0~10m
1
7.85
6045
5
30225
10~20m
1.129
7.85
6824
15
102360
20~30m
1.32
7.85
7979
25
199475
30~40m
1.45
7.85
8765
35
306775
总计
39102
1047123
风载的合力中心：
5．整机倾翻稳定性计算
5.1无风静载工况
5.1.1自重力矩（含压重、平衡重、不含小车、吊钩）
已经算过48m臂长时，G平=7.0t
全机总重：
32.639+7.0=39.639t
M空=35.943t·m
对前边缘的后倾力矩为
M自35.943+（39.639+G压）×45／2=125.13＋2.25G压
5.1.2吊重（含超载25%吊重、小车、吊钩）
M吊=（6×1.25＋0.24＋0.18）（12.76－4.5／2）
=7.92＋10.51=83.24t·m
5.1.3判别要求：
0.95（125.13＋2.25G压）≥1.4×83.24
自然满足
5.2有风动载情况
5.2.1自重稳定力矩
M自=125.13＋2.25G平
5.2.2吊重（此时动载系数取1.15倍）
M吊=[（6＋0.18）×1.15＋0.24]（12.76－4.5／2）
=7.347×10.51=77.217t·m
5.2.3风载取工作工况Ⅱ，见表五，但塔身风荷仍取表四值
Myw=30.566tm
5.2.4水平惯性力和吊重风力，以吊索倾斜3°为限
Pnx=（6＋0.18）tg3°=0.3239t
Mnx=0.3239×41=13.279t·m
5.2.5坡度载荷，参看表二ΣGiYi=1336t·m
Mx坡=0.01×（1336＋6×41）=15.82t·m
5.2.6安全判别要求
0.95M自－Mw－Mnx－Mx坡－1.15M吊≥0
0.95（125.13＋2.25G压）≥30.566＋13.279＋15.82＋1.15×77.217
5.3突然卸载，或吊具脱落的颤动向后倾翻（以后翻一侧为倾翻边）
M自=（39.639＋G压）×4.5／2－32.662
=56.526＋2.25G压
5.3.1工作风载，但向后吹
Mw=30.588t·m
5.3.2满荷吊重突然掉下，向后弹0.2倍力矩
M吊=[（6＋0.18）×1.15＋0.24]（12.76＋4.5／2）
=7.347×15.01=110.28t·m
5.3.3Mx坡=15.82t·m
5.3.4安全判别
0.95M自－Mw－0.2M吊－Mx坡≥0
5.4暴风袭击下的非工作状态（风向后吹）
5.4.1自重
M自=56.526＋2.25G压
5.4.2风载，见表6，但塔身风荷应除以1.2倍
Mw=94.605t·m
5.4.3Mx坡=15.82t·m
5.4.4安全判别，参照西德规范，风向后吹，不稳定风荷只乘0.8
0.95M自－0.8Mw－Mx坡≥0
G压=17.48t
5.5暴风袭击下的非工作状态（风向前吹）
5.5.1自重
M自=125.13＋2.25G压
5.5.2风载
Mw=94.605t·m
5.5.3Mx坡=15.82t·m
5.5.4安全判别
0.95M自－1.1Mw－Mx坡≥0
0.95（125.13＋2.25G压）－1.1×94.065－15.82≥0
5.6安装工况
5.6.1关于M自的几种情况
5.6.1.1只安装3平衡臂，此时自重轻，见表2
G自=39.639－7.0－5.85=26.789t
M后=－42.027t·m
M自=（26.789＋G压）×2.25－42.027
=18.248＋2.25G压对后边缘线倾翻
5.6.1.2安装了吊臂，但没有装平衡重
G自=39.639－7.0=32.639t
M前=－42.027＋103.865=61.838t·m
M自=32.639×2.25＋2.25G压－61.838
=11.6＋2.25G压对前边缘线倾翻
5.6.1.3安装了平衡重，即空车状态
G自=39.639t
M后=－42.027－13.5×7.0＋103.865=－32.662t·m
M自=（39.639＋G压）×2.25－32.662
=55.918＋2.25G压对后边缘线倾翻
三种情况，以只安装了吊臂尚未装平衡重时稳定力矩最小，故取
M自=11.6＋2.25G压
5.6.2Mw=250／750×Mw非
=0.357×94.065=33.581t·m
5.6.3Mx坡=15.82t·m
5.6.3安全判别式
0.95M自－1.1Mw－Mx坡≥0
0.95（11.6＋2.25G压）－1.1×33.581－15.82≥0
5.7整体倾翻稳定性综合结果
5.7.1无风静载G压=－1.097t
5.7.2有风动载G压=13.8t
5.7.3突然卸载G压=6.9t
5.7.4暴风袭击，风向后吹G压=17.48t
5.7.5暴风袭击，风向前吹G压=0.196t
5.7.6装了吊臂，但未装平衡重G压=19.527t
实际压重取24t，基础10t，压重14t
安装了平衡臂、吊臂，但没装平衡重之前应加重，以减少前倾力矩。
6.起升钢丝绳的选取
张力P=6000＋180=6180㎏
i=4
η=0.944×0.98=0.765
取n=5
Sp=5×2020=10100㎏
φ=0.85
ΣS=10100／0.85=11822㎏
选取6w（19）＋7×7-13.5-755
容绳量：
附着120m
L总=4（100＋1.5）＋48＋13＋5＋3=475m
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