塔式起重机课程设计说明书.doc

山东建筑大学毕业设计说明书 1 目录 摘 要 3 1 绪论 5 1 1 动臂塔式起重机发展状况 5 1 2 动臂塔机发展趋势 5 2 整机方案设计 7 2 1 设计原则和参数 7 2 1 1 工作级别 7 2 2 部件方案的确定 8 3 整体稳定性校核 13 3 1 钢筋混凝土基础的选择 13 3 2 钢筋混凝土基础的计算 15 3 2 1 计算理论 15 3 2 2 15 固定式基础计算 16 4 起重臂的稳定性计算 36 4 1 起重臂材料的选择与截面特性的计算 36 4 2 拉杆拉力计算 40 4 3 起重臂自重引起的载荷计算 42 4 4 风载荷计算 43 4 5 起升时拉杆拉力产生的弯矩 45 4 6 回转时的臂节离心力和回转惯性力和回转惯性力力矩的计算 46 4 7 起升钢丝绳拉力 水平惯性力等的计算 51 山东建筑大学毕业设计说明书 2 4 8 吊臂的整体稳定性计算 54 5 机构的校核计算 61 5 1 起重臂仰角为 15 时 62 5 2 起重臂仰角为 45 时 62 5 3 起重臂仰角为 71 时 62 5 4 起重臂仰角为 83 时 62 5 5 起重臂从地面吊装时拉杆的最大拉力 63 5 6 钢丝绳的最大拉力 63 5 7 电动机功率验算 64 5 7 1 电动机的选择 64 5 7 2 过载校核 64 5 7 3 发热校核 65 6 结论 66 谢 辞 68 参 考 文 献 69 山东建筑大学毕业设计说明书 3 摘 要 随着农村城镇化建设的开始 以及大中小城市的进一步拓展 以及国家多种大 工程的上马 建筑业出现了前所未有的新局面 在这种大好形势下 为建筑业服务 的建筑机械行业也有了新的发展机遇 同时 为了和世界接轨 塔机的设计应该有 更多更新的创新来适应新的发展机遇 新的发展挑战 所以说 塔机的创新设计 动臂塔机的发展进一步提上日程 促使我们在塔机原有的基础上提出更多更新颖的 创意来促进国内塔机业水平的进一步提高 促进动臂塔机在国内的发展 这就要求我们在塔身 平衡臂 起重臂 上转台 A 形架的设计上突破原有的 惯性设计思维 运用现代化的设计方法 方式以及设计工具 对设计数据进行有效 的优化以及受力的有限元 AGLOR 分析计算 从而使塔机的生产成本在符合应力要 求的前提下大大降低 关键词 动臂塔式起重机 回转机构 上转台 有限元 ALGOR 山东建筑大学毕业设计说明书 4 ABSTRACT Because the village town turns the beginning of construction and further expand of the greatly medium small city and the last horse of various big engineering in the nation The building industry appeared unprecedented new situation Under this kind of greatly good situation the building machine contributing efforts to the building industry the profession also had new of Develop opportunity In the meantime for being in line with the world the design of tower machine should include the innovation of more renewals to adapt new development opportunity new of development Challenge So say the creative design of tower machine the combination design of tower machine lifts further up the agenda Urge the top of the foundation that we originally possessed in the tower machine Put forward heel many creativities to promote the further exaltation of local tower machine industry level This will beg us in the tower body tower hat equilibrium arm rise heavy arm of design up break original inertial design thinking usage modern Design method way and design tool of turn carry on to the design data effectively excellent turn and be subjected to the ANSYS analysis of dint a calculation Make thus The production cost of tower machine under the premise that meet at the request of dint consumedly lower Keyword tower crane slewing gear slewing gear finite element 山东建筑大学毕业设计说明书 5 1 绪论 1 1 动臂塔式起重机发展状况 中国塔机始于 20 世纪 50 年代 综观 50 年发展史 我国塔机行业从无到有 从 小到大 逐步形成了较为完整的体系和比较完整的系列型谱 塔机成为建筑施工 中的关键设备 塔机行业也成为我国发展最快的建筑机械行业之一 我们只用了 50 年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程 如今中国塔机已经批量走进国 际市场 目前我国已成为世界塔机生产大国 也是世界塔机主要需求市场之一 近 20 年来 随着经济的发展 建筑楼群的密集 使塔机的工作空间受限 基于高 层建筑的发展 新制定的领空权许可制度及跨占邻居领地产生的纠纷等因素 迫使 人们改变已有的传统观念 从小车变幅改变为臂架俯仰 为塔机作业创造有利空间 推动了各种类型动臂塔机的改造和发展 全世界塔机生产厂家在设计时都考虑了这 些因素 研制出了相应的改进型塔机 随着国内大型基础设施建设不断上马 新农 村建设的展开 大中小型塔机将长期看好 大中型企业的并存状况将长期存在 应 继续提高大中型塔机技术含量和质量水平 满足大型重点工程需要 开拓国际市场 整顿提高中小型塔机 提高塔机的安全可靠性 根据施工需要 开发多种结构型式的塔机产品 平头式 动臂式塔机近几年得到了 快速发展 动臂式塔机由于臂架可在一定范围内变动 非常适合密集及狭窄地区施 工 有独特的施工特点 因此越来越受到重视 在一些超高层钢结构建筑施工中 如上海环球金融中心 央视新大厦 国贸三期等 国内已经进口了多台澳大利亚 FAIVO 公司的大型动臂塔机 应该引起生产厂家的重视 目前 我国塔机性能与现代智能化 数字化控制技术还有很大差距 跟不上市场的 需要 在实验手段上 多数企业不具备对原材料的预处理和配套件的进厂检验能力 在配套件生产上 企业多 品种重复 生产质量差 特别是液压件 电器件等不过 关 直接影响到主机的质量和可靠性等 山东建筑大学毕业设计说明书 6 1 2 动臂塔机发展趋势 根据我国塔式起重机的发展形式和市场需求 在产品品种方面预计今后几年塔式 起重机要向大型化 1O00 以上的和小型化 40 以下的发展 在技术性能方面t mAt mA 要向产品智能化 数字化和机 电 液一体化方向发展 在结构型式方面要发 展一机多用的塔机 如吊重 布料 高空作业集为一体等 要加大力度研究解决高 性能 高技术含量 高可靠性的塔机 最低限度降低塔机事故率 国外塔机由小向大 由轻向重 由单一向多功能 由俯仰变幅臂架向小车变幅臂架 向俯仰变幅臂架发展 工作速度由低向高发展 同时已广泛使用屈服极限 600 900N 的高强度轻质合金钢制作臂架 聚合材料也被普遍采用以减轻 s 2 mm 自重 提高工作性能 开始应用自动控制及遥控技术 利用智能微电脑控制的力矩 限位器 还采用组合设计方法以少量通用标准部件组合成数量 品种多的塔机来满 足多种不同需要的变型塔机 随着建筑工程量以及建筑形式的多种多样 建筑机械也出现了多种多样的形式 动臂塔式起重机也随之得到广泛应用 随着经济的发展 建筑楼群的密集 使塔机的工作空间受限 基于高层建筑的 发展 新制定的领空权许可制度及跨占邻居领地产生的纠纷等因素 加之许多国家在 建筑法规中明文规定 吊装作业不能超出施工的作业领域即臂架不能超出建筑围栏 迫使人们改变已有的传统观念 从小车变幅改变为臂架俯仰 为塔机作业创造有利 空间 从建筑行业发展趋势来看 城市愈来愈拥挤 在拥挤的城市里施工唯有动臂 式塔机能满足施工要求 动臂式塔机的应用会愈来愈多 若能够将本次毕业设计课 题研究成果应用到实际大批生产中去 新型 QTD63 630 塔机开发成功后 必然增强 其市场竞争力 具体表现在 1 采用最新平面布置理论将塔式起重机整体布置协调统一 2 采用新型安装方法提高了塔机组装及拆卸的速度从而提高效率 3 新的安装拆卸方法更加提高了塔机的安全性能 因此动臂塔式起重机具有其他起重机无法比拟的优越性 动臂塔机可避免多台塔机作业的干涉 以及在非工作状态的平衡稳定性优于水平 臂塔机 本次毕业设计 我们选择动臂式塔式起重机作为设计的对象 原因是动臂塔式起 山东建筑大学毕业设计说明书 7 重机具有其他起重机无法比拟的优越性 2 整机方案设计 2 1 设计原则和参数 2 1 1 工作级别 一 起重机的工作级别 1 载荷状态 Q2 名义载荷谱系数 25 0 r K 2 利用等级 U5 总的工作循环次数 5 105 N 3 起重机的工作级别 A5 二 结构的工作级别 1 应力状态 S2 2 名义应力谱系数 Ks 0 25 应力循环等级 N4 总应力循环次数 5 105 2 3 结构的工作级别 B4 三 机构的工作级别 1 载荷状态 起升机构 L2 回转机构 L3 变幅机构 L3 顶升机构 L2 2 利用等级 起升机构 T4 回转机构 T4 变幅机构 T3 顶升机构 T1 3 工作级别 山东建筑大学毕业设计说明书 8 起升机构 M5 回转机构 M5 变幅机构 M3 顶升机构 M1 总的设计寿命 h 50000 2 2 部件方案的确定 根据国内动臂塔机开放中反映出的问题 如结构选择 安全保护 设计技算等特 殊要求 进行了分析讨论 最终确定本次设计塔机型号为 QTD63 的动臂塔机的整机 方案 本次塔机设计总体方案确定的关键技术如下 1 起重臂的臂根铰接点后置回转中心 2m 动臂塔机由于臂架仰角为 15 83 无论是工作状态或非工作状态均需考虑 随仰角增大而变大的弯矩 这也是为什么动臂塔机塔身自身高度应按臂架长 度来确定的原因 非工作状态时塔身高度应满足以下条件 由于臂架自重产生的力矩尽可能小 使较短的平衡臂方向获得的后倾力矩 较大 以抵抗暴风侵袭 臂架仰角也不能过大 以尽量减小臂架的迎风高度 因此采用臂架臂根处后置 2m 既避免了仰角过大容易后倾又可使臂架自 重产生的力矩减小 2 起重臂臂架截面形式及材料 起重臂臂架截面形式采用三角形截面臂架 理由是 其自重轻 腹杆数量少 臂根与臂头节无需改变截面 更重要的原因在于三角形截面臂架形成的构造 偏心使轴向压力和臂架自重产生的的弯矩在某些幅度会抵消一部分 减小了 臂架的内力 动臂塔机的臂架主要受压 以结构稳定为主 刚度比强度影响更大 采用高 强度合金钢 如果热处理 焊接工艺不恰当 会造成应力集中 使其抗冲击 能力下降 另外还要考虑到塔机的生产成本 还有即使强度 刚度均可保证 山东建筑大学毕业设计说明书 9 臂架自重降低过多 在摸个特殊工况是有害的 根据以上分析动臂塔机的臂 架采用过高强度的材料是不合适的 因此选用 Q345 的碳素结构钢 3 A 形架及防倾覆装置 过去 A 形架的撑杆和拉杆向颈部收缩 前后两面均成三角形或梯形 其好 处是顶部的定滑轮组支撑轴或梁较短 但它产生了撑杆或拉杆的侧向水平 分力 杆端支座受力复杂 且增加制造成本 如果两侧的杆件均设计成平 衡 就会克服以上缺点 仔细分析还会发现两侧平行结构可减小 A 形架顶点垂直于臂架起升平面的 位移 有助于提高臂架的侧向稳定性 由于 A 形架顶部横向尺寸变宽 不会使顶部的起升和变幅钢丝绳与顶部结 构内侧干涉 擦碰 A 形架顶部横向尺寸变宽 后置的起重臂仰角变大时不会与 A 形架撑杆的 主弦内侧干涉 碰撞 图 2 1 防后倾装置 工作状态起重臂仰角较大时 强风从前方吹来 由于此时回转机构可能处 于制动状态 吊钩又是空载 变幅钢丝绳不能承受来自前方的推力 如果臂 山东建筑大学毕业设计说明书 10 架自重力矩如果小于前吹风产生的力矩 就会使臂架后倾而失去控制 当阵 风骤然停止时 臂架在自重作用下会反弹下坠 可能造成变幅拉杆或钢丝绳 受冲击载荷而断裂 因此各种正常的工作仰角下 自重力矩应超过风载力矩 否则应限制工作仰角 由此可以看出防后倾装置是非常重要的 4 固定平衡重 关于配重在变幅时是否要移动或摆动 目前欧洲塔机业已有定论 虽然移动 的配重可以抵消动臂产生的静载力矩的 20 但是采用移动配重需要额外的检 查及维护保养 成本高 并且研制费用也高 因此它是不必要的 增加的繁 琐 不安全因素几乎抵消了其调节塔顶力矩的好处 5 上转台与平衡臂的布置 简称回转平台 回转平台上布置 A 形架 臂根铰点支座 起升和变幅机构 平衡重 配电箱 等 其作用和位置与水平臂塔机的塔顶相同 目前动臂塔机回转平台的的支 撑方式主要有两种 1 回转上支座与回转平台合二为一或连接成一个整体 或者是回转平台铰接在三角支架上 三角支架在铰接在上转台上 并在回转 平台后部用撑杆支撑在上转台上 由于三角支架要承受全部回转转矩 避免 不了扭转产生的冲击载荷 而上转台则要承受交变的集中载荷 因此不如图 3 所示的结构传力直接简单 图 2 2 形支架式 山东建筑大学毕业设计说明书 11 图 2 3 该结构将平衡臂与上转台通过销轴连接为一体 还降低了回转支撑承受到的 风载荷力矩 另外上述结构的安装也比较繁琐 特别是回转平台与上转台间 的连杆制造比较复杂 对机械加工要求较高 也影响人员通过和回转机构的 安装拆卸 6 塔身标准节的连接采用销轴连接 塔身主要承受其以上起重臂 吊重 吊钩 平衡臂 A 形架 配重 上下转台 以及起升 回转和变幅三大机构等的自重以及塔机的吊重和以上各部分产生 的弯矩 塔身标准节的连接直接影响到塔机的整机稳定性 山东建筑大学毕业设计说明书 12 图 2 4 塔机示意图 因此塔身标准节的连接形式尤为重要 塔身标准节采用的连接方式主要有盖板螺栓联接 套柱螺栓联接 销轴联接 和瓦套法兰盘连接 其中应用最广的是盖板螺栓联接和套柱螺栓连接 其次 销轴联接 高强螺栓连接易造成应力分布不均 容易造成应力集中 高强螺 栓需要经常维护 且螺纹外牙和和内牙容易折断和磨损 造成塔机安全事故 高强螺栓连接时需要增加一定的预紧力 而且要不定期的维护检查螺栓是否 松动以保持塔机整体稳定 由此会增加塔机在使用过程中的成本和降低塔机 的安全性 而销轴连接制造简单 成本低 不需要进行经常的维护 且销轴 不会松动 因此销轴连接方式安全性更高 便于加工 成本低 因此本次设 计标准节间采用销轴连接而非高强螺栓连接 7 动臂自升式塔机可以采用的底架主要有 十字型底架 井字型底架和预埋支腿式 底架 预埋支腿式底架所用的混凝土材料较多 成本较高而且工程量大 十 字形底架的塔身危险断面在塔身的根部 这样对塔身的材料要求提高 带撑 山东建筑大学毕业设计说明书 13 杆的十字形底架由于塔身撑杆的位置塔身危险断面由塔身根部移动到撑杆的 上支撑面 同时塔身根部平面对底架的作用载荷得以减小 从而改善底架的 受力情况 节省所用的底架混凝土 但占地面积较大 井字形底架具有带支 撑的十字形底架的优点 而且可反复利用 降低成本 所以本次设计的动臂 自升式塔式起重机选择井字型底架 3 整体稳定性校核 以上为动臂塔机 QTD63 整体方案设计中的部分结构 具体各部件设计由小组成员 自行决定 3 1 钢筋混凝土基础的选择 高层建筑施工用地塔机 采用小车变幅水平臂架或动臂变幅臂架 幅度多在 50m 以上 无需移动作业范围即可覆盖整个施工范围 因此多采用钢筋混凝土基础 塔 机直接坐落在混凝土基础上 通过混凝土基础将整机支反力传给地基 保持塔机稳 定运行工作 钢筋混凝土基础有多种形式可以选择 对于有底架的固定自生塔机 可视工程 地质条件 周围环境及施工现场情况选用 X 形整体式钢筋混凝土基础 条块分隔式 钢筋混凝土基础 四个独立块体式钢筋混凝土基础 独立式大块体基础 井字形基 础 1 X 形整体基础 X 形整体基础的形状与平面尺寸大致与塔式起重机 X 形底架 相似 塔机的 X 形底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上 这种基础不仅起着 承上启下的作用将塔机的荷载传给地基 同时还发挥部分压重作用 保证塔机的稳 定性 2 条块分隔式钢筋混凝土基础 长方形基础由两条或 4 条并列平行的钢筋混 凝土低梁组成 其功能犹如两条钢筋混凝土的钢轨轨道基础 分别支承底架的 4 个 支座和由底架支座传上来的上部载荷 如果塔机安装在混凝土砌块人行道上 或是 安装在原有混凝土地面上 均可采用这种钢筋混呢凝土基础 3 四个独立块体式钢筋混凝土基础这种分块式钢筋混凝土基础由 4 个独立混 凝土块体组成 分别承受有底架结构传来的整机自重及荷载 钢筋混凝土块体构造 山东建筑大学毕业设计说明书 14 尺寸视塔机支反力大小及地耐力而定 由于基础仅承受底架传递的垂直力 故可作 为中心负荷独立柱基础处理 其优点是 构造比较简单 混凝土及钢筋用量都比较 少 造价便宜 4 独立式大块体基础 独立式大块体基础适用于无底架固定式自升式塔式起重 机 其构造特点是 塔式起重机的塔身结构通过塔身基础节 预埋塔身框架或预埋 塔身主角钢等固定在钢筋混凝土基础上 从而使塔身结构与混凝土基础连成一体 并将起重机上部载荷全部传递给地基 由于整体钢筋混凝土基础的体型尺寸是考虑 塔式起重机的最大支反力 地基承载力以及压重的需求而选定的 因而能确保塔式 起重机在最不利工况下均可安全工作 不会产生倾覆事故 5 井字形基础 井字形基础底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上 这种 基础不仅起着承上启下的作用将塔机的荷载传给地基 同时还发挥部分压重作用 保证塔机的稳定性 X 形整体式钢筋混凝土基础底架的塔身危险断面在塔身的根部 这样对塔身的 材料要求提高 带撑杆的 X 字形底架由于塔身撑杆的位置塔身危险断面由塔身根部 移动到撑杆的上支撑面 同时塔身根部平面对底架的作用载荷得以减小 从而改善 底架的受力情况 节省所用的底架混凝土 但占地面积较大 井字形底架具有带支 撑的十字形底架的优点 而且可反复利用 降低成本 所以本次设计的动臂自升式 塔式起重机选择井字型底架 山东建筑大学毕业设计说明书 15 3 2 钢筋混凝土基础的计算 3 2 1 计算理论 图 3 1 抗倾翻稳定性计算简图 1 固定式塔式起重机使用的混凝土基础的设计应满足抗倾翻稳定性和强度条件 混凝土基础的抗倾翻稳定性按公式 1 计算 1 3 地面压应力按公式 2 计算 2 2 3 式中 e 偏心距 即地面反力的合力至基础中心的距离 m M 作用在基础上的弯矩 N m Fv 作用在基础上的垂直载荷 N 作用在基础上的水平载荷 N Fg 混凝土基础的重力 N 地面计算压应力 b 混凝土基础的宽度 m h 混凝土的高度 m 山东建筑大学毕业设计说明书 16 地面许用压应力 由实地勘探和基础处理情况确定 一般取 2 105 3 105 2 计算时按以下四种工况验算 工况说明 1 基本稳定性工作状态 静态 无风 2 动态稳定性工作状态 动态 有风 3 暴风侵袭非工作状态 4 突然卸载工作状态 料斗卸载 3 每种工况的载荷系数 工况 自重载 荷 1 起升载 荷 2 惯性载 荷 3 风载荷 4 说明 11 500 21 31 01 0 风压 2 3001 2 风压 3 4 1 0 0 201 0 风压 2 3 2 2 15 固定式基础计算 基本数据见附表 1 3 2 2 1 工况一 基本稳定性 1 偏心距 e 的计算 1 混凝土基础的重量 b 5 2 h 1 3 山东建筑大学毕业设计说明书 17 混凝土基础的密度 2 32t 3 799215 9N 2 起升载荷 钢丝绳 2 吊钩 吊重 21210N 3 作用在基础上的垂直载荷 动臂 平衡臂 平衡重 变幅机构 配电箱 起升机构 上转台 下转台 塔身 2 281217 14N 4 作用在基础上的弯矩 M 2 35000 动臂 平衡臂 平衡重 变幅机构 配电箱 起升机构 上转台 1000 829692 8896N m 0 78m 2 地面压应力计算 1 方形基础 弯矩方向与基础边长平行 2 3 138167 0708 方形基础 弯矩沿基础对角线方向 图中 b a 2 2 当 ac0 时 见图 3 2 1 1 山东建筑大学毕业设计说明书 18 图 3 2 根据力平衡和力矩平衡的原则 得出公式 02 2 e c 02 2 两个公式联合求解得到 4 2 4 2 3 4 3 2 3 2 3 3 G 解得 C 3 097m 77k q 山东建筑大学毕业设计说明书 19 基础底面离开基土的面积 S S 0 4739 1 2 1 4 0 677 2 基础面积 A A bb 13 52 1 2 2 SA 图 3 3 根据力平衡和力矩平衡原则 得出公式 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 两个公式联合求解得 1 6 2 3 6 2 3 山东建筑大学毕业设计说明书 20 根据三角形相似原理 求得 2 6 解得 1 3843 79 32026 5 3 082 与相矛盾 故此种情况不成立 综上 1 2 说明 当弯矩方向与基础边线夹角为 45 时满足稳定性要求 3 2 2 2 工况二 动态稳定性 1 计算偏心距 e 1 系数 起升载荷系数 1 35 2 2 风载荷系数 1 0 3 3 2 起升载荷 钢丝绳 2 吊钩 吊重 21210N 3 作用在基础上的水平载荷 动臂风 平衡臂风 平衡重风 变幅机构风 配电箱风 起升机构风 上转台风 下转台风 塔身风 15100 174N 4 作用在基础上的弯矩 M 2 35000 动臂 平衡臂 平衡重 变幅机构 配电箱 起升机构 上转台 1000 732101 369 N m 0 7m 山东建筑大学毕业设计说明书 21 2 计算地面压应力 1 方形基础 弯矩与基础边长平行 2 3 137759 1862 2 方形基础 弯矩沿对角线方向 当 ac0 时 见图 3 4 1 图 3 4 根据力平衡和力矩平衡的原则 得出公式 02 2 e c 02 2 两个公式联合求解得到 4 2 4 2 3 4 3 2 3 2 3 3 G 解得 c 3 35m 79k 山东建筑大学毕业设计说明书 22 基础底面离开基土的面积 S 0 1875 1 2 0 85 3 677 3 35 2 基础底面积 A bb 13 52 1 2 2 S 故基础稳定性满足要求 根据力平衡和力矩平衡原则 得出公式 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 两个公式联合求解得 1 6 2 3 6 2 3 根据三角形相似原理 求得 2 6 图 3 5 山东建筑大学毕业设计说明书 23 解得 1998 37 1 30097 9 3 22m 与相矛盾 故当时不满足稳定性要求 综上 1 2 说明 当弯矩方向与基础边线夹角为 45 时满足稳定性要求 3 2 2 3 工况三 暴风侵袭 1 比较回转中心左侧 右侧迎风面积 在非工作状态 若动臂能够随风转 则暴风将吹平衡臂 则可减少迎风面积 防 止塔机倾翻 故工况三应选择较大的动臂角度 选取 60 作为校核角度 系数 2 风载荷系数 1 2 3 3 风压风压 3 3 1100 计算回转中心左侧风载荷 3 回转中心左侧迎风面积 左 动臂左侧迎风面积1 3 2 上转台左侧迎风面积 1 5859 2 平衡臂迎风面积1 488 2 变幅机构迎风面积0 7 2 配电箱迎风面积0 4 2 平衡重迎风面积1 959 2 起升机构迎风面积0 7 2 8 1329 左 2 计算回转中心右侧迎风面积 4 回转中心右侧迎风面积 右 动臂右侧迎风面积7 54 2 上转台右侧迎风面积0 7268 2 8 2668 右 2 比较 5 山东建筑大学毕业设计说明书 24 回转中心左侧风载荷 回转左风 回转左风 左 3 3 10735 428N 回转右风 右 3 3 10912 176N 回转左风 山东建筑大学毕业设计说明书 26 图 3 7 根据力平衡和力矩平衡原则 得出公式 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 两个公式联合求解得 1 6 2 3 6 2 3 根据三角形相似原理 求得 2 6 解得 1 17595 10309 2 71 因为 c 不满足要求 故当时不满足要求 山东建筑大学毕业设计说明书 27 3 2 2 4 工况四 突然卸载 1 计算偏心距 e 突然卸载时 塔机有后倾的趋势 当 83 时后倾力矩最大 故选取 83 作为验 算突然卸载稳定性 基本数据 1 见附表 2 系数 2 起升载荷系数 0 2 2 2 风载荷系数 1 3 3 起升载荷 3 钢丝绳 2 吊钩 吊重 60892 78N 作用在基础上的垂直载荷 4 动臂 平衡臂 平衡重 变幅机构 配电箱 起升机构 上转台 下转台 塔身 1 2 297538 82N 作用在基础上的水平载荷 5 动臂风 平衡臂风 平衡重风 变幅机构风 配电箱风 起升机构风 上转台风 下转台风 塔身风 14973N 作用在基础上的弯矩 M 6 1 2 35000 动臂 平衡臂 平衡重 变幅机构 配电箱 起升机构 上转台 1000 1084688 N m 偏心距 e 7 山东建筑大学毕业设计说明书 28 1 0m 2 地面压应力计算 方向基础 弯矩方向与基础边长平行 1 2 3 140333 6379 方形基础 弯矩沿基础对角线方向 图中 b a 2 2 当 ac0 时 见图 3 8 1 根据力平衡和力矩平衡的原则 得出公式 02 2 e c 02 2 两个公式联合求解得到 4 2 4 2 3 4 3 2 3 2 3 3 G 山东建筑大学毕业设计说明书 29 图 3 8 解得 1 482m 109K 因为 故基础满足稳定性要求 0 当 ca 时 见图 3 9 2 山东建筑大学毕业设计说明书 30 图 3 9 根据力平衡和力矩平衡原则 得出公式 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 02 1 1 2 2 2 2 1 1 2 两个公式联合求解得 1 6 2 3 6 2 3 根据三角形相似原理 求得 2 6 解得 1 2 64 37 7 2 25 因为与相矛盾 故当时稳定性不满足要求 2 25 山东建筑大学毕业设计说明书 31 山东建筑大学毕业设计说明书 32 附表一 15 2T 载荷 构建名称载荷形式载荷大小距离形式距离 mm 弯矩 N mm 自重载荷21560回转中心16669359383640 动臂 风载荷3522塔身底部42586149987892 自重载荷8960 14回转中心5467 548989565 45 平衡臂 风载荷470 6塔身底部37248 7517529261 75 自重载荷49000回转中心7638374262000 平衡重 风载荷587 7塔身底部3690621689656 2 自重载荷25480回转中心5538141108240 变幅机构 风载荷210塔身底部376077897470 自重载荷1470回转中心42006174000 配电箱 风载荷120塔身底部378574542840 自重载荷17640回转中心313855354320 起升机构 风载荷210塔身底部378467947660 自重载荷24885回转中心132532972625 上转台 风载荷693 84塔身底部3710025741464 自重载荷11760回转中心00 下转台 风载荷234 654塔身底部36461 528555841 514 自重载荷88200 塔身 风载荷8924 78塔身底部18000160646040 钢丝绳自重载荷876回转中心3500030660000 吊钩自重载荷1470回转中心3500051450000 吊重自重载荷19600回转中心35000686000000 山东建筑大学毕业设计说明书 33 附表二 83 6T 载荷 构建名称载荷形式载荷大小距离形式距离 mm 弯矩 N mm 自重载荷 21560 回转中心 200043120000 动臂 风载荷 3522 塔身底部 42586149987892 自重载荷 8960 14 回转中心 5467 548989565 45 平衡臂 风载荷 470 6 塔身底部 37248 7517529261 75 自重载荷 49000 回转中心 7638374262000 平衡重 风载荷 587 7 塔身底部 3690621689656 2 自重载荷 25480 回转中心 5538141108240 变幅机构 风载荷 210 塔身底部 376077897470 自重载荷 1470 回转中心 42006174000 配电箱 风载荷 120 塔身底部 378574542840 自重载荷 17640 回转中心 313855354320 起升机构 风载荷 210 塔身底部 378467947660 自重载荷 24885 回转中心 132532972625 上转台 风载荷 693 84 塔身底部 3710025741464 自重载荷 11760 回转中心 00 下转台 风载荷 234 654 塔身底部 36461 528555841 514 自重载荷 88200 塔身 风载荷 8924 78 塔身底部 18000160646040 钢丝绳自重载荷 919 2 回转中心 3500032172000 吊钩自重载荷 1470 回转中心 3500051450000 山东建筑大学毕业设计说明书 34 吊重自重载荷 58800 回转中心 350002058000000 4 起重臂的稳定性计算 4 1 起重臂材料的选择与截面特性的计算 主肢为 70 70 6 的方钢 材料为 Q345 腹杆为 50 4 的圆管材料为 Q235 选取三个截面计算截面特性 截面一到臂端距离为 35300mm 截面二到臂端距离为 19150mm 截面三到臂端距离为 3050mm 截面一截面特性的计算 结果如下表所示 附表三 截面特性表 截面一 截面三角形 截面特性 名称数值单位 宽度 1000mm 高度 1000mm 臂端到截面 35300mm 臂节长度 6000mm 节距 1500mm 15 度 34097mm 距吊重处距离 71 度 11521mm 83 度 4302mm 上弦杆方钢 材料 Q345 名称数值单位 长度 6000mm 边长 70mm 边宽 70mm 厚度 6mm 面积 A 1443mm2 惯性矩 Ix 956792mm4 山东建筑大学毕业设计说明书 35 惯性矩 Iy 956792mm4 抗弯模量 Wx 27337mm3 抗弯模量 Wy 27337mm3 回转半径 rx 25 7 mm 回转半径 ry 25 7 mm 长细比 x 58 3 c 长细比 y 58 3 o 722 下弦杆方钢 材料 Q345 名称数值单位 长度 6000mm 边长 70mm 边宽 70mm 厚度 6mm 面积 A 1443mm2 惯性矩 Ix 956792mm4 惯性矩 Iy 956792mm4 抗弯模量 Wx 27337mm3 抗弯模量 Wy 27337mm3 回转半径 rx 25 7 mm 回转半径 ry 25 7 mm 长细比 x 58 3 c 长细比 y 58 3 c 0 722 水平腹杆钢管 材料 Q345 名称数值单位 长度 1000mm 山东建筑大学毕业设计说明书 36 外径 50mm 厚度 4mm 面积 A 578mm2 惯性矩 Ix 154051mm4 惯性矩 Iy 154051mm4 抗弯模量 Wx 6162mm3 抗弯模量 Wy 6162mm3 回转半径 rx 16 3mm 回转半径 ry 16 3mm 长细比 x 61 35 c 长细比 y 61 35 0 70 水平斜副杆钢管 材料 Q345 名称数值单位 长度 1803mm 外径 50mm 厚度 4mm 面积 A 578mm2 惯性矩 Ix 154051mm4 惯性矩 Iy 154051mm4 抗弯模量 Wx 6162mm3 抗弯模量 Wy 6162mm3 回转半径 rx 16 3mm 回转半径 ry 16 3mm 长细比 x 110 6 c 长细比 y 110 6 0 413 垂直斜副杆钢管 山东建筑大学毕业设计说明书 37 材料 Q345 名称数值单位 长度 1346mm 外径 50mm 厚度 4mm 面积 A 578mm2 惯性矩 Ix 154051mm4 惯性矩 Iy 154051mm4 抗弯模量 Wx 6162mm3 抗弯模量 Wy 6162mm3 回转半径 rx 16 3mm 回转半径 ry 16 3mm 长细比 x 82 58 c 长细比 y 82 58 0 562 整个截面材料特性 面积 A 4329mm2 h333 3 惯性矩 Ix 964870376mm4 惯性矩 Iy 724370376mm4 抗弯模量 Wx1 1375112 17 抗弯模量 Wx2 2619557 6 mm3 抗弯模量 Wy 1353963 3 mm3 回转半径 rx 472 1 mm 回转半径 ry 409 1 mm ux1 uy2 x12 7 y29 3 山东建筑大学毕业设计说明书 38 0 896 4 2 拉杆拉力计算 15 度时对起重臂进行受力分析 F 拉杆拉力 N F1 吊重 19600N F2 起重臂的支座反力 N G1 起重臂自重 22000N G2 吊钩自重 1500N G3 钢丝绳自重 1128 96N 15 度时 吊重两吨 起重臂受力平衡 在起升平面内 根据受力情况知 起重 臂臂根所受弯矩为零 F sin11 78 38701 F cos11 78 333 3 G1 18497 5 F1 1 1 G2 G3 36 995 得 F 158869 2795N 71 度时对起重臂进行受力分析 山东建筑大学毕业设计说明书 39 F 拉杆拉力 N F1 吊重 58800N F2 起重臂的支座反力 N G1 起重臂自重 22000N G2 吊钩自重 1500N G3 钢丝绳自重 1747 3N 71 度时 吊重六吨 起重臂受力平衡 在起升平面内 根据受力情况知 起重 臂臂根所受弯矩为零 F sin10 46 39151 F cos10 46 333 3 G1 6250 F1 1 1 G2 G3 12500 得 F 134265 9536N 83 度时对起重臂进行受力分析 F 拉杆拉力 N 山东建筑大学毕业设计说明书 40 F1 吊重 58800N F2 起重臂的支座反力 N G1 起重臂自重 22000N G2 吊钩自重 1500N G3 钢丝绳自重 1789 92N 83 度时 吊重六吨 起重臂受力平衡 在起升平面内 根据受力情况知 起重 臂臂根所受弯矩为零 F sin8 01 40370 F cos8 01 333 3 G1 2334 F1 1 1 G2 G3 4668 得 F 62468 50098 注 回转与起升时的拉杆拉力略有差距 详见计算表 根据受力分析 对起重臂的三个角度 15 度 71 度 83 度 各三个截面 截面一 距臂根 3000mm 截面二距臂根 19150mm 截面三距臂根 36000mm 进行校核 4 3 起重臂自重引起的载荷计算 起重臂第一节自重 3446N 起重臂第二节自重 3446N 起重臂第三节自重 3446N 起 重臂第四节自重 3446N 起重臂第五节自重 3446N 起重臂第六节自重 3446N 起重臂第 七节自重 1321N 15 度时起重臂自重产生的载荷 自重对截面一的弯矩 W1 1321 34150 3446 30000 3446 24000 3446 18000 3446 12000 3446 6000 cos15 343138051 7N mm 自重对截面二的弯矩 W2 1321 18000 3446 13850 3446 7850 3446 1850 cos15 101353142 7N mm 自重对截面三的弯矩 W3 1321 1900 cos15 2424312 41N mm 71 度时起重臂自重产生的载荷 自重对截面一的弯矩 W1 1321 34150 3446 30000 3446 24000 3446 18000 3446 12000 3446 6000 cos71 115670100N mm 山东建筑大学毕业设计说明书 41 自重对截面二的弯矩 W2 1321 18000 3446 13850 3446 7850 3446 1850 cos71 34165631 28N mm 自重对截面三的弯矩 W3 1321 1900 cos71 817223 44N mm 83 度时起重臂自重产生的载荷 自重对截面一的弯矩 W1 1321 34150 3446 30000 3446 24000 3446 18000 3446 12000 3446 6000 cos83 43305237 09N mm 自重对截面二的弯矩 W2 1321 18000 3446 13850 3446 7850 3446 1850 cos83 12791125 47N mm 自重对截面三的弯矩 W3 1321 1900 cos83 305956 81N mm 附表四 起重臂自重产生的载荷 15 度起重臂自重产生的载荷 系数截面一截面处截面二截面处截面三截面处 弯矩 M N mm 343138051 7101353142 72424312 41 自重产生的垂直力 N 2027410998 516671321 71 度起重臂自重产生的载荷 系数截面一截面处截面二截面处截面三截面处 弯矩 M N mm 11567010034165631 28817223 44 自重产生的垂直力 N 2027410998 516671321 83 度起重臂自重产生的载荷 系数截面一截面处截面二截面处截面三截面处 弯矩 M N mm 43305237 0912791125 47305956 81 自重产生的垂直力 N 2027410998 516671321 4 4 风载荷计算 风载荷在回转平面内 所以起重臂起升角度大小对风载荷产生的弯矩大小没有 山东建筑大学毕业设计说明书 42 影响 风载荷大小计算 FW CW PW A FW 作用在塔式起重机和物品上的风载荷 N CW 风力系数 1 3 1 25 P 计算风压 pa A 垂直于风向的迎风面积 第一节迎风面积 1278900mm 第二节迎风面积 1378400 mm 第三节迎风面积 1378400 mm 第四节迎风面积 1378400 mm 第五节迎风 面积 1378400 mm 第六节迎风面积 1378400 mm 第七节迎风面积 498900 mm 风载荷大小 第一节 519 553125N 第二节 559 975N 第三节 559 975N 第四节 559 975N 第五节 559 975N 第六节 559 975N 第七节 202 678125N 风载荷对截面一产生的弯矩 W1 202 68 34150 559 98 30000 559 98 24000 559 98 18000 559 98 12000 559 98 6000 519 55 2 1500 57708872 81N mm 风载荷对截面二产生的弯矩 W2 202 68 13850 559 98 7850 559 98 1850 559 98 4 85 6 2425 16897331 41N mm 风载荷对截面三产生的弯矩 W3 202 68 1900 385088 4375N mm 附表五 起重臂风载荷 风载荷 工作状态风压单肢长度迎风面积风载荷 N 平均风载荷 N mm 名称风力系数 pammmm2 工作状态工作状态 起重臂第一节 1 62525060001278900519 5531250 086592188 起重臂第二节 1 62525060001378400559 9750 093329167 起重臂第三节 1 62525060001378400559 9750 093329167 起重臂第四节 1 62525060001378400559 9750 093329167 起重臂第五节 1 62525060001378400559 9750 093329167 起重臂第六节 1 62525060001378400559 9750 093329167 山东建筑大学毕业设计说明书 43 起重臂第七节 1 6252502300498900202 6781250 088120924 整体平均 3830086698003522 106250 091960999 起重臂风载荷产生的弯矩 N mm 名称截面一截面处截面二截面处截面三截面处 弯矩 M N mm 57708872 8116897331 41385088 4375 风载荷产生的水平力 N 3262 3296881775 274583202 678125 4 5 起升时拉杆拉力产生的弯矩 15 度时拉杆拉力产生的弯矩 起重臂 15 度时拉杆角度 11 78 度 拉杆拉力 1588 69 2795 距截面一距离 35701 距截面二距离 19551 距截面三距离 3451 15 度时拉杆拉力对截面一产生的弯矩 W1 158869 2795 sin11 78 35701 115792 1041 15 度时拉杆拉力对截面二产生的弯矩 W2 158869 2795 sin11 78 19551 634114 289 9 15 度时拉杆拉力对截面三产生的弯矩 W3 158869 2795 sin11 78 3451 1119292 32 71 度时拉杆拉力产生的弯矩 起重臂 71 度时拉杆角度 10 46 度 拉杆拉力 134 265 9536 距截面一距离 36150 距截面二距离