平衡臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算

1、平衡臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1平衡臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡臂是用來(lái)擱置平衡重、起升機(jī)構(gòu)、電控柜等設(shè)施用的，它是由工字鋼、槽鋼、防鋼管或角鋼組焊而成的平面框架，其上設(shè)有走道和防護(hù)欄桿，便于人員在上面進(jìn)行安裝和檢修作業(yè)。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的平衡臂相對(duì)較大，約為起重臂長(zhǎng)的1/4左右，前臂分為前后兩節(jié)，節(jié)間用銷(xiāo)軸連接，其根部由銷(xiāo)軸與回轉(zhuǎn)塔身相連 接，尾部通過(guò)平衡拉桿與塔頂相連接。平衡重?cái)R置在尾部，起升機(jī)構(gòu)也靠后方布置，電控柜靠前方布置，這樣布置平衡效果最好，而且便于檢查、維護(hù)和管理。平衡臂的載荷是固定不變的，故其結(jié)構(gòu)計(jì)算便于掌握計(jì)算，對(duì)于起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)動(dòng)載荷激振源，其激振頻率與平衡臂固有頻率相等或與平衡臂固有頻率

2、相接近也會(huì)產(chǎn)生共振。使塔機(jī)工作平穩(wěn)。當(dāng)遇到這樣的情況時(shí)，平衡臂的梁要加大，增加剛性，改變其固有頻率；縮短平衡臂長(zhǎng)度，也可改變固有頻率，但平衡重要增加；還有一個(gè)辦法，是在一節(jié)臂也設(shè)置一個(gè)輔助的拉桿支點(diǎn)，平衡拉桿在中間分叉總拉桿在分拉桿夾角平分線上，形成穩(wěn)定的雙吊點(diǎn)平衡拉桿。這種方法對(duì)改變固有頻率最有效。平衡臂結(jié)構(gòu)形式：上回轉(zhuǎn)塔機(jī)需配設(shè)平衡臂，其功能是支承平衡重（或稱(chēng)配重），支承平衡重用以構(gòu)成設(shè)計(jì)上所要求的作用方向與其中力矩方向相反的平衡力矩。在小車(chē)變幅水平臂架自升式塔機(jī)中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺(tái)，除平衡重外，還常在其尾部裝設(shè)起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一則可以發(fā)揮一部分

3、配種作用；二則增大鋼絲繩卷筒與塔尖導(dǎo)向輪之間的距離，以利鋼絲繩的排繞并避免發(fā)生亂繩現(xiàn)象。平衡臂有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：1）平面框架式平衡臂：有兩根槽鋼縱梁或有槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿組成。在框架的平面鋪有走道版，走道板兩旁設(shè)有防護(hù)欄桿。這種平衡臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易。2）三角形斷面桁架式平衡臂（正三角形斷面和側(cè)三角形斷面兩種）：此類(lèi)平衡臂的構(gòu)造與起重臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，但較為輕巧，適用于長(zhǎng)度較大的平衡臂。3）矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)平衡臂：根部與座在回轉(zhuǎn)塔架連接成一體，適用于小車(chē)變幅水平臂架特長(zhǎng)的超重型自升式塔機(jī)。平衡臂結(jié)構(gòu)形式的選用原則是：自重比較輕，加工制造簡(jiǎn)單，造型美觀與起重臂匹配得體。起重力矩不超

4、過(guò)1600。的自升式塔機(jī)，均以采用平面框架式平衡臂較為適宜。重型和超重型自升塔機(jī)，則可采用倒三角形或矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)的平衡臂。平衡臂的構(gòu)造設(shè)計(jì)必須保證所要求的平衡力矩得到滿(mǎn)足。短平衡臂優(yōu)點(diǎn)：便于保證塔機(jī)在狹窄的空間里進(jìn)行安裝架設(shè)和拆卸，適合在城市建筑密集地區(qū)承擔(dān)施工任務(wù)的塔機(jī)使用，不易受鄰近建筑物的干擾，結(jié)構(gòu)自重較輕。長(zhǎng)平衡臂的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以適當(dāng)減少平衡重的用量相應(yīng)的減輕塔身上部垂直載荷。根據(jù)以上分析，QTZ160型塔式起重機(jī)選用平面框架式平衡臂。有兩根槽鋼縱梁或有槽鋼焊成的箱形斷面組合梁和系桿組成。在框架的平面鋪有走道版，走道板兩旁設(shè)有防護(hù)欄桿。這種平衡臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易。塔機(jī)平衡臂承受

5、平衡臂拉桿、起升繩的拉力、風(fēng)載荷、起升機(jī)構(gòu)、平衡重、平衡臂自重及產(chǎn)生的慣性力。屬于雙向壓彎構(gòu)件。根據(jù)受力結(jié)構(gòu)要求，采用支肢為40a#槽鋼，綴條為雙層L75X6角鋼。圖4.1 平衡臂機(jī)構(gòu)示意圖4.2平衡臂計(jì)算4.2.1計(jì)算簡(jiǎn)圖及工況圖4.2 平衡臂計(jì)算簡(jiǎn)圖圖4.2中： 、：平衡重自重； :起升機(jī)構(gòu)重（3290kg）； :配電箱重（100kg）；:平衡重； T：拉索拉力； S：起升鋼絲繩拉力； ：平衡臂自重（4760kg）；：平衡重（2000kg）。計(jì)算工況：本塔式起重機(jī)平衡臂耳板位置的設(shè)計(jì)原則：無(wú)風(fēng)、靜止?fàn)顟B(tài)主肢應(yīng)力等于無(wú)風(fēng)、吊起最大起重量、靜止?fàn)顟B(tài)主肢的應(yīng)力。所以平衡重設(shè)計(jì)工況確定為空載、鋼絲

6、繩全部卷入、風(fēng)垂直吊臂吹。平衡重位置及拉桿確定工況一：滿(mǎn)載P=10t，高度為最大H=52m，鋼絲繩拉力：=px+（）x+3480=118480(N) =(N) (4.2a) :吊鉤組重（3480N）；：鋼絲繩重量(500N)；：起升機(jī)構(gòu)從卷筒到吊鉤的傳動(dòng)總效率；a:滑輪組倍率；：動(dòng)載系數(shù)；工況二：空鉤時(shí)，鋼絲繩全部卷入。 (4.2b)設(shè)工況一和工況二由平衡臂自重、；起升機(jī)構(gòu)重；配電箱重；平衡重；拉索拉力T；起升鋼絲繩拉力S；軸力分別為、和、。/根據(jù)平衡重位置的設(shè)計(jì)原則：（起升機(jī)構(gòu)出工況一和工況二的應(yīng)力相等）計(jì)算得： （N） (4.2c)拉索直徑： (4.2d)取 故選用mm的圓鋼（兩根拉索）：

7、平衡臂拉桿與平衡臂夾角；：起升繩與平衡臂夾角。4平衡臂穩(wěn)定性計(jì)算1.計(jì)算所需部分?jǐn)?shù)據(jù)： 平衡臂寬：1500mm；主肢40a+10封板；平衡臂根回轉(zhuǎn)中心距：1850/2+180=1105mm；最大額定起重量：P=10t；最小額定起重量：P=1.15t；回轉(zhuǎn)速度：0.87r/min；起、制動(dòng)時(shí)間：t=4s。主肢的截面形式為槽鋼封板已知：槽鋼型號(hào)40a# 封板型號(hào)5#槽鋼截面系數(shù)：、A (4.) (4b) (4.c) (4d)截面中腹桿截面形式：L756角鋼 (4e)平衡臂截面： 4載荷計(jì)算1）平衡臂自重： 平衡重均布載荷：2）風(fēng)力計(jì)算單位長(zhǎng)度上的風(fēng)力：3）回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的力矩計(jì)算：a.由風(fēng)力產(chǎn)生的0點(diǎn)

8、的力矩為： (4.)由起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取： 由配重產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：由平衡臂自重產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：由配電箱產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩為：回轉(zhuǎn)平面臂根總力矩： 回轉(zhuǎn)平面吊點(diǎn)處彎矩：4）在起升平面內(nèi)由橫向載荷引起的最大彎矩：a.由起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的最大彎矩：由表查得： (4b)b.有自重載荷在起升機(jī)構(gòu)處產(chǎn)生的最大彎矩： (4.c)5）計(jì)算、6）查表得7）計(jì)算歐拉臨界公式： (4d)8）計(jì)算橫向載荷彎矩系數(shù)： 9）計(jì)算吊點(diǎn)處彎矩： 10）計(jì)算端彎矩的不等折減系數(shù): 11）計(jì)算穩(wěn)定性 12）平衡臂單肢穩(wěn)定性驗(yàn)算：主肢40a+10封板： A=11025 查表得： 整體穩(wěn)定性和單肢穩(wěn)定性均合格。4.3 拉桿受力計(jì)算 =930MPa Mpa； Q235A =215MPa圓鋼材