塔吊的分析与改进1

1、塔吊的分析与改进同济大学浙江学院专业：机械设计制作及其自动化学生姓名：汤理梁学号：090813完成时间：2012年12月12日一、 上回转自升固定平臂式塔吊的分析与改进1二、 塔吊的分析1（一） 塔吊的基本结构1（二） 塔吊的原理6三、 塔吊的改进12（一） 旧式回转机构的适用性及存在的问题12（二） 调速机构的改进121、 上回转自升固定平臂式塔吊的分析与改进塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，以一节一节的接长（高），好像一个铁塔的形式，还叫塔式起重机，用来吊施工用得钢筋、木楞、脚手管等施工原材料的设备。具有回转半径大、提升高度高、操作简单、装卸容易等优点，是建筑工地普遍使用的一种起重机械

2、。2、 塔吊的分析（1） 塔吊的基本结构 塔机外型示意图见图，由金属结构部分、机械传动部分、电气系统和安全保护装置组成。电气系统由电动机、控制系统、照明系统组成。通过操作控制开关完成重物升降、塔臂回转和小车行走操作。图 塔式起重机整体结构图1-固定基础；2-固定支腿；3-附着装置；4-顶升机构；5-下支座；6-上支座；7-回转机构；8-回转塔身；9-司机室；10-变幅机构；11-载重小车；12-吊钩；13-起重臂；14-起重臂拉杆；15-塔顶；16-平衡臂拉杆；17-平衡臂；18-平衡重；19-起升机构；20-电控柜；21-塔身一般来说塔吊按各部分的功能可以分为：机座、塔身、顶升机构、回转机构

3、、起升机构、平衡臂、塔臂、行走小车、变幅、驾驶室、塔顶等部分。 （1）机座是最底下用来固定和支撑整个塔机的部分；（2）塔身是塔机身子，也是升高的部分；（3）顶升部分是使得塔机可以升高；（4）回转机构是保持塔机上半身可以水平旋转的；（5）起升机构用来将重物提升起来的；（6）塔臂一般就是提升重物的受力部分；（7）平衡臂架是保持力矩平衡的；（8）行走小车是用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，也是直接受力部分；（9）变幅是使得小车沿轨道运行的；（10）司机室是操作的地方；（11）塔顶当然是用来保持臂架受力平衡的； 塔吊的牵引机构与起升机构起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构，是以间歇，重复工作方式，

4、将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。主要安装在塔式起重机的起重臂上。其主要组成部分有：电机、变速箱、制动器、卷筒、底架、轴承座和安全装置等。塔吊的回转机构QTZ系列塔机的回转机构的机构安装形式如图1。其回转支承的外齿圈用螺栓固装在塔机的下支座上，不转动，支承的内圈用螺栓固装在塔机的上支座上，可转动。塔机的回转机构安装在上支座上，并将它的输出小齿轮与回转支承的外齿圈装配成齿轮或齿轮副。当回转机构动力传到小齿轮上时，它就绕着支承外齿圈转动，并带动装在塔机上支座的支承内圈绕其滚道旋转，从而达到装在上支座的塔机上部回转的目的。回转机构的

5、安装是把回转支承齿轮副的侧隙及接触斑点按设计要求调整合格后，再将回转机构用连接板或安装座焊牢在上支座上。拆换时回转机构可直接从连接板或安装座上拆下。塔机回转支承齿轮副是以小齿轮围绕着大齿圈滚动的开式传动齿轮副形式，属于低速（V<2m/s），重载，且频繁正反转的齿轮传动。塔吊的加节在塔身的最上一节普通节上套装了一节“爬升节”，爬升节的长度大于普通节很多，周围的尺寸也刚好大于普通节。就好象戴帽子一样套在普通节上。爬升节的液压顶可以顶住普通节将自己升高。当升高的高度是普通节的长度时，爬升节还套在塔身上。爬升节有一面没有斜拉杆，象门洞一样。这时塔吊吊起一节普通节从门洞里塞进去就可以安装在塔身上了

6、。然后爬升节就落到新的第一节普通节上，并把液压腿收回，这就完成升高一节的高度了。继续升高就是重复上面的操作了。如此塔吊就可以一直往上升高。（2） 塔吊的原理塔吊的原理是利用了平衡原理一边是起重臂，上面有变幅小车可以在起重臂上来回移动，用来吊重。一边是平衡臂，装上配重，来平衡塔吊的弯矩，防止塔吊倾覆。下面以QTZ80型塔式起重机为例，对电气控制原理进行分析。1. 主回路部分图QTZ80塔式起重机电气主线路2. 控制线路总起动部分3. 小车行走控制小车行走控制线路见图，操作小车控制开关SA3, 可控制小车以高、中、低三种速度向前、向后行进。图3 小车行走控制线路控制原理如下：1、小车行走控制 2、

7、线路保护（1）终点极限保护：当小车前进（后退）到终点时，终点极限开关4SQ1(4SQ2)断开，控制线路中前进（后退）支路被切断，小车停止行进。（2）临近终点减速保护：当小车行走临近终点时，限位开关4SQ3、4SQ4断开,中间继电器4KA1失电，中速支路、高速支路同时被切断，低速支路接通，电动机低速运转。（3）力矩超限保护：力矩超限保护接触器1KM2常开触头接入向前支路，当力矩超限时，1KM2失电，向前支路被切断，小车只能向后行进。4. 塔臂回转控制塔臂回转控制线路见图，操作回转控制开关SA2 , 可控制塔臂以高、中、低三种速度向左、向右旋转。控制原理如下：、右（左）回转控制 、 制动器控制 图

8、 塔臂回转控制线路、线路保护（）回转角度限位保护：当向右（左）旋转到极限角度时，限位器3SQ1（3SQ2）动作，3KM2（3KM3）失电，回转电动机停转，只能做反向旋转操作；（）回转角度临界减速保护：当向右（左）旋转接近极限角度时，减速限位开关3SQ3（3SQ4）动作断开，3KA1、3KM5、3KM6、3KM7失电，3KM4得电，回转电动机低速运行。5. 起升控制操作起升控制开关SA1分别置于不同档位，可用低、中、高三种速度起吊。起升控制线路如图 所示，为了便于分析电气控制过程，现将提升状态五个档位对应控制线路分解叙述，见图。 起升控制线路、控制开关拨至上升第档，S1 S3闭合，控制线路分解为

9、图。接触器2KM1得电、力矩限制接触器1KM2触头处于闭合状态，2KM3得电使低速支路长开触头闭合，2KM6、2KM5相继得电，对应主线路2KM6闭合，转子电阻全部接入，2KM1闭合，转子电压加在液压制动器电机M2上使之处于半制动状态，2KM5闭合，滑环电动机M3定子绕组8级接法, 2KM3闭合，电动机得电低速正转（上升）。通过线间变压器201抽头110伏交流电经2KM1触头再经75号线接入桥堆，涡流制动器起动。图起升档控制线路分解图、当控制开关拨至第档，S2、S3、S7闭合，S1断开使2KM1失电，制动器支路2KM1常闭触头复位。S2闭合使2KM2得电，S3闭合使2KM3继续得电，控制线路分

10、解为图。主电路2KM1断开2KM2闭合使三相交流电直接加在液压制动器电机M2上，制动器完全松开。S7闭合使涡流制动器继续保持制动状态，2KM5、2KM6依然闭合，电动机仍为级接法低速正转（上升）。、当控制开关拨至第档，S2、S3闭合，除S7断开使涡流制动器断电松开而外，电路状态与档一样。图起升、控制线路分解图、当控制开关拨至第档，S2、S3、S6闭合，S6闭合使2KM9得电，时间继电器2KT1得电，触头延时闭合使2KM10得电继而使时间继电器2KT2得电。主电路电动机转子因2KM9和2KM10相继闭合使电阻R1、R2先后被短接，使电动机得到两次加速。中间继电器控制支路触头2KT2延时闭合，为下

11、一步改变电动机定子绕组接法高速运转做好准备.。见图。图起升档控制线路分解图、当控制开关拨至第档，S2、S3、S5、S6闭合，S5闭合使中间继电器2KA1得电自锁（触头2KM5在档时完成闭合），其常闭触头动作切断低速支路，2KM5失电，常闭触头复位接通高速支路，接触器2KM8、2KM7相继得电，见图。主回路转子电阻继续被短接，触头2KM5断开、2KM8闭合，电动机定子绕组接为级，触头2KM7闭合，电动机高速运转。图起升档控制线路分解图、线路保护，提升控制线路中设有力矩超限保护2SQ1、提升高度限位保护2SQ2、高速限重保护2SQ3，保护原理如下：力矩超限保护，力矩超限时2SQ1动作，切断提升线路

12、，2KM3失电，提升动作停止。同时总电源控制线路中单独设置的力矩保护接触器常开触头1KM2 再次提供了力矩保护。高度限位保护，当提升高度超限，高度限位保护开关2SQ2动作，提升线路切断，2KM3失电，提升动作停止。高速限重保护,当控制开关在第档，定子绕组级接法，转子电阻短接，电动机高速运转，若起重量超过吨时，超重开关2SQ3动作，2KA1失电，2KM7、2KM8相继失电，2KM6、2KM5相继得电，电动机定子绕组由级接法变为级接法，转子电阻R1、R2 接入 ，电动机低速运转。提升控制线路中接有瞬间动作限流保护器FA常闭触头，当电动机定子电流超过额定电流时FA动作，切断提升控制线路中相关控制器件

13、电源，电动机停止运转。如遇突然停电，液压制动器M2失电对提升电动机制动，避免起吊物体荷重下降。3、 塔吊的改进（1） 旧式回转机构的适用性及存在的问题图2为旧式塔机回转机构的常见传动形式，其组成为：双速电机1+液力耦合器2+制动器3+摆线针轮减速器4+回转支承齿轮副5。这种结构形式存在的问题：1） 摆线针轮减速器抗冲击性能差，过载能力低，输出端的悬臂结构设计不合理，漏油严重，低速级摆线轮易损坏，甚至出现减速器下端轴承和壳体破损的严重故障，润滑油泵电机容易受潮烧毁。2） 该形式采用带式制动器，由交流电磁铁加力，通过杠杆增力后，带动制动带，将减速器轴制动，但由于反映到制动带上的动作行程很小，制动带

14、弯度大，弹性差，接触状况不理想，制动力矩难以满足要求，可靠性差，尤其在北方风沙地区及沿海风力较大地区，制动问题相当突出。起、制动不平稳，惯性冲击大。制动电磁铁易因过热或受潮而烧毁。3） 没有停车就位功能，停车就位时，司机凭借经验在就位前提前断电，靠摩擦阻力矩的作用，使其减速，以实现平稳就位。实际上，就位非常困难，常常只能靠“打反车”来实现定位，加剧了冲击和摆动。4） 调速性差，难以调速。（2） 调速机构的改进 由于上述旧式回转机构在施工现场中最大面广，但因其在设计和技术性能上的先天不足，质量和设备事故时有发生，影响了现场施工进度和企业经济效益，因此，对其进行技术改造，改善其技术性能，使其在安全

15、可靠、性能稳定的条件下工作时施工现场对这类塔机的迫切要求。由于旧式回转机构在减速器、制动器、电机调速性能等方面都存在一定的问题，因此，在充分调研论证的基础上，我们认为研制新的回转机构，选用其他形式的减速器，是从根本上完善回转机构性能的有效途径。 新的回转机构采用了如下的传动形式。图3的回转传动形式组成如下： 带涡流制动器的绕线转子三相异步电机1+液力耦合器2+盘式制动器3+行星传动减速器4+回转支承齿轮副5。它具有如下特点：1） 行星减速器是由定点厂家为塔机专门设计生产的，输出端按塔机臂结构专门设计，采用滚锥轴承，双层骨架式油封，大直径输出轴，与输出小齿轮花键联接，克服了前述其他减速器输出端经

16、常出现的多种缺陷。2） 减速器内部的齿轮是经淬火磨削的高强度硬齿面齿轮，输出小齿轮及回转支承大齿轮都经表面淬火，所以传动功率大，承载能力强，抗冲击性能好，适合塔机回转机构正反转冲击频繁的工况。而且其效率高，噪音小，使用可靠，寿命长。3） 调速电机与液力耦合器匹配，具有调速和吸收冲击的功能，回转平稳。 本形式所选用的电机为涡流制动绕线式转子三相异步电机，是一种新型的调速电机。由YZR系列电动机和感应涡流制动器组成，涡流制动器的电枢与电机同轴旋转，当励磁绕组通入直流电时，涡流制动器产生的力矩与电机力矩相反，起到制动作用，使电动转速降低，通过调节涡流制动器励磁电流大小，即可达到调节电机转速的目的，由

17、于涡流线圈为感抗负载，电流电压不能突变，加上吊臂运行的惯性效应使起动调速过程产生积分效应（相当于无级调速），使整个回转过程平滑加速，对钢结构无冲击现象。其调速范围可从电机的额定转速调到同步转速的1/51/10，由于电机调速性能改善，从而可使回转在很低速度下启动，克服静态阻力，再切除电阻，逐步加速，因此，降低了回转加速，最低可达=0.001，使惯性力矩大大减少起动运转平稳。 4）采用涡流制动电机，还能使回转实现平稳制动，以利实现准确停车就位，无冲击。 塔机停止就位时，在回转电机断电后，由于强大的回转惯性力矩，塔机将继续滑行，不利于工作时就位，不利于工作时就位。在此时将电机前端的涡流制动器加入大小

18、适当的涡流，形成一阻力矩，便可以抵消部分惯性力矩的作用，缩短滑行时间，从而准确就位。 5）用盘式制动器取代带式制动器，可实现塔机上回转部分的准确定位，防止大臂在需要可靠定位时被风力吹动，如塔机顶升状态。 盘式制动器的工作原理参见图4，由摩擦盘、圆盘、制动盘、制动电磁铁、衔铁、弹簧等组成。需要制动时，电磁铁接电，衔铁被吸合，并通过螺杆带动圆盘将摩擦盘压紧在制动盘上，实现摩擦制动。电磁铁断电，则依靠弹簧力使圆盘松开，制动解除。其结构紧凑，制动可靠，产生的制动力矩大小可通过改变制动线圈励磁电流的大小而方便调节。饺带式制动器具有明显优势。 6）电气控制系统安全可靠塔机的回转运动，电机的涡流制动、以及盘式制动均通过电气实现互锁。盘式制