塔吊安裝、拆除專項(xiàng)施工方案及塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)-本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

呂振偉：6噸塔式起重機(jī)變幅小車(chē)及起升吊鉤設(shè)計(jì)第頁(yè)共36頁(yè)塔吊基礎(chǔ)專項(xiàng)安全設(shè)計(jì)方案一、工程概況：工程位于本工程由1#∽6#樓及一整體地下室組成。地下室一層，1、2、3#樓高13層，建筑高度39.7米，4、5、6#樓為18層，建筑高度為52.4米，1#樓建筑面積為6380.48㎡,2#樓建筑面積為8490.94㎡,3#樓建筑面積為8460.92㎡,4#樓建筑面積為8801.46㎡,5#樓建筑面積為13086.63㎡,6#樓建筑面積為9530.73㎡,總建筑面積為72841.35㎡。建筑主要功能：地下室為汽車(chē)庫(kù)，主體結(jié)構(gòu)均為住宅用房。本工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，地下室建筑耐火等級(jí)為一級(jí)，其余為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度6度。參建責(zé)任主體單位：建設(shè)單位：設(shè)計(jì)單位：勘察單位：監(jiān)理單位：施工單位：二、施工現(xiàn)場(chǎng)條件該場(chǎng)地地形基本較平坦，除工程南側(cè)為已建的農(nóng)居點(diǎn)外，附近無(wú)其它原有建筑物和構(gòu)筑物，工程北側(cè)為已建綠化帶，南側(cè)為在建的天荷路，西側(cè)為已建雨荷路，場(chǎng)地周?chē)^空闊。三、編制依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)和安全生產(chǎn)管理專項(xiàng)方案巖土工程勘察報(bào)告QTZ63C（5510）塔式起重機(jī)使用說(shuō)明書(shū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范四、塔吊的選用和布置1、塔吊選擇：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和地下室結(jié)構(gòu)以及上部幢號(hào)平面分布情況，決定安裝4臺(tái)QTZ63（5510）型塔式起重機(jī)。塔機(jī)最大安裝高度：1#、2#塔機(jī)最大獨(dú)立自由高度為68米，3#、4#塔機(jī)最大獨(dú)立自由高度為54米。但為了考慮群塔使用安全，避免塔臂碰撞，4臺(tái)塔吊初始安裝高度依次降低錯(cuò)開(kāi)一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度。2、塔吊的布置：1#塔吊設(shè)在（D-4）～（D-5）軸和（D-U）～（D-V）軸之間。2#塔吊設(shè)在（D-15）～（D-16）軸和（D-T）～（D-U）軸之間。3#塔吊設(shè)在（D-17）～（D-18）軸和（D-F）～（D-E）軸之間。4#塔吊設(shè)在（D-4）～（D-5）軸和（D-H）～（D-G）軸之間。塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)布置不得與地下室基礎(chǔ)承臺(tái)、地梁、集水坑等碰頭，塔基承臺(tái)面標(biāo)高與地下室筏板底平。五、塔吊樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及計(jì)算書(shū)1、塔吊的基本參數(shù)信息塔吊型號(hào)：QTZ63，塔吊起升高度H：68.000m，塔身寬度B：2.5m，基礎(chǔ)埋深D：1.500m，自重F1：450.8kN，基礎(chǔ)承臺(tái)厚度Hc：1.350m，最大起重荷載F2：60kN，基礎(chǔ)承臺(tái)寬度Bc：4.500m，樁鋼筋級(jí)別:HRB335，樁直徑或者方樁邊長(zhǎng)：0.600m，樁間距a：2.9m，承臺(tái)箍筋間距S：200.000mm，承臺(tái)混凝土的保護(hù)層厚度：50mm，承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C30；2、塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)頂面的豎向力和彎矩計(jì)算塔吊自重（包括壓重）F1=450.80kN；塔吊最大起重荷載F2=60.00kN；作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力Fk=F1+F2=510.80kN；2.1、塔吊風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）中風(fēng)荷載體型系數(shù)：地處浙江杭州市，基本風(fēng)壓為ω0=0.45kN/m2；查表得：荷載高度變化系數(shù)μz=1.02；擋風(fēng)系數(shù)計(jì)算：φ=[3B+2b+(4B2+b2)1/2]c/(Bb)=[(3×2.5+2×2.5+(4×2.52+2.52)0.5)×0.12]/(2.5×2.5)=0.347；因?yàn)槭墙卿?方鋼，體型系數(shù)μs=2.305；高度z處的風(fēng)振系數(shù)?。害聑=1.0；所以風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為：ω=0.7×βz×μs×μz×ω0=0.7×1.00×2.305×1.02×0.45=0.741kN/m2；2.2、塔吊彎矩計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)塔吊基礎(chǔ)產(chǎn)生的彎矩計(jì)算：Mω=ω×φ×B×H×H×0.5=0.741×0.347×2.5×68×68×0.5=1487.02kN·m；Mkmax＝Me＋Mω＋P×hc＝630＋1487.02＋30×1.35＝2157.52kN·m；3、承臺(tái)彎矩及單樁樁頂豎向力的計(jì)算3.1.樁頂豎向力的計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）的第5.1.1條，在實(shí)際情況中x、y軸是隨機(jī)變化的，所以取最不利情況計(jì)算。Nik=(Fk+Gk)/n±Mykxi/∑xj2±Mxkyi/∑yj2；其中n──單樁個(gè)數(shù)，n=4；Fk──作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值，F(xiàn)k=510.80kN；Gk──樁基承臺(tái)的自重標(biāo)準(zhǔn)值：Gk=25×Bc×Bc×Hc=25×4.50×4.50×1.35=683.44kN；Mxk,Myk──承臺(tái)底面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，取2157.52kN·m；xi,yi──單樁相對(duì)承臺(tái)中心軸的XY方向距離a/20.5=2.05m；Nik──單樁樁頂豎向力標(biāo)準(zhǔn)值；經(jīng)計(jì)算得到單樁樁頂豎向力標(biāo)準(zhǔn)值最大壓力：Nkmax=(510.80+683.44)/4+2157.52×2.05/(2×2.052)=714.63kN。最小壓力：Nkmin=(510.80+683.44)/4-2157.52×2.05/(2×2.052)=-227.51kN。3.2.承臺(tái)彎矩的計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）的第5.9.2條。Mx=∑NiyiMy=∑Nixi其中Mx,My──計(jì)算截面處XY方向的彎矩設(shè)計(jì)值；xi,yi──單樁相對(duì)承臺(tái)中心軸的XY方向距離取a/2-B/2=0.20m；Ni1──扣除承臺(tái)自重的單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值，Ni1=1.2×(Nkmax-Gk/4)=784.52kN；經(jīng)過(guò)計(jì)算得到彎矩設(shè)計(jì)值：Mx=My=2×784.52×0.20=313.81kN·m。4、承臺(tái)截面主筋的計(jì)算依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)第7.2條受彎構(gòu)件承載力計(jì)算。αs=M/(α1fcbh02)ζ=1-(1-2αs)1/2γs=1-ζ/2As=M/(γsh0fy)式中，αl──系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過(guò)C50時(shí)，α1取為1.0,當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，α1取為0.94,期間按線性內(nèi)插法得1.00；fc──混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值查表得16.70N/mm2；ho──承臺(tái)的計(jì)算高度：Hc-50.00=1300.00mm；fy──鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2；經(jīng)過(guò)計(jì)算得：αs=313.81×106/(1.00×16.70×4500.00×1300.002)=0.002；ξ=1-(1-2×0.002)0.5=0.002；γs=1-0.002/2=0.999；Asx=Asy=313.81×106/(0.999×1300.00×300.00)=805.63mm2。由于最小配筋率為0.15%,所以構(gòu)造最小配筋面積為:4500.00×1350.00×0.15%=9112.50mm2。符合要求！5、承臺(tái)截面抗剪切計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)的第5.9.9條，承臺(tái)斜截面受剪承載力滿足下面公式：V≤βhsαftb0h0其中，b0──承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬度，b0=4500mm；λ──計(jì)算截面的剪跨比，λ=a/h0，此處，a=-0.04m；當(dāng)λ<0.25時(shí)，取λ=0.25；當(dāng)λ>3時(shí),取λ=3，得λ=0.25；βhs──受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h0＜800mm時(shí)，取h0=800mm，h0＞2000mm時(shí)，取h0=2000mm，其間按內(nèi)插法取值，βhs=(800/1300)1/4=0.886；α──承臺(tái)剪切系數(shù)，α=1.75/(0.25+1)=1.4；0.886×1.4×1.57×4500×1300=11388.597kN≥1.2×824.627=989.553kN；經(jīng)過(guò)計(jì)算承臺(tái)已滿足抗剪要求！6、樁豎向極限承載力驗(yàn)算樁承載力計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)的第5.2.1條：樁的軸向壓力設(shè)計(jì)值中最大值Nk=824.627kN；單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值公式：Quk=u∑qsikli+qpkApu──樁身的周長(zhǎng)，u=1.885m；Ap──樁端面積,Ap=0.283m2；各土層厚度及阻力標(biāo)準(zhǔn)值如下表:序號(hào)土厚度(m)土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)土端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)抗拔系數(shù)土名稱17.9015.000.000.702-2砂質(zhì)粉土27.3017.000.000.80粉質(zhì)粘土311.409.000.000.80淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土48.4020.00850.000.70粉質(zhì)粘土由于樁的入土深度為35.00m,所以樁端是在第4層土層。單樁豎向承載力驗(yàn)算:Quk=1.885×513.2+850×0.283=1207.691kN；單樁豎向承載力特征值：R=Ra=Quk/2=1207.691/2=603.846kN；Nk=714.627kN≤1.2R=1.2×603.846=724.615kN；符合要求！7、樁基礎(chǔ)抗拔驗(yàn)算樁承載力計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)的第5.4.5條。群樁呈非整體破壞時(shí)，樁基的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：Tuk=Σλiqsikuili其中：Tuk──樁基抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；ui──破壞表面周長(zhǎng)，取ui=πd=3.142×0.6=1.885m；qsik──樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；λi──抗拔系數(shù)，砂土取0.50～0.70，粘性土、粉土取0.70～0.80，樁長(zhǎng)l與樁徑d之比小于20時(shí)，λ取小值；li──第i層土層的厚度。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到：Tuk=Σλiqsikuili=719.88kN；群樁呈整體破壞時(shí)，樁基的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：Tgk=（ulΣλiqsikli）/4=1336.69kNul──樁群外圍周長(zhǎng)，ul=4×（2.9+0.6)=14.00m；樁基抗拔承載力公式：Nk≤Tgk/2+GgpNk≤Tuk/2+Gp其中Nk-樁基上拔力設(shè)計(jì)值，Nk=227.51kN；Ggp-群樁基礎(chǔ)所包圍體積的樁土總自重設(shè)計(jì)值除以總樁數(shù)，Ggp=2143.75kN；Gp-基樁自重設(shè)計(jì)值，Gp=247.40kN；Tgk/2+Ggp=1336.685/2+2143.75=2812.092kN>227.509kN；Tuk/2+Gp=719.883/2+247.4=607.342kN>227.509kN；樁抗拔滿足要求。8、樁配筋計(jì)算8.1、樁構(gòu)造配筋計(jì)算As=πd2/4×0.65%=3.14×6002/4×0.65%=1838mm2；8.2、樁抗壓鋼筋計(jì)算依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)第7.3條正截面受壓承載力計(jì)算。N≤0.9φ(fcA+fy'As')其中N──樁軸向壓力設(shè)計(jì)值，N=824627.31N；φ──鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，φ=1.00；fc──混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fc=16.70N/mm2；A──樁的截面面積，A=282743.339mm2；fy──鋼筋強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2；As──全部縱向鋼筋截面面積。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到:As=(824627.31/(0.9×1.00)-16.70×282743.34)/300.00=-12685.20mm2。8.3、樁受拉鋼筋計(jì)算依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)第7.4條正截面受拉承載力計(jì)算。N≤fyAs式中：N──軸向拉力設(shè)計(jì)值，N=227508.56N；fy──鋼筋強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2；As──縱向普通鋼筋的全部截面積。As=N/fy=227508.56/300.00=758.36mm2符合要求！9、抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆以承臺(tái)邊為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，抗傾覆力矩為承臺(tái)自重產(chǎn)生的力矩加上樁抗拔力所產(chǎn)生的力距。承臺(tái)自重抗傾覆力矩M1=Q×2.5=683×2.25=1536KN·m樁抗拔力所產(chǎn)生的抗傾覆力矩，抗拔系數(shù)取0.6單樁自重：M2=（480×0.6+261）×0.8×2+(486×0.6+261)×3.7×2=4958KN·m塔吊傾覆力矩為2157KN·m經(jīng)計(jì)算。塔基安全系數(shù)K=（1536+4958）/2157=3.01≥2，故該基礎(chǔ)滿足抗傾覆要求。10、經(jīng)計(jì)算，塔吊樁基采用鉆孔灌注樁，直徑φ600，砼強(qiáng)度等級(jí)C30，塔基樁取有效樁長(zhǎng)35.0米，加灌1.0m，鋼筋籠為8Φ16，長(zhǎng)度27.0m，主筋錨入承臺(tái)700mm，箍筋為φ8@200螺旋筋，每隔2.0m設(shè)φ14加強(qiáng)箍一道。11、塔吊承臺(tái)設(shè)計(jì)：按QTZ63自升式塔式起重機(jī)《使用說(shuō)明書(shū)》規(guī)定承臺(tái)長(zhǎng)×寬×高=5×5×1.35m，經(jīng)計(jì)算調(diào)整為4.5×4.5×1.35m能滿足要求；樁沿承臺(tái)四周對(duì)角布置，樁中心距L=2900mm，承臺(tái)每邊由樁外圍外伸500>d/2=300滿足構(gòu)造要求，承臺(tái)配筋按廠家設(shè)計(jì)配置，砼強(qiáng)度等級(jí)C30附廠家提供的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖。ganemploymenttribunalclaimEmploymenttribunalssortoutdisagreementsbetweenemployersandemployees.Youmayneedtomakeaclaimtoanemploymenttribunalif:youdon'tagreewiththedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyouyouremployerdismissesyouandyouthinkthatyouhavebeendismissedunfairly.Formoreinformationaboutdismissalandunfairdismissal,see

Dismissal.Youcanmakeaclaimtoanemploymenttribunal,evenifyouhaven't

appealed

againstthedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyou.However,ifyouwinyourcase,thetribunalmayreduceanycompensationawardedtoyouasaresultofyourfailuretoappeal.Rememberthatinmostcasesyoumustmakeanapplicationtoanemploymenttribunalwithinthreemonthsofthedatewhentheeventyouarecomplainingabouthappened.Ifyourapplicationisreceivedafterthistimelimit,thetribunalwillnotusuallyacceptit.Ifyouareworriedabouthowthetimelimitsapplytoyou,takeadvicefromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Employmenttribunalsarelessformalthansomeothercourts,butitisstillalegalprocessandyouwillneedtogiveevidenceunderanoathoraffirmation.Mostpeoplefindmakingaclaimtoanemploymenttribunalchallenging.Ifyouarethinkingaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,youshouldgethelpstraightawayfromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Ifyouarebeingrepresentedbyasolicitoratthetribunal,theymayaskyoutosignanagreementwhereyoupaytheirfeeoutofyourcompensationifyouwinthecase.Thisisknownasa

damages-basedagreement.InEnglandandWales,yoursolicitorcan'tchargeyoumorethan35%ofyourcompensation

ifyouwinthecase.Ifyouarethinkingaboutsigningupfor

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nearestCAB.Formoreinformationaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,see

Employmenttribunals.The(lackof)airupthereWat1引言1.1塔式起重機(jī)特點(diǎn)說(shuō)明塔式起重機(jī)是一種塔身豎立、起重臂回轉(zhuǎn)的起重機(jī)械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機(jī)是完成預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類(lèi)型起重機(jī)高。由于塔式起重機(jī)能靠近建筑物，其幅度利用率可達(dá)全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機(jī)幅度利用率不超過(guò)50%，而且隨著建筑物高度的增加還會(huì)急劇地減少。因此，塔式起重機(jī)在高層工業(yè)與民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機(jī)對(duì)于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低工程造價(jià)起著重要的作用。同時(shí)，為了適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在的塔式起重機(jī)必須具備下列特點(diǎn)：1)起升高度和工作幅度較大，起重力矩大；2)工作速度高，具有安裝微動(dòng)性能及良好的調(diào)速性能；3)要求裝拆、運(yùn)輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地之需要1.2塔式起重機(jī)發(fā)展及機(jī)構(gòu)介紹塔式起重機(jī)是在第二次世界大站后才真正獲得發(fā)展的，戰(zhàn)后各國(guó)面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程最迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。在我國(guó)，塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過(guò)程。塔式起重機(jī)不論其技術(shù)性能還是構(gòu)造上有什么差異，總可以將其分解為金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三個(gè)部分。金屬結(jié)構(gòu)是塔式起重機(jī)的骨架，它承受著起重機(jī)自重以及作業(yè)時(shí)的各種外載荷，是塔式起重機(jī)的主要組成部分，由塔身、塔頭或塔帽、起重臂架、平衡臂架、回裝支撐架、底架、臺(tái)車(chē)架等主要部件組成，其重量通常占整機(jī)重量的一半以上。工作機(jī)構(gòu)是為實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)不同的機(jī)械運(yùn)動(dòng)要求而設(shè)置的各種機(jī)械部分的總稱。QTZ63塔式起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)等。其各機(jī)構(gòu)功能：起升機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)物品的上升與下降；變幅機(jī)構(gòu)改變吊鉤的幅度位置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使起重臂架作3600的回轉(zhuǎn)，改變吊鉤在工作平面內(nèi)的位置；頂升機(jī)構(gòu)使塔機(jī)的回轉(zhuǎn)部分升降，從而改變塔式起重機(jī)的工作高度。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是塔式起重機(jī)又一個(gè)重要的組成部分。驅(qū)動(dòng)裝置用來(lái)給各種機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，最常用的是YZR與YZ系列交流電動(dòng)機(jī)。控制系統(tǒng)對(duì)工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置實(shí)行控制完成機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、制動(dòng)、換向、調(diào)速以及對(duì)機(jī)構(gòu)工作的安全性實(shí)行監(jiān)控，并及時(shí)地將工作情況用各種參量：電流值、電壓值、速度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置與風(fēng)速等數(shù)值顯示出來(lái)以使司機(jī)在操作時(shí)心中有數(shù)。1.36噸塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)說(shuō)明QTZ63為水平起重臂，小車(chē)變幅，上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔式起重機(jī)，其最大工作幅度為56米，可根據(jù)施工場(chǎng)地需要變化為50米、44米；最大起重量為6噸，在最大幅度56米處可吊1噸，50米臂長(zhǎng)時(shí)在最大工作幅度處可吊1.4QTZ63塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置和工作裝置四個(gè)部件組成。驅(qū)動(dòng)裝置采用YZR225M-8交流電動(dòng)機(jī)，其功率為26KW，額定轉(zhuǎn)速為708r/min；傳動(dòng)裝置按機(jī)構(gòu)布置需要，采用各種減速裝置，用來(lái)完成轉(zhuǎn)速與力矩的轉(zhuǎn)換的最佳匹配，使電機(jī)在滿足工作裝置要求情況下處于高效最佳工作狀態(tài)；工作裝置由卷筒、鋼絲繩、滑輪組與吊鉤等所組成，當(dāng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)鋼絲繩、滑輪組變?yōu)榈蹉^的垂直上下直線運(yùn)動(dòng)；制動(dòng)裝置可控制吊裝物品的下降速度或使其停止在空中的某一位置，不允許在重力作用下下落。由于重力始終作用在被懸吊的物品上，所以起升機(jī)構(gòu)必須選用制動(dòng)力矩在制動(dòng)器不松閘時(shí)始終作用在制動(dòng)輪上的常閉式制動(dòng)器，以策安全。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支撐裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成。在實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)定、牢固的支承，并將回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給固定部分的裝置稱為回轉(zhuǎn)支承裝置；驅(qū)動(dòng)塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分，使其相對(duì)塔式起重機(jī)的固定部分實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的裝置稱為回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。變幅機(jī)構(gòu)是為了滿足物料的裝、卸工作位置的要求，充分利用自身的起吊能力（幅度減小能提高起重量），塔式起重機(jī)需要經(jīng)常改變幅度。變幅機(jī)構(gòu)則是實(shí)現(xiàn)改變幅度的工作機(jī)構(gòu)，并用來(lái)擴(kuò)大塔式起重機(jī)的工作范圍，提高生產(chǎn)效率。QTZ63（5610）塔式起重機(jī)采用繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)，小車(chē)依靠鋼絲繩牽引沿吊臂軌道運(yùn)行，其驅(qū)動(dòng)力不受附著力的限制，故能在略傾斜的軌道上行走。又由于驅(qū)動(dòng)裝置裝在小車(chē)外部，從而使小車(chē)自重大為減少，所以使用于大幅度、其重量較大的起重機(jī)。在塔式起重機(jī)中大都采用繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)，這樣既可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅(qū)動(dòng)裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的目的在于通過(guò)對(duì)QTZ63塔式起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解目前塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程，熟悉塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，掌握塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)原理、方法，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)設(shè)計(jì)。同時(shí)培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)人員的查詢資料、查找規(guī)范和閱讀文獻(xiàn)等方面的能力，以適應(yīng)畢業(yè)后從事設(shè)計(jì)工作。2.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)依據(jù)及主要技術(shù)指標(biāo)2.1.1機(jī)構(gòu)工作級(jí)別起升機(jī)構(gòu)：M5變幅機(jī)構(gòu)：M42.1.2工作幅度最大工作幅度：56m最小工作幅度：2.2m2.1.3起升高度固定式：40m附著式：160m2.2設(shè)計(jì)參數(shù)最大起重量：6t起升機(jī)構(gòu)參數(shù)起重量（t）/速度（m/min）：3.24/406/20倍率：a=4功率：24kw變幅機(jī)構(gòu)參數(shù)速度（m/min）：20/40功率（kw）：3.3/2.236噸塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算主要包括：根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)布置方案；按給定的整機(jī)主要參數(shù)（最大額定起重量、起升高度、起升速度等）確定起升機(jī)構(gòu)參數(shù)，選擇確定機(jī)構(gòu)各起重零部件的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和尺寸；進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力裝置的選擇計(jì)算等。3.1影響起升機(jī)構(gòu)的主要因素3.1.1滑輪組的倍率塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)通常都采用單聯(lián)滑輪組。滑輪組的倍率對(duì)起升機(jī)構(gòu)的構(gòu)造有著很大的影響。倍率愈大鋼絲繩所受的拉力愈小，但由于繞繩量的增加，將使鋼絲繩和卷筒長(zhǎng)度增加，同時(shí)由于滑輪的數(shù)目的增多，也加劇了鋼絲繩的磨損和疲勞，從而降低了鋼絲繩的使用壽命。但從另一個(gè)方面看，增加倍率，須相應(yīng)提高卷筒的轉(zhuǎn)速，因此傳動(dòng)比就可以減小，使結(jié)構(gòu)較為緊湊。3.1.2卷筒直徑卷筒直徑應(yīng)盡量選取最小許用值。因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比也將增大，從而引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的變大。但在起升高度較大時(shí)，應(yīng)增加卷筒直徑以限制其長(zhǎng)度。3.1.3聯(lián)軸器在高速軸上，電機(jī)和減速器一般都是通過(guò)彈性聯(lián)軸器相連接。在低速軸上，減速器輸出軸和卷筒之間的連接多采用滑塊或者齒輪聯(lián)軸器，原因是它們可以傳遞較大的扭矩，并具有一定的調(diào)心性能，有利于安裝調(diào)整比較。3.1.4制動(dòng)器制動(dòng)器一般安裝在高速軸上，以減小其尺寸。通常利用聯(lián)軸器的半個(gè)連接盤(pán)兼作制動(dòng)，而帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器半盤(pán)應(yīng)安裝在減速器軸上。這樣，即使聯(lián)軸器損壞，制動(dòng)器仍能工作。目前也有將制動(dòng)器裝在電動(dòng)機(jī)尾部殼體內(nèi)，制成一個(gè)組合部件，從而使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化緊湊。綜上所述，起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)在保證滿足塔式起重機(jī)主要工作性能的同時(shí)，盡可能地使機(jī)構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕和維護(hù)保養(yǎng)方便等。3.2起升機(jī)構(gòu)的載荷特點(diǎn)a.物品起升和下降時(shí)，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭矩方向不變。b.物品懸掛系統(tǒng)由撓性鋼絲繩組成，物品慣性引起的附加轉(zhuǎn)矩一般不超過(guò)靜轉(zhuǎn)矩的10%，對(duì)機(jī)構(gòu)影響不大。c.機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，只有電動(dòng)機(jī)輸出軸到制動(dòng)器之間的零件承受較大的動(dòng)載荷，齒輪傳動(dòng)和其他低速軸零件所受的動(dòng)載荷不大。3.3起升機(jī)構(gòu)起重零部件的選擇計(jì)算3.3.1吊鉤起重吊鉤生產(chǎn)目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，一般根據(jù)用途和最大額定起重量選擇吊鉤的形式和規(guī)格，必要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度校核。3.3.1.1吊鉤的選型吊鉤是塔式起重機(jī)上應(yīng)用最普遍、最通用的基本吊具，常與滑輪組的動(dòng)滑輪組合成吊鉤組作起重機(jī)上的取物裝置。依據(jù)QTZ63額定起重量和及參數(shù)，選用A型—短鉤，材料為20鋼[19]。3.3.1.2吊鉤基本尺寸吊鉤的主要尺寸是由鉤孔直徑D來(lái)決定的：D≈（30～50）mm（3-1）取85mm。式中FQ——額定起重量（t）。其他尺寸：h/D≈1.0～1.2S≈0.75Dl1≈(2～2.5)hl2≈0.5h尺寸如圖3-1所示：圖3-1鉤身主要尺寸簡(jiǎn)圖3.3.1.3吊鉤強(qiáng)度計(jì)算如圖2所示。吊鉤在額定載荷FQ作用下，鉤身1-2、3-4截面及鉤柱螺紋根部均為危險(xiǎn)截面。計(jì)算時(shí)，吊鉤載荷為額定起重量。鉤身水平斷面Ａ－Ａ吊鉤按曲梁理論計(jì)算，其鉤身部分應(yīng)力最大的斷面為某點(diǎn)的應(yīng)力為：Ａ－Ａ和Ｂ—Ｂ。因此這兩個(gè)斷面為危險(xiǎn)斷面（如圖3-2）圖3-2鉤身斷面強(qiáng)度計(jì)算圖內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力為外側(cè)拉應(yīng)力為式中對(duì)于梯形斷面鉤身垂直斷面Ｂ－ＢＢ－Ｂ斷面雖然受力不如Ａ－Ａ斷面大，卻是吊索強(qiáng)烈磨損的部位。隨著斷面面積減小，承載能力下降，應(yīng)按實(shí)際磨損的斷面尺寸計(jì)算。危險(xiǎn)的受力情況使當(dāng)系物吊索分支的夾角ａ較大時(shí)，吊索每分支受力為：（3-4）故：鉤柄尾部的螺紋部位C－C斷面螺紋根部應(yīng)力集中，容易受到腐蝕，會(huì)在缺陷處斷裂。螺紋的強(qiáng)度計(jì)算只驗(yàn)算拉應(yīng)力。式中鉤柄尾部的螺紋（螺母）高度的確定螺紋部分應(yīng)有足夠的高度，其高度可按螺紋表面的擠壓應(yīng)力決定。其擠壓應(yīng)力為：（3-9）式中普通螺紋基本尺寸確定如下： 通過(guò)以上對(duì)吊鉤強(qiáng)度計(jì)算，可知吊鉤設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求[4]！3.3.1.4吊鉤橫梁的計(jì)算中間截面A-A（圖3-3）的最大彎曲應(yīng)力：圖3-3吊鉤橫梁計(jì)算簡(jiǎn)圖吊鉤橫梁工作時(shí)的危險(xiǎn)截面位于橫梁中部A-A截面，其最大彎曲應(yīng)力為σ=（3-10）式中FQ—起升載荷，N；φ2—?jiǎng)虞d系數(shù)；l—拉板的間距，mm；B—橫梁寬度，mm；d—吊鉤孔徑，d=52mm；h—吊鉤與橫梁連接部分長(zhǎng)度，h=50mm。軸孔d1—的平均擠壓應(yīng)力：（3-11）式中δ—拉板厚度，δ=12mm；d1—軸孔直徑，d1=?45mm；σa—許用擠壓應(yīng)力（MPa），σa=σs6~σs3.3.1.5吊鉤滑輪軸計(jì)算根據(jù)拉板在滑輪軸上的不同位置，作出滑輪軸上不同的彎矩圖，圖3-4中S為滑輪鋼絲繩拉力的合力則S=。（3-12）圖3-4滑輪軸計(jì)算簡(jiǎn)圖故滑輪軸的最大彎曲應(yīng)力為：（3-13）式中M為滑輪中心線處截面的最大彎矩，M=W=0.1×d3=0.1×63=21.6cm3故滑輪軸滿足強(qiáng)度要求！3.3.1.6吊鉤拉板的計(jì)算吊鉤組兩側(cè)的拉板危險(xiǎn)截面為A-A和B-B兩個(gè)截面（圖3-5）。圖3-5拉板計(jì)算簡(jiǎn)圖水平截面A-A的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉應(yīng)力為：（3-14）式中b—拉板寬度，b=300mm；δ—拉板厚度，δ=12mm；δ'—aj—應(yīng)力集中系數(shù)，由圖=2.38。圖3-6應(yīng)力集中系數(shù)aj垂直截面B-B的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉應(yīng)力（切向）為：（3-15）軸孔處的平均擠壓應(yīng)力：（3-16）經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求！3.3.2起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率表1起重量與滑輪組倍率關(guān)系表額定起重量FQ3581216254065100倍率a234～666～88～101012～1617～20根據(jù)表1，結(jié)合所設(shè)計(jì)的額定起重量為6噸，選倍率a=43.3.3鋼絲繩計(jì)算起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩直徑按最大靜載荷確定。鋼絲繩中的最大靜拉力SmaxN（3-17）式中：FQ—最大起升載荷，N，其中所含吊具自重載荷Fq估算為Fq=3%FQ；a—滑輪組倍率，a=4；滑輪組總效率（表2-8a）；導(dǎo)向滑輪效率，（表5-3）；所選鋼絲繩的破斷拉力FPN式中n—安全系數(shù)（表2-2），取n=5。根據(jù)FP13NAT6X19W+NF1770ZS190GB89183.3.4卷筒的尺寸及轉(zhuǎn)速計(jì)算3.3.4.1卷筒的直徑及長(zhǎng)度的確定卷筒用于纏繞鋼絲繩，其直徑及長(zhǎng)度的確定是由鋼絲繩尺寸來(lái)設(shè)計(jì)選取，其最小值Dmin應(yīng)滿足：=25×13=325mm（3-18） 式中Dmin—按鋼絲繩中心計(jì)算的卷筒的最小卷繞直徑，mmh—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，表12-2選用h=25；d—鋼絲繩直徑，d=13mm由ZB/TJ80007.1-1987卷筒直徑系列取直徑D=610mm[3]。其轉(zhuǎn)速n可按下式計(jì)算：n=a?v式中a—滑輪組的倍率；v—起升速度；D1—卷筒卷繞直徑，m，D1=D+d（3.3.4.2卷筒其它尺寸的確定 多層繞光面卷筒的繞繩部分長(zhǎng)度為：L0=??Z?d式中Z—直接纏繞在卷筒面上鋼絲繩圈數(shù)；d—鋼絲繩直徑，mm。設(shè)多層卷繞鋼絲繩各層的直徑分別為：D1、D2、D3……Dn，共繞n層，每層為Z圈，如圖3-5所示，則卷筒的繞繩量為L(zhǎng)=Z已知DDD代入L=Z=Zπn故而Z=鋼絲繩的卷繞層數(shù)n不宜過(guò)大，否則起升速度變化太大，通常取n=3根據(jù)起升高度和機(jī)構(gòu)要求取定L=280m，則鋼絲繩在卷筒上纏繞圈數(shù)為：Z=則多層纏繞卷筒繞繩部分的長(zhǎng)度為：L0=??Z?d=1.1×46×13=658mm，考慮卷筒兩端空余部分長(zhǎng)度和固定鋼絲繩端頭部分長(zhǎng)度，取為L(zhǎng)0=700mm。3.3.5卷筒3.3.5.1卷筒壁厚計(jì)算卷筒壁厚一般先按經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于鑄鐵卷筒：δ鑄鋼或焊接卷筒：δ≈dmm式中D—卷筒直徑，mm；d—鋼絲繩直徑，mm。由于目前鑄造工藝的要求壁厚不宜過(guò)小，對(duì)于鑄鐵卷筒此處卷筒選用鑄鐵HT200，故其厚度δ=0.02D+6~103.3.5.2卷筒壁厚強(qiáng)度驗(yàn)算卷筒工作時(shí)，由于受鋼絲繩最大拉力Smax的作用，卷筒壁厚主要承受鋼絲繩纏繞箍緊所產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，以及扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力。當(dāng)卷筒長(zhǎng)度小于3倍直徑（L）時(shí)，彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力一般不超過(guò)壓縮應(yīng)力的10%~15%，因此可以略去不計(jì)，只按壓縮應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。為計(jì)算卷筒截面上的壓應(yīng)力，在壁厚為δ的卷筒上取寬度為繩槽節(jié)距t的圓環(huán)，并將其切開(kāi)，如圖3-6所示。由于δ遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于D，可以認(rèn)為圓環(huán)截面上的壓應(yīng)力為：σ則卷筒壁厚上的壓應(yīng)力為：（3-19）式中t—繩槽節(jié)距，對(duì)于光面卷筒t=d。（）；對(duì)鑄鐵此處材料為QT450-10，其σ 多層卷繞時(shí)，卷筒所受的壓力不是隨卷繞層數(shù)而成倍地增加。考慮到上層鋼絲繩對(duì)下層鋼絲繩的壓緊，使下層鋼絲繩在徑向產(chǎn)生彈性變形而使筒壁上應(yīng)力有所減少這一因素，并將其用應(yīng)力增加系數(shù)A予以表示后，則多層纏繞卷筒壓應(yīng)力計(jì)算公式為：（3-20）式中A—由表2-9系數(shù)A值取A=1.8[1]。故經(jīng)計(jì)算所設(shè)計(jì)卷筒滿足強(qiáng)度要求！3.3.6制動(dòng)器的選擇根據(jù)制動(dòng)器的安裝位置和機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式，選擇制動(dòng)器的形式和確定制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。制動(dòng)器的靜制動(dòng)力矩TjTj=FQDn2iBa式中FQ—最大起升載荷，NDn—鋼絲繩繞卷筒直徑，多層纏繞時(shí)，m為卷繞最多的層數(shù)；iB—η1—起升吊鉤至制動(dòng)器軸間傳動(dòng)效率，η起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩必須大于由起升載荷產(chǎn)生的力矩。（Nm）（3-22）式中KB—制動(dòng)安全系數(shù)，表5-4查得KB綜上查手冊(cè)選用YWZ5-315/50，其制動(dòng)力矩為360~710Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.8質(zhì)量為61.4kg。3.4起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1起升機(jī)構(gòu)功率計(jì)算3.4.1.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)的靜功率（KW）（3-23）式中FQ—最大起升載荷，Nη—機(jī)構(gòu)總效率，，式中ηB為滑輪組總效率，ηd為導(dǎo)向滑輪效率，ηt為卷筒的機(jī)械效率，采用滾動(dòng)軸承時(shí)ηv—起升速度，起升最大載荷是速度為20m/min。3.4.1.2初選電動(dòng)機(jī)：根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別、作業(yè)特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)的工作特性，同時(shí)為了滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和不過(guò)熱要求，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)滿足下式：（KW）（3-24）式中Pjc—電動(dòng)機(jī)額定功率，KWPj—起升靜功率，KWKJC—穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，與接電持續(xù)率JC有關(guān)，見(jiàn)表5-5，初步設(shè)計(jì)時(shí)，JC值及Z值可按表5-6選取，此處根據(jù)JC=40%，選KJC故而選用YZR225M-8型電動(dòng)機(jī)，其JC=25%時(shí)額定功率為PJC=26kW，轉(zhuǎn)速為708r/min，飛輪轉(zhuǎn)矩為，質(zhì)量為398kg[4]3.4.1.3電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校驗(yàn)起升機(jī)構(gòu)要求電動(dòng)機(jī)在有電壓損失（交流電動(dòng)機(jī)為15%，直流不考慮）、最大轉(zhuǎn)矩允差（交流電動(dòng)機(jī)10%，直流不考慮）時(shí)，可起吊1.25倍的額定起重量。故電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)符合下式要求，以保證有足夠的過(guò)載能力。（KW）（3-25）式中PJC—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率，kWZm—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，對(duì)于線繞型異步電動(dòng)機(jī)λ=2.2~3.5，籠型異步電動(dòng)機(jī)λ=2.5~2.9，此處取λ=3.0；H—考慮電壓降及轉(zhuǎn)矩允差以及靜載實(shí)驗(yàn)超載的系數(shù)，繞線異步電動(dòng)機(jī)取H=2.1，籠型異步電動(dòng)機(jī)取H=2.2，直流電動(dòng)機(jī)取H=1.4。故所選電動(dòng)機(jī)滿足過(guò)載能力校驗(yàn)！3.4.1.4電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)可采用平均損耗法，也可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型不同，選用等效轉(zhuǎn)矩法和等效電流法進(jìn)行精確發(fā)熱校驗(yàn)。本書(shū)采用GB/T13752-92推薦的方法近似計(jì)算，具體如下：PJCKW（3-26）式中PJC—電動(dòng)機(jī)額定功率，其工作制為S3,接電持續(xù)率25%時(shí)為26KW；nm—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，nm=708r/min；η—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。，式中Z為電動(dòng)機(jī)每小時(shí)折算起動(dòng)次數(shù)，查表5-6得Z=150[1]；Tre——最不利工作循環(huán)的等效靜阻力矩，按下式取近似值：Tre=Tj·KG=342×0.68=232.4（Nm）（3-27）式中KG—系數(shù)，對(duì)于起升機(jī)構(gòu)KG=0.67~0.79，取KG=0.68；Tj—起升機(jī)構(gòu)靜阻力矩（Nm），按下式計(jì)算：Tj=（Nm）（3-28）其中FQ—額定起升載荷，NDmax—卷筒計(jì)算直徑，m，Dmaxa—滑輪組倍率；i—卷筒至電動(dòng)機(jī)軸傳動(dòng)比；η—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率（包括滑輪組效率），η=0.792。3.4.2減速器3.4.2.1減速器的選擇起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i0根據(jù)電動(dòng)機(jī)nm的轉(zhuǎn)速和卷筒的轉(zhuǎn)速i0=nm式中nm—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/minn—卷筒轉(zhuǎn)速。塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中常用ZQ（JZQ）型漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器。故根據(jù)傳動(dòng)比、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)速以及機(jī)構(gòu)的JC%，從標(biāo)準(zhǔn)中選用ZQ-500-Ⅵ-3CA當(dāng)工作類(lèi)型為中級(jí)時(shí)，許用功率為27kW，，質(zhì)量為345kg，入軸直徑[20]。若減速器輸出軸采用齒輪聯(lián)軸器與卷筒相連時(shí)，輸出軸及軸端承受較大的短暫作用的扭矩和徑向力，一般還須對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)算。3.4.2.2驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率實(shí)際起升速度：誤差：實(shí)際所需等效功率：3.4.2.3軸端最大徑向力Fmax校驗(yàn)N（3-30）式中?2Smax—鋼絲繩最大靜拉力，NGt—卷筒重力，約為GtF—減速器輸出軸端的允許最大徑向載荷，F(xiàn)=28000基于起升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，減速器輸出軸承受的短暫最大扭矩應(yīng)滿足以下條件：（3-31）式中T—鋼絲繩最大靜拉力在卷筒上產(chǎn)生的扭矩，；?2—T—減速器輸出軸端的允許短暫最大扭矩，T=2350×9.8=23030N?m[20]聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的具體規(guī)格依據(jù)所傳遞的扭矩、轉(zhuǎn)速和被連接的軸徑等參數(shù)選用。高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：T1=nφ8Tn式中電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；n—聯(lián)軸器安全系數(shù)；φ8—?jiǎng)傂詣?dòng)載系數(shù)，一般取φ查手冊(cè)得電動(dòng)機(jī)輸出軸端為圓錐形，軸徑為d=65mm，軸長(zhǎng)l=140mm，減速器高速軸端為圓錐形，軸徑為d=50mm，軸長(zhǎng)l=85mm?？侩妱?dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器：選用CLZ3半聯(lián)軸器，其圖號(hào)為S139,最大容許轉(zhuǎn)矩：，浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形d=45mm，l=85mm[4]。靠減速器軸端聯(lián)軸器：查手冊(cè)選用帶制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器，其圖號(hào)為S124，最大容許轉(zhuǎn)矩=38.5kg。為與制動(dòng)器YWZ5-315/50相適應(yīng)，將S124聯(lián)軸器所帶mm的制動(dòng)輪修改為[4]。驗(yàn)算聯(lián)軸器扭矩條件要求：（3-33）式中；TzBmax—按載荷組合B計(jì)算的最大扭矩，對(duì)高速軸，=0.75×3.0×350.7=789.1N?m，其中λm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，Tn為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，Tn=9550Pn=9550×26708=350.7N?m，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，T—聯(lián)軸器許用扭矩，查得T=3150N?mk1—聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)于起升機(jī)構(gòu)，kk3—角度偏差系數(shù)，選用齒輪聯(lián)軸器[1]。3.4.4驗(yàn)算起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間起升機(jī)構(gòu)的工作為周期性的，工作時(shí)分起動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)三個(gè)階段。由于機(jī)構(gòu)在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生加速度和慣性力，若起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，加速度小，將影響起重機(jī)的生產(chǎn)率。反之，加速度太大，又會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部件施加很大的動(dòng)載荷，并使零部件的受力增大。因此，必須把起動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間控制在一定范圍內(nèi)。3.4.4.1起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算起升機(jī)構(gòu)在起動(dòng)階段，要使原來(lái)靜止的質(zhì)量開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩Tq除了克服靜阻力矩Tj外，還有一部分用來(lái)克服運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性阻力矩Tg，即Tq=Tj+Tg（N?m）（3-34）靜阻力矩Tj有前式已算出Tj=342Nm。慣性阻力矩Tg為：Tg=Jn式中nm—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，nmtq—起動(dòng)時(shí)間，s=1.15×5.457+=6.44kgm2。g—重力加速度，g=9.8m/s2。因此，可有：tq=Jnm9.55滿足要求！電動(dòng)機(jī)平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq，由表5-9選?。篢q=1.7×T25=1.7×350.7=596.2Nm（3-36）其中T25=9550×N25n25=9550×26708=350.7，N25推薦電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間為tq=2~5s3.4.4.2制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算滿載下降的制動(dòng)時(shí)間：（3-37）滿足要求！式中—滿載下降時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min，通常取=1.1nm=1.1×708=778.8；TZ—制動(dòng)器制動(dòng)力矩，所選制動(dòng)器制動(dòng)力矩范圍為360~710Nm，此處取TZ=600Nm；—滿載下降時(shí)制動(dòng)軸靜力矩，由前式已算Nm，—下降時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，，按下式計(jì)算：，由前式已算得—推薦制動(dòng)時(shí)間，s，可取=2~5s。4變幅小車(chē)設(shè)計(jì)塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)按機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式分為臂架擺動(dòng)式變幅機(jī)構(gòu)（即動(dòng)臂式）和運(yùn)行小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)（即小車(chē)式）。如圖4-1所示：a動(dòng)臂式b小車(chē)式圖4-1塔式起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)圖動(dòng)臂式變幅機(jī)構(gòu)是通過(guò)吊臂俯仰擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)變幅的?？捎娩摻z繩滑輪組和變幅液壓缸使吊臂作俯仰運(yùn)動(dòng)，塔式起重機(jī)一般多用前者。動(dòng)臂式變幅機(jī)構(gòu)在變幅時(shí)物品和臂架的重心會(huì)隨幅度的改變而發(fā)生不必要的升降，耗費(fèi)額外的驅(qū)動(dòng)功率，而且在增大幅度時(shí)由于重心下降，容易引起較大的慣性載荷。所以一般多用于非工作性變幅。動(dòng)臂式變幅的優(yōu)點(diǎn)是：具有較大的起升高度，在建筑施工群施工中不容易產(chǎn)生死角，拆卸也比較方便。其缺點(diǎn)是：變幅的有效利用率降低；變幅速度不均勻；沒(méi)有裝設(shè)補(bǔ)償裝置時(shí)，重物不能做到水平移動(dòng)，安裝就位不便，變幅功率也大。小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)是通過(guò)移動(dòng)牽引起重小車(chē)實(shí)現(xiàn)變幅的。工作時(shí)吊臂安裝在水平位置，小車(chē)有變幅牽引機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，沿著吊臂的軌道（弦桿）移動(dòng)。小車(chē)變幅的優(yōu)點(diǎn)是：變幅時(shí)物料作水平移動(dòng)，安裝就位方便；速度快、功率省；幅度有效利用率大。其缺點(diǎn)是：吊臂承受較大彎矩，結(jié)構(gòu)笨重，用鋼量較大。綜合以上兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，有的塔式起重機(jī)同時(shí)采用兩種變幅方案，吊臂做成兩用，即可使小車(chē)沿吊臂水平移動(dòng)，又可將小車(chē)固定在臂端實(shí)現(xiàn)吊臂的俯仰變幅。本設(shè)計(jì)QTZ63塔式起重機(jī)采用小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)。按照小車(chē)沿吊臂弦桿行走方式，小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)分為自行式和繩索牽引式兩類(lèi)。前者驅(qū)動(dòng)裝置直接裝在小車(chē)上，依靠車(chē)輪與吊臂軌道間的附著力，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪使小車(chē)運(yùn)行，電動(dòng)滑車(chē)沿吊臂弦桿行走就是這類(lèi)變幅機(jī)構(gòu)的典型例子。由于牽引力受附著力的限制，而且小車(chē)自重也比較大，故這種自行式小車(chē)變幅機(jī)構(gòu)只適用于小型塔式起重機(jī)。繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)的小車(chē)依靠變幅鋼絲繩牽引沿吊臂軌道運(yùn)行，其驅(qū)動(dòng)力不受附著力的限制，故能在略呈傾斜的軌道上行走。又由于驅(qū)動(dòng)裝置在小車(chē)外部，從而使小車(chē)自重大為減少，所以適用于大幅度、起重量較大的起重機(jī)。在塔式起重機(jī)中大都采用繩索牽引式變幅機(jī)構(gòu)，這樣既可減輕吊臂載荷，又可以使工作可靠，而且因其驅(qū)動(dòng)裝置放在吊臂根部，平衡重也可略為減少。4.1繩索牽引小車(chē)構(gòu)造及其驅(qū)動(dòng)方式1—導(dǎo)向輪；2—滾輪；3—小車(chē)架；4—起升繩導(dǎo)向滑輪；5橫梁圖4-2牽引小車(chē)構(gòu)造圖4-2為繩索牽引小車(chē)的典型構(gòu)造。除車(chē)架外，它裝有行走滾輪、起升繩導(dǎo)向輪等零部件以及用來(lái)改變滑輪倍率的銷(xiāo)子。變幅鋼絲繩穿繞方式如圖4-3所示。運(yùn)行小車(chē)由設(shè)置在起重臂架上的牽引卷筒驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)卷筒通常分為普通牽引卷筒和摩擦卷筒兩種。前者工作可靠，但牽引卷筒較長(zhǎng)，而且要有兩根鋼絲繩。后者牽引卷筒及鋼絲繩長(zhǎng)度可減少一半，但必須裝設(shè)張緊導(dǎo)向輪，且需經(jīng)常調(diào)整牽引繩張力，以保證摩擦卷筒能正常工作。由于牽引力受限制，摩擦卷筒一般只用于小型塔式起重機(jī)上。1、3、4、5—導(dǎo)向滑輪；2—卷筒；6—運(yùn)行小車(chē)；7—變幅鋼絲繩圖4-3變幅繩穿繞方式卷筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用普通標(biāo)準(zhǔn)卷?yè)P(yáng)機(jī)。為了使尺寸更緊湊，目前已廣泛采用行星擺線針輪和漸開(kāi)線齒輪的少齒差減速器傳動(dòng)，而且在卷筒軸端部裝有用蝸桿或鏈輪帶動(dòng)的幅度指示器及限位器，以確保工作安全。為了變幅時(shí)能保證重物作水平移動(dòng)，起升繩的終端不能固定在運(yùn)行小車(chē)上，而必須固定在起重臂架的端部，有起升繩固定在起重臂頭部的繞法和起升繩固定在起重臂根部的繞法。后者起重繩需要較長(zhǎng)，但由于在起重臂端部引出的起升繩起了支承起重臂的作用，使水平臂架受力性能改善。4.2運(yùn)行小車(chē)牽引力計(jì)算運(yùn)行小車(chē)式計(jì)算主要包括：牽引阻力計(jì)算，牽引繩最大張力計(jì)算，電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。4.2.1牽引阻力計(jì)算運(yùn)行小車(chē)沿著起重臂上的軌道行走時(shí)產(chǎn)生的阻力主要有：摩擦阻力W1，坡度阻力W2，慣性阻力W3，迎風(fēng)阻力W4，起升繩阻力W5，牽引繩下垂引起的阻力W6。4.2.1.1摩擦阻力W1主要包括車(chē)輪沿軌道的滾動(dòng)摩擦阻力、車(chē)輪軸承中的摩擦阻力和車(chē)輪輪緣與軌道的摩擦阻力等，按下式計(jì)算：W1（4-1）==912N式中：FQ—起升載荷，N；Fg—小車(chē)自重，經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)估算為Fg=250×9.8=2450N；f—車(chē)輪滾動(dòng)阻力系數(shù)（cm），f=0.025~0.04，此處取=0.03cm；D—車(chē)輪直徑，D=0.136m；K0—附加阻力系數(shù)，K0=1.5~2.0。4.2.1.2坡度阻力W2起重臂由于承受載荷后變形而產(chǎn)生坡度。其阻力按下式計(jì)算：（4-2）4.2.1.3慣性阻力W3慣性阻力主要包括小車(chē)運(yùn)行時(shí)起動(dòng)慣性阻力W3'，塔機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)小車(chē)和重物的離心力W3=W3式中v—小車(chē)運(yùn)行速度，按最大速度取v=0.66m/s；t0—小車(chē)起動(dòng)時(shí)間（s），t0=v/a=1.32s，a為加速度，an—塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)速度，取最大回轉(zhuǎn)速度n=0.66r/min；R—工作幅度，m。4.2.1.4迎風(fēng)阻力W4風(fēng)作用在小車(chē)和載荷上引起的阻力，按下式計(jì)算：W4=q0·A=250×5=1250（N）（4-4）式中q0—工作風(fēng)壓，按工作狀態(tài)下最大的計(jì)算風(fēng)壓q0=0.613vw2,取q0=250N/m2；A—重物和小車(chē)的迎風(fēng)面積，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)估取A=5m2。4.2.1.5起升繩阻力W5起升繩阻力與起升繩所繞過(guò)的動(dòng)滑輪和定滑輪及載荷有關(guān)。如圖4-4所示，當(dāng)小車(chē)向右移動(dòng)時(shí)起升滑輪組中各分支張力為：圖4-4牽引小車(chē)行走阻力S1=S2/η,S2=S3/η,S3=S4/η，……。即S2=S1η,S3=S1η2,S4=S1η3，(+η3+η4+η故作用在小車(chē)上的阻力：W5==S1（4-5）=(N)式中4.2.1.6牽引繩下垂度引起的阻力W6牽引繩下垂引起的阻力按下式計(jì)算：=925(N)（4-6）式中h—牽引繩的垂度，一般取為l30l—鋼絲繩自由懸垂部分長(zhǎng)度，m。4.2.2牽引繩最大張力作用在小車(chē)上的最大運(yùn)行阻力W為上述阻力之和，按下式計(jì)算：W=W1+W2+W3+W4+W5+W6（4-7）=912+122.5+4785+1250+4654+925=12648.5（N）牽引繩的最大張力S（在驅(qū)動(dòng)輪繞入端），按下式計(jì)算：S=Wη1=1η1(W1+W2+W3+W4+W5=式中4.2.3選擇牽引繩在牽引小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，牽引繩用最大工作拉力法設(shè)計(jì)如下：d=CS=0.095×13314=11mm式中d—鋼絲繩最小直徑，mm；C—選擇系數(shù)（mm/N），初選公稱抗拉強(qiáng)度為1770MPa的鋼絲繩，查表2-2取C=0.095；S—鋼絲繩最大工作靜拉力，S=13314N。選用鋼絲繩型號(hào)為：11NAT6X19+NF1770ZS190GB3811-2006[3]。4.2.4牽引卷筒計(jì)算4.2.4.1卷筒直徑的確定卷筒用于纏繞鋼絲繩，使小車(chē)進(jìn)行變幅行走，考慮到小車(chē)變幅時(shí)，鋼絲繩的繞入與繞出會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生脫繩，故選用曲面卷筒即可，其直徑及長(zhǎng)度的確定是由鋼絲繩尺寸來(lái)設(shè)計(jì)選?。▍⒖脊?-18），其最小值Dmin應(yīng)滿足：=25×11=275mm 式中Dmin—按鋼絲繩中心計(jì)算的卷筒的最小卷繞直徑，mmh—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，由表12-2選用h=25；d—鋼絲繩直徑，d=11mm查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)ZB/TJ80007.1-1987卷筒直徑系列取直徑D=400mm[3]。4.2.4.2變幅卷筒其它尺寸的確定 多層繞光面卷筒的繞繩部分長(zhǎng)度為：L0=??Z?d式中Z—直接纏繞在卷筒面上鋼絲繩圈數(shù)；d—鋼絲繩直徑，mm。設(shè)多層卷繞鋼絲繩各層的直徑分別為：D1、D2、D3……Dn，共繞n層，每層為Z圈，則卷筒的繞繩量為L(zhǎng)=Z已知DDD代入L=Z=ZπnD+nd故而Z=鋼絲繩的卷繞層數(shù)n不宜過(guò)大，否則變幅速度變化太大，通常取n=3根據(jù)變幅幅度和機(jī)構(gòu)要求取定L=180m，則鋼絲繩在卷筒上纏繞圈數(shù)為：Z=則多層纏繞卷筒繞繩部分的長(zhǎng)度為：L0=??Z?d=1.1×32×12=422.3mm，取為L(zhǎng)0=425mm。4.2.4.3卷筒壁厚計(jì)算卷筒壁厚一般先按經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于鑄鐵卷筒：δ鑄鋼或焊接卷筒：δ≈dmm式中D—卷筒直徑，mm；d—鋼絲繩直徑，mm。由于目前鑄造工藝的要求壁厚不宜過(guò)小，對(duì)于鑄鐵卷筒此處卷筒選用鑄鐵HT200，故其厚度δ=0.02D+6~104.2.4.4卷筒壁厚強(qiáng)度驗(yàn)算卷筒工作時(shí)，由于受鋼絲繩最大拉力Smax的作用，卷筒壁厚主要承受鋼絲繩纏繞箍緊所產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，以及扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力。當(dāng)卷筒長(zhǎng)度小于3倍直徑（L）時(shí)，彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力一般不超過(guò)壓縮應(yīng)力的10%~15%，因此可以略去不計(jì)，只按壓縮應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。為計(jì)算卷筒截面上的壓應(yīng)力，在壁厚為δ的卷筒上取寬度為繩槽節(jié)距t的圓環(huán)，并將其切開(kāi)，如圖3-6所示。由于δ遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于D，可以認(rèn)為圓環(huán)截面上的壓應(yīng)力為：σ則卷筒壁厚上的壓應(yīng)力為：（4-10）式中t—繩槽節(jié)距，對(duì)于光面卷筒t=d。（）；對(duì)鑄鐵此處材料為QT450-10，其σ 多層卷繞時(shí)，卷筒所受的壓力不是隨卷繞層數(shù)而成倍地增加。考慮到上層鋼絲繩對(duì)下層鋼絲繩的壓緊，使下層鋼絲繩在徑向產(chǎn)生彈性變形而使筒壁上應(yīng)力有所減少這一因素，并將其用應(yīng)力增加系數(shù)A予以表示后，則多層纏繞卷筒壓應(yīng)力計(jì)算公式為：（4-11）A—查表2-9系數(shù)A值取A=2.0[1]。故經(jīng)計(jì)算所設(shè)計(jì)卷筒滿足強(qiáng)度要求！4.3電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)按穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)功率進(jìn)行初選。穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)作用在驅(qū)動(dòng)輪上的力矩按下式計(jì)算：M=(W1+W2+W3+W4+W5+W6)0.2η2=12648.5×0.20.95=2663（式中R—驅(qū)動(dòng)輪的半徑，R=0.2m。4.3.1電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)功率P=（kW）（4-13）式中n—驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，n=r/min。選用YZR160L—8電動(dòng)機(jī)，其額定功率當(dāng)FC=25%時(shí)為9Kw，滿載轉(zhuǎn)速為694r/min[4]，從而可以估算出機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比：i=。式中nm—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min。4.3.2按最大起動(dòng)力矩驗(yàn)算其起動(dòng)時(shí)間變幅機(jī)構(gòu)在起動(dòng)階段，要使原來(lái)靜止的質(zhì)量開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩Tq除了克服靜阻力矩Tj外，還有一部分用來(lái)克服運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性阻力矩Tg，即Tq=Tj+Tg（N?m）靜阻力矩Tj按下式計(jì)算：Tj=（Nm）（4-14）其中Fj—小車(chē)運(yùn)行靜阻力（ND—車(chē)輪踏面直徑，m；i—減速器的傳動(dòng)比；η—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。慣性阻力矩Tg為：Tg=Jnm9.55t式中nm—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，nm=694r/min；tq—起動(dòng)時(shí)間，s；0.357+6000×9.8×0.4+0.012=1.01kgm2。g—重力加速度，g=9.8m/s2。因此，可有：tq=Jnm9.55T電動(dòng)機(jī)平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq，由表5-9選?。篢q=1.7×T25=1.7×123.8=210.5Nm