塔式起重机变幅机构毕业设计.docx
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塔式起重机变幅机构毕业设计
济南工程职业技术学院
毕业论文
论文题目塔式起重机变幅机构毕业设计
姓名赵文涛
学号200603010132
专业机电一体化
班级机电0601
指导老师华克萍
完成时间2009年4月
摘要
QTZ80型塔式起重机布置合理，外形美观，使用方便，维修简单，工作平稳，就位快捷方便、高效。
该塔机为上回转，水平臂架，小车变幅，液压自升式多用途塔机，起重力矩为800KN·m，最大起重量为8T，独立架设最大起升高度可达45m，最大变幅为56m。
变幅机构是为了满足物料装卸工作位置要求，充分利用自身的起吊能力（幅度减少能提高起重量），实现改变幅度的工作机构，并用来扩大塔式起重机的工作范围，提高生产率。
QTZ80塔式起重机是通过移动牵引起重小车实现变幅的。
工作时吊臂安装、在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿着吊臂轨道（弦杆）移动。
小车变幅的优点是：
变幅时物料做水平移动，安装就位方便；速度快、功率省；幅度有效利用率大。
其缺点为：
吊臂承受较大的弯距，结构笨重，用钢量大。
绳索牵引式变幅机构的小车依靠钢丝绳牵引沿吊臂轨道运行，其驱动力不受附着力的限制，故能在略呈倾斜的轨道上行走，又由于驱动装置在小车外部，从而使小车自重大为减少，所以适用于大幅度起重量较大的起重机。
在塔式起重机中大都采用绳索牵引式变幅机构，这样既可以减轻吊臂载荷，又可以使工作可靠，而且因为驱动装置放在吊臂根部，平衡重也可以减少。
关键词：
QTZ80塔机变幅机构绳牵引小车式
摘要·····················································I
一塔式起重机总述·········································1
1.1总述···················································1
1.2塔式起重机的组成·······································1
1.3QTZ80型塔式起重机简介··································2
1.4QTZ80型塔式起重机简介··································3
1.5QTZ80塔式起重机简图····································4
二变幅机构概述··········································5
2.1变幅机构总述···········································5
2.2QTZ80塔式起重机变幅机构数据····························5
三塔机工作级别··········································7
3.1塔式起重机的工作级别···································7
3.2变幅机构工作级别·······································7
四载荷组合···············································9
4.1载荷状态·············································9
4.2变幅机构载荷············································9
五厂内机器设备表··········································11
六设计计算················································12
6.1动力学设计··············································12
6.2力学计算················································
12
七参考文献················································22
八谢词·····················································23
一塔式起重机总述
1.1总述
塔式起重机简称塔机，也称塔吊，源于西欧。
具有工作效率高，使用范围广，回转半径大，起升高度高，操作方便以及安装与拆卸比较简单等特点，因而在建筑安装工程中得到了广泛的使用，并成为一种重要的施工机械。
塔式起重机除了用于工业与建筑业外，在电站施工，水利建设以及造船业等部门也经常应用。
塔式起重机属于一种非连续性搬运机械，是工业与民用建筑业施工中完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。
在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。
由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达80%，普通履带式和轮胎式起重机利用率不超过50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧减少。
因此，塔式起重机在高层工业和民用建筑业施工中一直处于领先地位。
应用塔式起重机对于加快施工，缩短工期，降低工程造价起着重要的作用。
同时，为了适应建筑物结构件预制装配化，工厂化等新工艺，现在的塔式起重机还必须具备以下特点：
（1）起升高度和工作幅度较大，起重力矩大
（2）工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能
（3）装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需要
1.2塔式起重机的组成
1.2.1金属结构
金属结构是是塔式起重机的骨架，它承受着起重机自重以及工作时的各种外载荷，是塔式起重机的主要组成部分。
金属结构包括：
塔身、塔帽、起重臂架、平衡臂、回转支撑架、底架等。
1.2.2工作机构
工作机构是为了实现塔式起重机不同的机械运动要求而设置的各种机械部分的总称。
工作机构包括：
起升机构、变幅机构、回转机构、顶升机构等.
1.2.3驱动控制系统
驱动装置用来给各种机构提供动力，最常用的就是YZR与YZ系列交流电动机。
控制系统对工作机构的驱动装置和制动装置实行控制，完成机构的启动、制动、变向、调速以及对机构的安全实行监控，并及时把工作的各种参考量、电流值、电压值、速度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置与风速等数值显示出来，以便司机在操作中心中用数。
1.2.4安全保护装置
由于塔式起重机属于事故多发型的机种之一，因此安全装置是塔式起重机必不可少的关键设备，其作用是避免由于误操作或违章操作等所招致的灾难性恶果。
1.3QTZ80型塔式起重机简介
QTZ80塔机为上回转。
水平臂架。
小车变幅。
液压自升式多用途塔机，起重力矩为800KN·m，最大起重量为8T。
独立架设时最大起升高度可达45m，附着后最大起升高度可达180m，最大变幅为56m。
改型号塔机布置合理，外形美观，司机室独立侧置，视野良好，给操作者良好的工作环境。
使用方便，维修简单，是广大建筑施工企业理想的建筑施工机械。
具有起升、回转、变幅、顶升四种机构，可单独或复合人动作，可以获得较高的工作效率。
顶升机构用于塔身接高或降塔，本塔机用两种机型：
一是高档的，起升、变幅、回转三大机构均采用变频无级调速，电控系统采用无触点计算机控制；另一种是普通的，起升、回转为绕线电机四档全驱动，变幅为三速电机驱动。
两种机型都工作平稳，充分满足用户各种工况需要，可满足建筑施工中垂直以及水平运输的需要。
1.4QTZ80塔机技术参数
表1-1QTZ80塔机技术参数
QTZ80塔机技术参数
塔机型号
QTZ80A（5613）
QTZ80B（5613）
额定起重力矩（KN·m）
800
800
工作幅度（m）
3—56
3—56
最大起重量（T）
8
8
起升高度
（m）
自升式
45
45
附着式
180
180
起升速度
（m/s）
A=2
0—80
0—80
A=4
0—40
0—40
回转速度（R/min）
0—0.7
变幅速度（m/min）
0—47
塔身主肢材料
□135×12
方管
截面1835×1835
起重臂
上弦杆主要材料
∠80×8角钢扣方
下弦杆主要材料
∠75×75×6扣方
∠80×80×8扣方
∠100×100×10扣方
1.5QTZ80塔式起重机简图
图1-1QTZ80塔式起重机简图
二变幅机构概述
2.1变幅机构总述
塔式起重机的变幅机构按运动形式分为
（1）臂架摆动式变幅机构（动臂式）
（2）运行小车式变幅机构（小车式）
QTZ80塔式起重机是通过移动牵引起重小车实现变幅的。
工作时吊臂安装、在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿着吊臂轨道（弦杆）移动。
小车变幅的优点是：
变幅时物料做水平移动，安装就位方便；速度快、功率省；幅度有效利用率大。
其缺点为：
吊臂承受较大的弯距，结构笨重，用钢量大。
按照小车沿吊臂弦杆的行走方式，小车变幅机构分为：
（1）自行式
（2）绳索牵引式
QTZ80塔式起重机多采用绳索牵引式
绳索牵引式变幅机构的小车依靠钢丝绳牵引沿吊臂轨道运行，其驱动力不受附着力的限制，故能在略呈倾斜的轨道上行走，又由于驱动装置在小车外部，从而使小车自重大为减少，所以适用于大幅度起重量较大的起重机。
在塔式起重机中大都采用绳索牵引式变幅机构，这样既可以减轻吊臂载荷，又可以使工作可靠，而且因为驱动装置放在吊臂根部，平衡重也可以减少。
2.2QTZ80塔式起重机变幅机构数据
型号：
BE33B
方式：
绳索牵引小车式
速度：
42/21m/min（2/4）
功率：
3.3/2.2KW
功能：
改变吊钩的幅度位置
技术要求：
（1）各零部件完好无损
（2）变速箱无漏油渗油现象
（3）机构运转平稳无杂音
（4）小车车轮孔中心距：
前后1300±2.0，轴向1502±2.0（由工装保证）
（5）装配后小车车轮内边尺寸：
1240±2.0（由工装保证）
（6）小车横梁。
纵梁焊接后变形误差1.0（由工装保证）
（7）装配后小车四轮平面度1.0（由工装保证）
（8）小车两滑轮孔间的距离800±1.0（由工装保证）
（9）轴承装配前注满润滑脂，各轮运转正常，无卡滞异响等
（10）防绳断、防绳脱、防断轴装置齐备有效
三塔式起重机工作级别
3.1塔式起重机的工作级别
载荷状况：
中Q2
利用等级：
U4
工作级别：
A4
工作时间：
1500小时
循环次数：
2.5×105
名义载荷普系数：
0.250
3.2变幅机构工作级别
利用等级：
M3
载荷状态：
L2
工作时间：
T3
计算说明
Nt=3600T/t=3600YDH/t
式中Y=8年
H=0.75小时
D=250天
t=21.6S
所以得T=YDH=1500h
Nt=3600T/t=2.5×105
表3-1机构利用等级
利用等级
总工作时间（h）
平均每天运转小时数
T1
400
0.125—0.25
T2
800
0.25—0.5
T3T
1600
0.5—1.0
T4
3200
1.0—2.0
表3-2机构工作级别
载荷情况
名义载荷普系数
利用等级
T0
T1
T2
T3
T4
L1—轻
0.125
M1
M2
M3
L2—中
0.25
M1
M2
M3
M4
L3—重
0.50
M1
M2
M3
M4
M5
四载荷组合
4.1载荷状态
（1）正常工作载荷Pw1=150Pa
（2）最大工作载荷Pw2=250Pa
（3）非正常工作载荷Pw3=1300Pa
表4-1风压与高度关系
离地面高度m
风压Pa
0--20
800
20--100
1100
＞100
1300
4.2变幅机构载荷
4.2.1牵引力
（1）摩擦阻力W1
W1=（FQ+Fg）×（u·d/D+2f/D）K0（N）
（2）坡度阻力W2
W2=（FQ+G）Sina
注：
a—坡度角，取1.5°
（3）惯性阻力W3
W3=W3′+W3″
W3′=（FQ+Fg）·V/（g·t）
W3″=（FQ+Fg）n2R/900
W3′—小车运行起动惯性阻力
W3″—塔机回转时小车和重物的离心力
（4）迎风阻力W4
W4=q0·A
q0——风压，N/m2
（5）起升绳阻力W5
W5=S1–S4=S1（1–g3）=FQ（1-g3）/（1+g）·g
g—滑轮效率
（6）牵引绳下垂引起的阻力W6
W6=q1·l2/8h=（30～50）q1·l/8=（4～6）q1·l（N）
（7）牵引绳最大张力W
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6（N）
S=W/g1
g1-—牵引绳的导向滑轮效率
五厂内机器设备表
NBC500K电焊机
NRC500Ⅱ二氧化碳气体保护焊机
MZ-1000D逆变埋弧焊机
丙烯氧气气割机
ZX50C钻铣床
山东华力钻床
TQY塔机顶升液压系统（压板或弯板）
牛头刨床
普通车床
弯骨机（弯洗管材）
塔式起重机工装
（1）套架工装
（2）钱币工装
（3）标准节工装
……
以及其余相应设备工具
六设计计算
6.1动力学设计
6.1.1型号
型号：
BE33E
6.1.2技术参数
V——变幅速度
P——功率
ａ——坡度角，取1.5°
KO——附加阻力系数，取2.0
n——回转速度
q1——牵引绳单位长度自重
n1——驱动轮转速
D——车轮踏面直径
Kg——系数，取0.7
6.2力学计算
6.2.1正常工作情况力学计算
[1]牵引力计算
（1）摩擦阻力W1
W1=（FQ+Fg）×（u·d/D+2f/D）K0（N）[式7-1]
FQ——起升载荷，80000N
Fg——小车自重，650N
u——滚动轴承摩擦系数，取0.015
f——小车滚动阻力系数，取0.03
D——车轮直径，取150mm=0.15m
K0——附加阻力系数，取2.0
d——滚动轴承直径，取20.8mm=0.208m
将上面数据带入[式7-1]得
W1=（FQ+Fg）×（u·d/D+2f/D）K0
=98KN
（2）坡度阻力W2
W2=（FQ+G）Sina[式7-2]
G——吊具自重与小车自重之和，由下表查得，取3.5%FQ
表6-1吊具自重
额定起升载荷FQ（KN）
吊具自重载荷Fg（KN）
300～500
3%FQ
800～1250
3.5%FQ
1600～2500
4%FQ
a——坡度角，取1.5°
将上面数据带入[式7-2]得
W2=（FQ+G）Sina=1.035FQSin1.5°=2.17KN
（3）惯性阻力W3
W3=W3′+W3″[式7-3]
W3′=（FQ+Fg）·V/（g·t）
W3″=（FQ+Fg）n2R/900
V——小车运行速度
t——小车起动时间
V/t=a加速度≤0.5m/s2
n——塔机回转速度，取0.7R/min
R——工作幅度，3～56m
将上面数据带入[式7-3]得
W3=W3′+W3″
=（FQ+Fg）·V/（g·t）+（FQ+Fg）n2R/900
=6.5KN
（4）迎风阻力W4
W4=q0·A=Cw·Pw·A
q0——风压，N/m2
Cw——风力系数，取1.6
Pw——正常工作载荷情况下，取150Pa
A——迎风面积，由下表查出，取6m2.
表6-2迎风面积
起升质量（T）
2
3
5
6.3
8
10
15
挡风面积（m2）
2
3
5
6
6
7
10
将上面数据带入[式7-4]得
W4=q0·A=Cw·Pw·A
=1.44KN
（5）起升绳阻力W5
W5=S1–S4=S1（1–g3）
=FQ（1-g3）/（1+g）·g[式7-5]
g——滑轮效率，取0.98
将上面数据带入[式7-5]得
W5=FQ（1-g3）/（1+g）·g
=2.43KN
（6）牵引绳下垂引起的阻力W6
W6=q1·l2/8h=（30～50）q1·l/8
=（4～6）q1·l（N）[式7-6]
q1——单位长度绳重，取4.5N/m
l——绳自由悬垂长度，取56m
将上面数据带入[式7-6]得
W6=（4～6）q1·l=1.26KN
（7）牵引绳最大张力W
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6（N）[式7-7]
S=W/g1
g1-—牵引绳的导向滑轮效率，取0.98
所以，S=W/g1=114.1KN
[2]电动机功率计算
M=（W1+W2+W3+W4+W5）·R/g2[式7-8]
R——驱动轮半径，取0.16m
g2——机构效率，取0.85
带入上式，得
M=（W1+W2+W3+W4+W5）·R/g2=20.8KN·m
（1）电动机稳定运行功率
P=M·n/9550[式7-9]
n——驱动轮转速，1000r/min
带入上式得，
P=M·n/9550=2.18KW
（2）电动机过载校验
Tjc=（Fj+W4）·D/2igZm[式7-10]
Fj=W1+W2+W5+W6
D——车轮踏面直径，取0.15
i——总传动比，取1︰9.5
g——总效率，取0.9
Zm——电动机个数，一个
将上面数据带入[式7-10]，得
Tjc=（Fj+W4）·D/2igZm=0.93KN·m
（3）电动机发热校验
Tre=Tj·Kg[式7-11]
Tj=Fj·D/2ig
Kg——系数，对小车变幅机构，Kg取0.7
将上面数据带入[式7-11]，得
Tre=Tj·Kg=Fj·D·Kg/2ig=0.64
6.2.2最大正常工作情况下力学计算
[1]牵引力计算
（1）摩擦阻力W1
W1=（FQ+Fg）×（u·d/D+2f/D）K0
=98KN
（2）坡度阻力W2
W2=（FQ+G）Sina=1.035FQSin1.5°=2.17KN
（3）惯性阻力W3
W3=W3′+W3″
=（FQ+Fg）·V/（g·t）+（FQ+Fg）n2R/900
=6.5KN
（4）迎风阻力W4
W4=q0·A=Cw·Pw·A
Pw——最大正常工作载荷情况下，取250Pa
W4=q0·A=Cw·Pw·A
=2.4KN
（5）起升绳阻力W5
W5=FQ（1-g3）/（1+g）·g
=2.43KN
（6）牵引绳下垂引起的阻力W6
W6=q1·l2/8h=（30～50）q1·l/8
=（4～6）q1·l（N）[式7-6]
W6=（4～6）q1·l=1.26KN
（7）牵引绳最大张力W
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6（N）[式7-7]
S=W/g1
g1-—牵引绳的导向滑轮效率，取0.98
所以，S=W/g1=115.06KN
[2]电动机功率计算
M=（W1+W2+W3+W4+W5）·R/g2[式7-8]
R——驱动轮半径，取0.16m
g2——机构效率，取0.85
带入上式，得
M=（W1+W2+W3+W4+W5）·R/g2=21KN·m
（1）电动机稳定运行功率
P=M·n/9550[式7-9]
n——驱动轮转速，1000r/min
带入上式得，
P=M·n/9550=2.2KW
（2）电动机过载校验
Tjc=（Fj+W4）·D/2igZm[式7-10]
Fj=W1+W2+W5+W6
D——车轮踏面直径，取0.15
i——总传动比，取1︰9.5
g——总效率，取0.9
Zm——电动机个数，一个
将上面数据带入[式7-10]，得
Tjc=（Fj+W4）·D/2igZm=0.935KN·m
（3）电动机发热校验
Tre=Tj·Kg[式7-11]
Tj=Fj·D/2ig
Kg——系数，对小车变幅机构，Kg取0.7
将上面数据带入[式7-11]，得
Tre=Tj·Kg=Fj·D·Kg/2ig=0.64
6.2.3非正常工作情况力学计算
[1]牵引力计算
（1）摩擦阻力W1
W1=（FQ+Fg）×（u·d/D+2f/D）K0=98KN
（2）坡度阻力W2
W2=（FQ+G）Sina=1.035FQSin1.5°=2.17KN
（3）惯性阻力W3
W3=W3′+W3″
=（FQ+Fg）·V/（g·t）+（FQ+Fg）n2R/900
=6.5KN
（4）迎风阻力W4
W4=q0·A=Cw·Pw·A
Pw——非正常工作载荷情况下，取1300Pa
W4=q0·A=Cw·Pw·A
=12.48KN
（5）起升绳阻力W5
W5=S1–S4=S1（1–g3）
=FQ（1-g3）/（1+g）·g[式7-5]
g——滑轮效率，取0.98
将上面数据带入[式7-5]得
W5=FQ（1-g3）/（1+g）·g
=2.43KN
（6）牵引绳下垂引起的阻力W6
W6=q1·l2/8h=（30～50）q1·l/8
=（4～6）q1·l（N）[式7-6]
q1——单位长度绳重，取4.5N/m
l——绳自由悬垂长度，取56m
将上面数据带入[式7-6]得
W6=（4～6）q1·l=1.26KN
（7）牵引绳最大张力W
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6（N）[式7-7]
S=W/g1
g1-—牵引绳的导向滑轮效率，取0.98
所以，S=W/g1=125.35KN
[2]电动机功率计算
M=（W1+W2+W3+W4+W5）·R/g2[式7-8]
R——驱动轮半径，取0.16m
g2——机构效率，取0.85
带入上式，得
M=（W1+W2+W3+
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