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山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
QTZ63型塔式起重機(jī)頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1.引言
二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，由于許多國(guó)家夷為廢墟，龐大而艱巨的家園重建工作，要求建筑施工實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，以加快建設(shè)進(jìn)度。作為建筑機(jī)械化主導(dǎo)機(jī)械，塔式起重機(jī)得以應(yīng)運(yùn)而迅猛發(fā)展。
1.1我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)發(fā)展概況
我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步，1953年由原民主德國(guó)引進(jìn)建筑師-Ⅰ型塔式起重機(jī)（Baumeister Ⅰ）,1954年撫順試制成功第一臺(tái)2-6t塔式起重機(jī)，仿建筑師-Ⅰ型。初名TQ2-6塔式起重機(jī)。首次在北京用于大型砌塊民用建筑施工，并取得成功。1965年列入國(guó)家生產(chǎn)計(jì)劃的沈陽建機(jī)廠開始批量生產(chǎn)紅旗Ⅱ-16型塔式起重機(jī)。
20世紀(jì)80年代隨著改革開放和國(guó)際技術(shù)交流增多，我國(guó)曾先后有原聯(lián)邦德國(guó).法國(guó).意大利及丹麥引進(jìn)了為數(shù)可觀的塔式起重機(jī)產(chǎn)品，特別是1984年由法國(guó)POTAIN公司引進(jìn)的三種機(jī)型（H3/36B.F0/23B.GTMR360B）的生產(chǎn)許可證，極大地促進(jìn)了我國(guó)塔式起重機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步。通過消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)基礎(chǔ)部件，如電動(dòng)機(jī).電器.回轉(zhuǎn)支承.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及安全裝置等進(jìn)行定點(diǎn)生產(chǎn)，一些生產(chǎn)主機(jī)的專業(yè)大廠還進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，增設(shè)鋼材預(yù)處理生產(chǎn)線，從而使國(guó)產(chǎn)塔式起重機(jī)的質(zhì)量迅速提高，一些主要機(jī)種已達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品質(zhì)量水平。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國(guó)范圍建筑任務(wù)的增加進(jìn)入了一個(gè)新的興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，全國(guó)塔式起重機(jī)總擁有約為10萬臺(tái)。塔式起重機(jī)出口業(yè)務(wù)曾一度極為興旺。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模，應(yīng)用范圍和塔式起重機(jī)總量來衡量，我國(guó)均堪稱世界首號(hào)塔式起重機(jī)大國(guó)。
改革開放以來，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛和投資規(guī)模的擴(kuò)大，促進(jìn)了建筑機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，為塔機(jī)行業(yè)提供了良好機(jī)遇和發(fā)展空間。
據(jù)有關(guān)方面提供的信息：我國(guó)西部開發(fā)建設(shè)、國(guó)家能源建設(shè)、煤炭基本建設(shè)、油田建設(shè)、住宅建設(shè)、城市地鐵建設(shè)等眾多項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2001～2005年全社會(huì)固定資產(chǎn)投資規(guī)模約為60000億元，用于購(gòu)置建筑機(jī)械的費(fèi)用每年約為700億元左右，其中相當(dāng)數(shù)額用于購(gòu)置塔機(jī)。
近幾年來，我國(guó)的塔式起重機(jī)制造行業(yè)發(fā)展速度很快。出現(xiàn)了一大批塔機(jī)制造廠家，開發(fā)了系列化塔機(jī)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品更新?lián)Q代，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)局面逐漸形成，特別是我國(guó)加入WTO以后，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈。為了塔機(jī)企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品。但是我們的塔機(jī)企業(yè)與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比存在一些不足之處，如產(chǎn)品檔次低，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，更新?lián)Q代速度慢，技術(shù)管理與生產(chǎn)管理落后等，因而難以有效地滿足市場(chǎng)不斷變化的需求，也制約了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
對(duì)比國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過認(rèn)真分析，我們認(rèn)為：其中一個(gè)重要的原因是與企業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重視程度和標(biāo)準(zhǔn)貫徹力度不足有很大的關(guān)系。企業(yè)要使產(chǎn)品技術(shù)性能的先進(jìn)性，結(jié)構(gòu)的合理性，操作使用的可靠性得到持續(xù)改進(jìn)，就必須不折不扣地達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，并結(jié)合工藝技術(shù)的完善和管理水平的提高，使產(chǎn)品的制造成本逐步降低。因此塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)、學(xué)習(xí)和貫徹工作就顯得十分重要。
1.2國(guó)外塔式起重機(jī)發(fā)展概況
據(jù)資料報(bào)道，目前生產(chǎn)塔式起重機(jī)的國(guó)家有：德、法、意、英、西班牙、丹麥、瑞典、南斯拉夫、波蘭、捷克、俄、日等。國(guó)外著名塔式起重機(jī)工廠生產(chǎn)的塔式起重機(jī)多達(dá)600多余種型號(hào)，擁有塔式起重機(jī)的最多的是德國(guó)和俄國(guó)。
20世紀(jì)末20余年國(guó)外塔式起重機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)是：
(1)組合塔式起重機(jī)得到迅速發(fā)展 所謂組合塔式起重機(jī)，就是以塔身為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔式起重機(jī)分解為若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循摸數(shù)制原理將各部分劃分并設(shè)計(jì)成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組拼成具有不同技術(shù)性能特點(diǎn)的塔式起重機(jī)，以滿足施工的具體要求。
(2)一些超重型塔式起重機(jī)相繼問世 近年來，由于大功率電站.高壩，近海石油轉(zhuǎn)井平臺(tái).天然氣轉(zhuǎn)井平臺(tái)以及石油化工業(yè)工業(yè)的發(fā)展的需要，對(duì)重型和超重型塔式起重機(jī)提出了更多更高的要求。目前，幅度70～90m，最大起重量為50～60t,起升高度100～300m的塔式起重機(jī)已非罕見。現(xiàn)今世界最大的超重型塔式起重機(jī)當(dāng)推法國(guó)POTAIN廠2005年推出的MD22500型塔式起重機(jī)，其最大幅度100m時(shí)的起重量為180t,起升高度為99m。
(3)適應(yīng)都市改建需要的城市塔式起重機(jī)應(yīng)運(yùn)而生并得到發(fā)展城市鬧市區(qū)改建工廠的特點(diǎn)是，場(chǎng)地狹窄，建筑基地面積小；建筑密度大，道路交通擁塞，塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)障礙多；地質(zhì)條件差，地下管道多；但道路交通不能中斷，所在地區(qū)銀行、商業(yè)銀行、商業(yè)辦公設(shè)施必須繼續(xù)正常營(yíng)業(yè)。為適應(yīng)這種都市改建工程的特點(diǎn)，西方某些工廠率先推出400～700 KN·m級(jí)的城市塔式起重機(jī)。在德國(guó)，把這種適應(yīng)在鬧市施工需要的“城市改建塔式起重機(jī)”,簡(jiǎn)稱為E Crane、經(jīng)濟(jì)塔式起重機(jī)。其特點(diǎn)是：
①采用短平衡臂，便于在建筑密集地區(qū)進(jìn)行架設(shè)、拆除、以避免在回轉(zhuǎn)過程中與建筑物突出部分發(fā)生矛盾。
②采用尺寸可在4m×4m～6m×6m范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)的X形底架，以利于在人行道上和馬路旁安裝固定。
③塔式起重機(jī)的塔尖（塔帽）、轉(zhuǎn)臺(tái)、司機(jī)室、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、小車、吊鉤滑輪、平衡臂以及臂架根部拼裝成一個(gè)擴(kuò)大組件。安裝后，接通電源即可投入運(yùn)行。
④運(yùn)輸方便快捷，一般只需三、四輛重型拖車便可將塔式起重機(jī)部件運(yùn)至工地，并可立即交付安裝。
⑤安裝架設(shè)速度快，450～900kN·m級(jí)E塔機(jī)借助液壓伸縮臂汽車起重機(jī)作為安裝輔機(jī)，在4～6天內(nèi)可安裝完成。
⑥采用較完善的調(diào)速、操縱系統(tǒng)和電子儀表。
1.3我國(guó)塔式起重機(jī)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域
(1)為適應(yīng)城鎮(zhèn)興建經(jīng)濟(jì)實(shí)用住房的需要，應(yīng)積極發(fā)展工效高.投產(chǎn)便捷可與汽車吊競(jìng)爭(zhēng)的160～250 kN·m級(jí)下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機(jī)的生產(chǎn)。與此同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)發(fā)展安裝投產(chǎn)均比較簡(jiǎn)便的輪胎式輕型塔動(dòng)兩用起重機(jī)。
(2)大力開發(fā)經(jīng)濟(jì)型城市塔式起重機(jī)。按額定起重力矩，這類塔式起重機(jī)分為三擋；450、600、1000 kN·m，最大幅度45、50、55m。臂端起重量分別為1、1.2、1.8t。主要用于大中城市見縫插針型的中高層或高層建筑的施工。
(3)適應(yīng)發(fā)展動(dòng)臂式自升塔式起重機(jī)和折曲式兩用臂架自升塔式起重機(jī)的生產(chǎn)，以適應(yīng)塔式起重機(jī)出口市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)大中城市內(nèi)某些特定工程和鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工的需要。
(4)積極開發(fā)和完善采用變頻調(diào)速系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)、繼續(xù)完善小車變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，頂升機(jī)構(gòu)，大車走行機(jī)構(gòu)的調(diào)速系統(tǒng)，務(wù)使加速、減速均能平穩(wěn)地變化，在突然剎車的情況下，無振動(dòng)沖擊現(xiàn)象。改變轉(zhuǎn)向時(shí)能自動(dòng)地減速?？傊瑧?yīng)大力改進(jìn)完善電控系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，以提高塔式起重機(jī)工作平穩(wěn)性、安全可靠性和生產(chǎn)效能。
(5)為了開拓塔式起重機(jī)出口市場(chǎng)，迎接加入WTO后所面臨的局面，今后推出的塔式起重機(jī)新產(chǎn)品必須按ISO有關(guān)規(guī)定對(duì)一些細(xì)部做法加以改進(jìn)。例如：為防止起升機(jī)構(gòu)卸載后出現(xiàn)的松繩、亂繩現(xiàn)象，應(yīng)加設(shè)排繩機(jī)構(gòu)；改進(jìn)一些輔助設(shè)施（如防護(hù)欄、扶梯、踏步、大燈防護(hù)罩、司機(jī)室活動(dòng)頂蓋及窗欄、吊臂上的走道板等）的構(gòu)造設(shè)計(jì)，完善其功能和固定的可靠性；改進(jìn)小車變幅綱絲繩斷繩保護(hù)裝置，以保證其靈敏和可靠等。
此外，按ISO規(guī)定：塔式起重機(jī)大車走行緩沖裝置應(yīng)通過可靠性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)車速不得小于5m/s；起重力矩在600 KN·m以上的塔式起重機(jī)，其懸掛式司機(jī)室懸掛高度不得低于20m，司機(jī)室內(nèi)不得設(shè)有容易觸發(fā)工傷事故的物件。ISO換規(guī)定：司機(jī)室吊頂應(yīng)平整，不得裝有影響室內(nèi)凈平頂高度的物件；司機(jī)室，門洞必須采用耐火材料制作；司機(jī)室內(nèi)應(yīng)備有消防器材；全部安全裝置均應(yīng)附裝壓簧；對(duì)司機(jī)室的噪聲，操縱臺(tái)上的控制裝置等ISO亦均有規(guī)定。總之塔式起重機(jī)新產(chǎn)品應(yīng)力求滿足上述要求。
1.4 塔式起重機(jī)的特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)以我國(guó)自行生產(chǎn)的QTZ63塔式起重機(jī)為例，該機(jī)為水平起重臂架，小車變幅，上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔機(jī)，其最大工作幅度為50米，最大起重量為6噸，起重力矩符合最新塔式起重機(jī)基本參數(shù)。該機(jī)的主要特色有：
(1)工作方式多，適用范圍廣。該機(jī)有無斜撐固定基礎(chǔ)式、帶斜撐固定基礎(chǔ)式、外墻附著式等工作方式，同時(shí)還可以根據(jù)需要變換臂長(zhǎng)為44m、 38m,以適用于各種不同的施工對(duì)象。無斜撐固定獨(dú)立的起升高度為37.5m,附著式是在獨(dú)立式的基礎(chǔ)上, 增加標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附著裝置而實(shí)現(xiàn)的，起升高度可達(dá)到140m,特殊訂貨請(qǐng)與廣東業(yè)豪機(jī)械制造有限公司聯(lián)系。
(2)工作速度高，調(diào)速性能好，工作平穩(wěn)可靠。采用帶有渦流制動(dòng)器的三速電動(dòng)機(jī)，使得起升機(jī)構(gòu)獲得理想的起升速度及荷重的慢就位。小車牽引機(jī)構(gòu)裝有電磁盤式制動(dòng)器，使工作機(jī)構(gòu)速度高且制動(dòng)平穩(wěn)可靠。采用液力偶合器和行星減速器驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使得塔機(jī)回轉(zhuǎn)起動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)，就位準(zhǔn)確，安全可靠。
(3)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)并國(guó)產(chǎn)化了的重量限制器、力矩限制器、高度限位器、幅度限位器、回轉(zhuǎn)限位器、回轉(zhuǎn)、牽引機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器具等安全裝置，以及小車防斷繩、防斷軸裝置，使塔機(jī)能適用于各種不同的施工環(huán)境，確保塔機(jī)工作可靠。
(4)駕駛室采用先進(jìn)的聯(lián)動(dòng)臺(tái)操縱各機(jī)構(gòu)動(dòng)作，操作容易，維修簡(jiǎn)單。
(5)設(shè)計(jì)完全符合或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
2設(shè)計(jì)任務(wù)書
2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)、目的及意義
無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，塔式起重機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)中都起作非常重要的地位。它是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志，是人類建設(shè)不可缺少的重要設(shè)備，它的高效性、安全穩(wěn)定性是塔機(jī)行業(yè)較普遍關(guān)心和注意的問題。在我國(guó)每年因塔機(jī)安全方面引起的傷亡事故較多，給不少的家庭和社會(huì)造成了嚴(yán)重的影響和巨大的損失。為了減少或避免事故的發(fā)生，在塔機(jī)整體設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各相關(guān)參數(shù)，以人為本、安全第一的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)。
本設(shè)計(jì)以我國(guó)自行生產(chǎn)的QTZ63塔式起重機(jī)為例，該機(jī)為水平起重臂架，小車變幅，上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔機(jī)，其最大工作幅度為50米，最大起重量為6噸，起重力矩符合最新塔式起重機(jī)基本參數(shù)。在進(jìn)行實(shí)地測(cè)量機(jī)器各部件的基礎(chǔ)上繪制機(jī)構(gòu)圖。在保證能恢復(fù)原機(jī)的前提下拆分機(jī)器，拆卸前畫出裝配結(jié)構(gòu)示意圖，在拆卸的過程中不斷修正，注意零件的作用和相互關(guān)系，進(jìn)行零件的測(cè)繪并繪制裝配圖，在測(cè)繪的過程中，探索其構(gòu)思過程和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，吸取其技術(shù)精華，并對(duì)其不足之處進(jìn)行改善，把自己的設(shè)計(jì)思想融入其中。
2.2 產(chǎn)品的用途及適用范圍
該塔式起重機(jī)適用于高層大樓，居民住宅，高層工業(yè)建筑，大跨度工業(yè)廠房及采用滑模法施工的高大煙囪及筒倉(cāng)等大型建筑工程中。
2.3 基本技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)
QTZ63型塔式起重機(jī)的技術(shù)性能參數(shù)如表2-1所示
表2-1 QTZ63塔型式起重機(jī)的技術(shù)性參數(shù)
項(xiàng)目
單位
數(shù)值
起重力矩
整機(jī)質(zhì)量（平衡重除外）
kN·m
㎏
630
26186
最大起重量
t
6
頂升速度
m/min
0.69
起升高度
m
37.5
起升速度
m/min
20
最大回轉(zhuǎn)半徑
m
51.8
頂升機(jī)構(gòu)流量
l/min
10
液壓泵壓力
MPa
20
工作溫度
℃
-20～40
2.4 頂升機(jī)構(gòu)工作原理
首先用起重吊鉤將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)吊起，使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上端水平斜腹桿中部置于引進(jìn)小車吊鉤上，然后用吊鉤再吊起一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，移動(dòng)變幅小車至適當(dāng)位置。準(zhǔn)備頂升，先將油缸活塞桿縮回，把頂升橫梁兩端的銷軸準(zhǔn)確放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的踏步口正中靠底，拆去下支座與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的全部連接螺栓，然后稍微向上頂升一點(diǎn)套架，再重復(fù)調(diào)整滾輪間隙至最佳狀態(tài)，同時(shí)觀察下支座與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的套管是否能對(duì)位比較準(zhǔn)，如不準(zhǔn)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整變幅小車位置。對(duì)位好后，繼續(xù)頂升套架1.4米左右，使爬升銷軸踏在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的踏步上（兩爬升銷軸必須處于水平狀態(tài)并處于同一水平面上，并同時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步貼合）。爬升銷軸踏好后，再縮回液壓缸活塞桿，同時(shí)仔細(xì)觀察左右爬爪與踏步的貼合情況以及受力構(gòu)件有無異響、變形等異常情況（此時(shí)頂升橫梁還在原踏步內(nèi)）。確認(rèn)正常后，使頂升橫梁兩端銷軸進(jìn)入上面的踏步口中，確定頂升橫梁兩端的銷軸都放進(jìn)踏步口后，繼續(xù)頂升套架約1.6米，人工通過引進(jìn)梁和引進(jìn)小車把引進(jìn)鉤上的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拉入至套架內(nèi)塔身已固標(biāo)準(zhǔn)節(jié)正上方。而后，緩慢縮回液壓缸活塞桿，同時(shí)使引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)對(duì)正塔身已固標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，落好后，（此時(shí)頂升橫梁應(yīng)繼續(xù)放在踏步內(nèi)）。取下引進(jìn)小車吊鉤。將剛引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與塔身已固標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用特制高強(qiáng)度螺栓連接起來，用雙螺母緊固好。至此塔身加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的工作已完成，確認(rèn)正常后，縮回活塞桿，進(jìn)入上述工作循環(huán)，準(zhǔn)備加下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的頂升作業(yè)。
2.5 關(guān)鍵問題及其解決方案
頂升作業(yè)的關(guān)鍵問題就在于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的高度為2.8m,而液壓油缸的行程為1.6m,所以需要頂升兩個(gè)行程才能加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。這就涉及到一個(gè)換步的問題，就是在第一次頂升1.4m后，通過爬升銷軸踏在踏步內(nèi)，平衡臂以及上部重量通過套架和爬升銷軸轉(zhuǎn)移到塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，所以爬升銷軸的強(qiáng)度以及套架的關(guān)鍵尺寸是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題。
2.6 塔式起重機(jī)的構(gòu)造
金屬結(jié)構(gòu)主要包括：基礎(chǔ)節(jié)、塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、套架、上下支座、過渡節(jié)、塔帽、起重臂、平衡臂、以及附著裝置等。
2.6.1基礎(chǔ)節(jié)
塔身基礎(chǔ)節(jié)主弦桿用角鋼扣方而成，與其它型材組焊而成的整體框架結(jié)構(gòu)，下端通過法蘭與預(yù)埋基礎(chǔ)底架用高強(qiáng)地腳螺栓相連，上端用16件M30高強(qiáng)螺栓與塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相連，基礎(chǔ)節(jié)中心線尺寸為：1665×1665×2800。
如圖2-1：
圖2-1 基礎(chǔ)節(jié)
2.6.2塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿亦是用角鋼扣方而成，扣方的主弦桿與其它型鋼桿件焊接而成，主弦桿中心線為：1665×1665×2800，每節(jié)之間用16件M30級(jí)特制高強(qiáng)螺栓聯(lián)接。如圖3-2：
圖2-2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
2.6.3套架
套架由套架結(jié)構(gòu)、平臺(tái)、欄桿、滾輪總成、爬升銷軸等組成，安裝套架時(shí)，開口方向應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)焊有踏塊的方向相反，套架結(jié)構(gòu)安裝前應(yīng)先裝好滾輪，8套滾輪應(yīng)裝在規(guī)定的位置。如圖3-3：
圖2-3 套架
2.6.4塔帽
塔帽是由角鋼，方管、鋼板等組焊成的斜錐體，上端通過拉桿使起重臂與平衡臂保持水平，下端用16支M30×100螺栓與回轉(zhuǎn)塔身連接，為了安裝吊臂拉桿和平衡臂拉桿，在塔頂上部設(shè)有工作平臺(tái)和滑輪組。
2.6.5起重臂
起重臂是組合式可變結(jié)構(gòu),共分九節(jié)。起重臂上、下弦桿都是用兩條角鋼拼焊而成的方管，整個(gè)臂架為三角形截面，節(jié)與節(jié)之間用銷軸連接，拆裝方便，為了提高起重性能，減輕吊臂的重量，吊臂采用雙吊點(diǎn)變截面空間桁架結(jié)構(gòu)，在起重臂第一節(jié)放置小車牽引機(jī)構(gòu)，在小車上設(shè)置有吊籃，便于安裝與維修，臂架根部第一節(jié)與回轉(zhuǎn)塔身用銷軸連接。為了保證起重臂水平，在第二節(jié)、第六節(jié)臂設(shè)有兩吊點(diǎn)，通過這兩點(diǎn)與塔帽連接。
起重臂在組裝時(shí)，必須嚴(yán)格按照每節(jié)臂上序號(hào)標(biāo)記組裝，不允許錯(cuò)位或隨意組裝，起重臂最長(zhǎng)為50米，根據(jù)施工要求也可以組裝成44米臂長(zhǎng)和38米臂，其中變44米臂長(zhǎng)時(shí)，拉桿吊點(diǎn)位置不變；變38米臂長(zhǎng)時(shí)拉桿吊點(diǎn)位置也不變。兩組起重臂拉桿上端通過特制的銷軸與塔帽耳板連接，其下端通過特制銷軸分別與起重臂上弦桿的吊點(diǎn)銷孔連接而將起重臂懸掛為水平形式。
50米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+7+8+9
44米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+7+9
38米臂組裝順序：1+2+3+4+5+6+9
2.6.6平衡臂
平衡臂為工字鋼及角鋼組焊而成的結(jié)構(gòu)，分兩節(jié)，用耳板銷軸連接，平衡臂上設(shè)有欄桿及過道，尾部設(shè)置工作平臺(tái)，平衡臂的一端用兩根特制的銷軸與回轉(zhuǎn)塔身相連，另一端組合剛性拉桿同塔帽相連，尾部裝有平衡重和起升機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)本身有獨(dú)立的底座，用四根銷軸平衡在平衡臂上，平衡重的重量隨吊臂長(zhǎng)度改變而變化，50米臂時(shí)為13噸，44米臂時(shí)為12噸，38米臂時(shí)為11噸。平衡臂拉桿分兩組，通過特制的銷軸分別將塔帽和平衡臂尾部的拉桿耳板連接，將平衡臂掛至水平位置。
2.6.7上支座
上支座上部用16個(gè)M30×100高強(qiáng)度螺栓與回轉(zhuǎn)塔身底部的法蘭板連接，下部用36個(gè)M24高強(qiáng)度螺栓與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈連接，在上支座兩側(cè)對(duì)稱地安裝兩套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，安裝在它下部的小齒輪準(zhǔn)確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合。
2.6.8下支座
下支座是上部通過回轉(zhuǎn)支承與上支座連接，下部與塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和套架連接的金屬結(jié)構(gòu)，它主要是由鋼板拼焊而成的，它的上部平面用36個(gè)M24高強(qiáng)度螺栓與回轉(zhuǎn)裝置的外齒圈連接，支承上部結(jié)構(gòu)，下部四個(gè)支腳和四角平面分別用16套M30×100高強(qiáng)度螺栓與套架連接，用16套M30級(jí)高強(qiáng)度螺栓與塔身連接。
2.6.9回轉(zhuǎn)塔身
回轉(zhuǎn)塔身是用角鋼扣方而成的主弦桿與其它形鋼組焊而成的,上端用法蘭與塔帽連接,下端通過法蘭與上支座連接。
2.6.10駕駛室
駕駛室為外掛式，其下部通過支承槽鋼與上支座連接，如有特別要求，還可在司機(jī)室上部通過拉桿斜拉在塔帽主弦桿上，以使司機(jī)室更穩(wěn)固。
2.7工作機(jī)構(gòu)
工作機(jī)構(gòu)包括：起升機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)及液壓頂升機(jī)構(gòu)等裝置，分別簡(jiǎn)介如下
2.7.1起身機(jī)構(gòu)
QTZ63塔式起重機(jī)采用了YZTD225L2-4/8/32三速帶渦流制動(dòng)電機(jī)，通過帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器帶動(dòng)變速箱再驅(qū)動(dòng)卷筒獲得三種繩速，根據(jù)吊重再選擇不同的滑輪倍率。當(dāng)選用2繩時(shí)，速度可達(dá)到10、40、80米/分三種；若選用4繩時(shí)，則速度達(dá)到5、20、40米/分三種。這樣對(duì)于不同的起吊重量有不同速度，以充分滿足施工要求。為達(dá)到啟動(dòng)和制動(dòng)迅速又平穩(wěn)，在電動(dòng)機(jī)的另一端帶有渦流制動(dòng)器。在變速箱的輸入軸聯(lián)軸器上裝有YWZ315/45型液壓推桿制動(dòng)器，起升機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，制動(dòng)機(jī)構(gòu)永遠(yuǎn)處在制動(dòng)位置。在卷筒軸另一端裝有高度限位器，高度取位器可根據(jù)實(shí)際需要的高度進(jìn)行調(diào)整。
2.7.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)YZR132M-6/2.2kw電機(jī)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)液力偶合器帶動(dòng)小齒輪,從而帶動(dòng)塔機(jī)上部的起重臂、平衡臂等左右回轉(zhuǎn)，其速度為0.62rpm，由于采用液力偶合器聯(lián)結(jié)，因此塔機(jī)在起動(dòng)和制動(dòng)中平穩(wěn)無沖擊。內(nèi)置式電磁停止器可對(duì)塔機(jī)起重臂作精確定位，使得物品就位準(zhǔn)確。
2.7.3小車牽引機(jī)構(gòu)
小車牽引機(jī)構(gòu)是載重小車變幅的驅(qū)動(dòng)裝置，由YDEJ132S-4/8二速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由液力推動(dòng)制動(dòng)器，擺線針輪減速器帶動(dòng)卷筒，通過鋼絲繩（6×19-7.7-170-I-甲-鍍-右交GB1102-74）使載重小車以20/40米/分的速度在臂架軌道上來回變幅運(yùn)動(dòng)。兩牽引繩均一端纏繞后固定在卷筒上，另一端則固定在載重小車上，變幅時(shí)靠繩的一收一放來保證載重小車正常工作。
3.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
3.1頂升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的確定
1）頂升力的計(jì)算
頂升力按頂升部件的總重力和頂升過程中的摩擦阻力計(jì)算。摩擦阻力和風(fēng)阻力可取為被頂升部件總重力的10％～20％。
上回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)的頂升力
(3.1)
式中 —頂升部件總重力;這里 ;
—附加載荷影響系數(shù)，通常取;
—頂升力與回轉(zhuǎn)軸線的夾角。
起重機(jī)的頂升力F隨塔身的接高而變化，即從逐漸向增大，頂升力和回轉(zhuǎn)軸線的夾角
得頂升機(jī)構(gòu)在最大負(fù)載。
2）頂升速度和功率
塔式起重機(jī)的頂升工作不頻繁，因此頂升速度底。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮安全性，可取,下放速度不宜大于頂升速度。
頂升功率
(3.2)
式中η—頂升機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率，η取；
v—頂升速度（m/s）.v取0.0115
得
3）液壓油缸的選型計(jì)算
為適應(yīng)不同液壓設(shè)備的需要，液壓設(shè)計(jì)有不同的壓力級(jí)，一般根據(jù)液壓設(shè)備的工作性質(zhì)確定液壓系統(tǒng)的壓力。
表3-1 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力
主機(jī)類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)
液壓機(jī)
中、大型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力P(Mpa)
≤2
3～5
≤8
8～10
10～18
20～32
根據(jù)上表暫選20Mpa作為初定液壓系統(tǒng)的壓力。
圖3-1 油缸直徑示意圖
(3.3)
式中P—油缸壓強(qiáng) 這里
D—油缸直徑
要使所選油缸產(chǎn)生的推力能完成頂升過程，則必須，
可推出
根據(jù)液壓傳動(dòng)表來確定活塞桿的直徑
表3-2 液壓缸活塞桿直徑推薦值
活塞桿受力情況
受拉伸
受壓強(qiáng),工作壓力P1(MPa)
P1≤5
5＜P1≤7
P1＞7
活塞桿直徑d
(0.1～0.5)d
(0.5～0.55)d
(0.5～0.7)d
0.7d
由上表即可知活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.7D的關(guān)系
按GB2348—80將這些圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：;;
根據(jù)上面數(shù)據(jù)選擇工程液壓缸，型號(hào)為 HSG L01-125/90E-1 121-1600×1920
液壓油缸的流速q：
(3.4)
式中 D—液壓缸直徑(m)
—頂升速度(m/s)
得
4）液壓泵的確定
液壓缸在頂升過程中最大工作壓力為,
如取進(jìn)油回路上的壓力損失為0.8MPa，則液壓泵的最大工作壓力為：
液壓泵向液壓缸提供的最大流速為8.46l/min，若回路中泄露按液壓缸輸入
10％估計(jì),則液壓泵要提供的流速為：
；
根據(jù)以上壓力和流速的數(shù)據(jù)查閱產(chǎn)品目錄，確定最后用16GY14-1B液壓泵。該泵的總效率為左右，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需要的功率為：
； （3.5）
式中—液壓泵的最大工作壓力；
—液壓泵的最大流速；
根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，選定Y132S-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為5.5 kw。
5）閥類元件及輔助元件的確定
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)和規(guī)格，列于表3-3中
3-3 液壓元件表
元件名稱
估計(jì)通過的最大流速l/min
型號(hào)
額定流速l/min
額定壓力
MPa
高壓柱塞泵
9.306
16GY14-1B
24
20
高壓溢流閥
10
YF-L32H
32
25
壓力表開關(guān)
—
K-6B
—
—
安全閥
10
AXQF-E10B
10
25
三位四通換向閥
10
34DY-15BY
15
25
低壓溢流閥
10
Y-10B
10
25
平衡閥
10
YF3-E10B
10
25
6）液壓系統(tǒng)原理圖及工作過程
圖3-2 液壓系統(tǒng)原理圖
液壓頂升系統(tǒng)的工作，主要是靠安裝在套架內(nèi)側(cè)面的一套液壓油缸、泵、閥和油壓系統(tǒng)來完成。當(dāng)需要頂升時(shí)，由起重吊鉤吊起標(biāo)準(zhǔn)節(jié)送進(jìn)引入架，拆去塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與下支座的16個(gè)M36的連接螺栓，開動(dòng)電機(jī)使液壓缸工作，頂升上部結(jié)構(gòu)之后借助操縱爬升銷軸支持上部重量，收回活塞，再次頂升，這樣兩次工作循環(huán)可接一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。液壓頂升過程的液壓動(dòng)力是這樣傳遞的，當(dāng)Y132S-4型5.5kw的電機(jī)開動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)油泵，輸出20MPa的油壓和10l/min流量液壓動(dòng)力。油泵供出的高壓油進(jìn)入手動(dòng)三位四通換向閥，中間裝有一支Y-60壓力表，便于觀察油壓讀數(shù)，手動(dòng)換向閥為的是控制油液的進(jìn)油和回油的方向，然后手動(dòng)換向閥的液壓油經(jīng)過平衡閥送到油缸中去進(jìn)行油缸的伸縮頂升工作。工作油缸的高壓腔接有平衡閥，主要是防止起重機(jī)在自升過程中，由于油路系統(tǒng)故障引起起重機(jī)超速下降。
3.2塔式起重機(jī)頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
過程作簡(jiǎn)單的描述如圖3-3：（1）將頂升橫梁兩端的軸頭放入踏步的半圓槽內(nèi)；（2）啟動(dòng)動(dòng)液壓系統(tǒng)使活塞桿伸出，找正塔機(jī)頂部的平衡；繼續(xù)啟動(dòng)液壓系統(tǒng)直至兩個(gè)爬升銷軸能擔(dān)在上面一個(gè)踏步上；（3）將兩個(gè)爬升銷軸推進(jìn)同時(shí)操縱換向閥停止頂升而后轉(zhuǎn)為活塞桿收縮，直到頂升橫梁兩端的軸頭能放入上面一個(gè)踏步的槽內(nèi)為止；（4）再次使油缸活塞桿伸出，直到塔身上方恰好有能裝入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的空間。然后引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，由以上過程可以看出：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步、頂升橫梁和爬升銷軸等件在塔機(jī)的頂升過程起關(guān)鍵作用。
圖3-3頂升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步的設(shè)計(jì)
工作過程如下：外套架上端以銷軸連接下支座，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上焊接塔步，液壓油缸安裝在外套架的橫梁上。油缸產(chǎn)生的推力通過頂升橫梁作用在塔步上，靠反作用力將套架及套架以上部件向上抬起，超過標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一半的高度后，靠爬升銷軸卡在塔步上，將套架固定。油缸縮回帶動(dòng)頂升橫梁跨在上一個(gè)塔步上，取下爬升銷軸繼續(xù)頂升。當(dāng)下支座和已安裝的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的空間足以放下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，在外套架外部引入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，并與下一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)接連接緊固。下面以QTZ63塔式起重機(jī)為例， 進(jìn)行頂升機(jī)構(gòu)的受力分析：
踏步的計(jì)算包括踏步焊縫剪應(yīng)力和踏步與頂升橫梁軸頭的接觸應(yīng)力的計(jì)算兩部分；
（1）計(jì)算焊縫剪應(yīng)力：踏步類似于建筑結(jié)構(gòu)中的牛腿，圖4是QTZ63塔s式起重機(jī)踏步的結(jié)構(gòu)尺寸和受力分析簡(jiǎn)圖，從受力簡(jiǎn)圖上可以看到，載荷Q對(duì)焊縫產(chǎn)生剪切應(yīng)力之外，還應(yīng)該考慮軸頭中心到主肢的距離e產(chǎn)生的彎距對(duì)焊縫的影響，用下面的公式來計(jì)算焊縫的當(dāng)量剪切應(yīng)力:
; (3.6)
式中：Q —單踏步承受的頂升重量，;
e —軸頭中心到焊縫型心的距離,112mm
hf —焊縫高度，240mm
lm —焊縫長(zhǎng)度，14mm
—焊縫許用剪切應(yīng)力，101.2MPa.
圖3-4踏步結(jié)構(gòu)尺寸和受力圖
得，可以滿足要求。
（2）踏步接觸應(yīng)力計(jì)算：根據(jù)材料力學(xué)的公式，不同直徑的半圓柱體產(chǎn)生的接觸應(yīng)力
, （3.7）
其中：，—分別是軸頸和踏步的接觸面圓弧部半徑，，，
Q—為單踏步承受的頂升重量，;
E—彈性模量，;
L—接觸面寬度，28mm;
踏步材料：Q235A，許用接觸應(yīng)力 .
得;
從計(jì)算上來看，計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力，因此，不會(huì)有變形的可能。
2）頂升橫梁的載荷及強(qiáng)度計(jì)算
除去踏步之外，在塔機(jī)頂升時(shí)，頂升橫梁也是一個(gè)也是一個(gè)核心的受力件。圖3-5是QTZ63塔機(jī)的頂升橫梁的結(jié)構(gòu)圖：
圖3-5頂升橫梁結(jié)構(gòu)圖
自升式塔機(jī)在頂升時(shí)，應(yīng)使各部件的重心在落在頂升中心線上。通過計(jì)算配重的重量和調(diào)整吊重的位置來保證。經(jīng)計(jì)算，QTZ63塔式起重機(jī)的頂升包含以下部件：塔頂、平衡臂、平衡重、起升機(jī)構(gòu)、平衡臂拉桿、司機(jī)室、起重臂、起重臂拉桿、變幅機(jī)構(gòu)、載重小車、吊鉤、上轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、下轉(zhuǎn)臺(tái)、半節(jié)、電氣系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（共兩節(jié)）、套架、液壓系統(tǒng)等?？傊亓?。由于液壓油缸中心線是傾斜的，載荷G會(huì)產(chǎn)生水平分力，經(jīng)計(jì)算，油缸中心線傾斜的最大角度為3.8度，水平載荷Gy=G×tan(3.8)=13.656KN。由于頂升橫梁上的油缸支腳間距為100，應(yīng)將載荷分解為兩個(gè)相同的數(shù)值，單支腳垂直載荷，水平載荷.
圖3-6是頂升橫梁的主視圖
圖3-6 頂升橫梁主視圖
其中的集中載荷和通過頂升橫梁作用在兩端的塌步上。從圖上可以看出，我們需要校核A—A和B—B兩斷面應(yīng)力，B—B斷面的剪切應(yīng)力和兩端軸頸的接觸應(yīng)力。
根據(jù)材料力學(xué)的公式，經(jīng)計(jì)算A—A和B—B兩斷面的彎距
；
圖3-7為頂升橫梁的A-A斷面圖，可以用積分的方法計(jì)算出該斷面的截面特性：
圖3-7頂升橫梁A-A面斷面圖
慣性距
抵抗距
圖3-8是頂升橫梁的B-B斷圖面，同樣可以用積分的方法計(jì)算該斷面的截面特性：
圖3-8 頂升橫梁B-B面斷面圖
慣性距
抵抗距
由此可計(jì)算出兩斷面的應(yīng)力：
應(yīng)力疊加后
;
;
頂升橫梁的材料為Q235A, 按載荷組合B計(jì)算許用應(yīng)力，
許用抗壓彎應(yīng)力: ;
許用剪切應(yīng)力: ；
可見，頂升橫梁的強(qiáng)度滿足要求。
軸頸斷面接觸應(yīng)力：
（3.8）
其中：，—分別是軸頸和踏步的接觸面圓弧部半徑，，，
P—和的合力, ;
E—彈性模量，;
L—接觸面寬度，;
得；
按材料力學(xué)最基本的擠壓計(jì)算方法:
（3.9）
其中：R—為接觸面半徑，；
L—為接觸面寬度，；
P—為和的合力, ;
得；
軸頸材料：30調(diào)質(zhì)，許用接觸應(yīng)力；
可見，無論用哪一種方法計(jì)算軸頸接觸應(yīng)力均能滿足要求。
3）爬升銷軸的設(shè)計(jì)
爬升銷軸放入踏步內(nèi)的簡(jiǎn)圖如下
圖3-9 爬升銷軸受力簡(jiǎn)圖
這是一個(gè)懸臂梁，其中的集中載荷 P為踏步作用在爬升銷軸上的力?？梢钥闯?，
A-A斷面受彎距最大，需要計(jì)算A—A斷面的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力：
銷軸A—A斷面的彎距;
銷軸直徑50mm,面積.
抵抗距 .
由此可以計(jì)算，銷軸剪切應(yīng)力;
彎曲應(yīng)力;
銷軸材料： 40Cr調(diào)質(zhì)處理，; ;
所以銷軸滿足要求。
4）頂升套架的設(shè)計(jì)
QTZ63外套架式液壓自升式塔式起重機(jī)的頂升過程：將起重臂調(diào)整到正前方向（與引進(jìn)梁同向），并把要加的塔身節(jié)按此方向在地面排好。吊起一個(gè)塔身節(jié)掛在引進(jìn)梁小吊鉤上，這時(shí)卸下下轉(zhuǎn)臺(tái)與塔身節(jié)之間的高強(qiáng)度螺栓。將頂升橫梁兩端的軸頭放入踏步的槽內(nèi)，開動(dòng)液壓系統(tǒng)使活塞桿伸出20～30 mm,使下轉(zhuǎn)臺(tái)與塔身節(jié)結(jié)合面剛剛分開。同時(shí)，要使回轉(zhuǎn)電磁制動(dòng)器起作用以保證起重臂不再左右擺動(dòng)。將爬升銷軸抽出后操縱液壓系統(tǒng)使活塞桿繼續(xù)伸出，直至頂升橫梁兩端軸頭能擔(dān)在上面一個(gè)踏步上時(shí)，將兩個(gè)爬升銷軸推進(jìn)同時(shí)操縱換向閥停止頂升而后轉(zhuǎn)為活塞桿收縮，此時(shí)爬升銷軸應(yīng)可靠地放在踏步上，直到頂升橫梁兩端的軸頭能放入上面一個(gè)踏步的槽內(nèi)為止，然后再次使油缸外伸（軸頭離開踏步后馬上將爬升銷軸抽出）直到塔身上方有能裝入一個(gè)塔身節(jié)的空間。這時(shí)將掛在引進(jìn)梁外端的塔身節(jié)引入套架內(nèi)與塔身對(duì)正螺栓孔，然后縮回油缸至上下塔身節(jié)連接面接觸，用高強(qiáng)度螺栓將兩塔身節(jié)連接牢固，將引進(jìn)吊鉤拉至最外端，然后油缸繼續(xù)縮回，使下轉(zhuǎn)臺(tái)落在新加的塔身節(jié)上，用高強(qiáng)度螺栓連接牢固。至此，完成了一次頂升過程。
套架中液壓油缸型號(hào)選定以及頂升橫梁、爬升銷軸、滾輪等關(guān)鍵件定位尺寸的確定，首先應(yīng)先知道以下幾個(gè)尺寸：
（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度H=2800mm；（2）踏步圓弧中心與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上下兩平面的距離h1=470、h2=930；（3）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水平斜腹桿上平面到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上平面的距離A=125mm和水平斜腹桿的高度尺寸B=50mm（4）下轉(zhuǎn)臺(tái)底面到水平腹桿下底面（引進(jìn)梁上平面）的距離D=265mm；（5）引進(jìn)梁上平面到引進(jìn)吊鉤內(nèi)腔的距離E=308mm；（6）頂升橫梁軸頭與油缸支座中心距F=3mm；（7）踏步外沿上平面到踏步底面的距離T=140mm；（8）踏步槽（頂升橫梁軸頭）半徑R=30mm。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步位置要與套架協(xié)調(diào)定位，為防止踏步與高強(qiáng)度螺栓干涉，所以確定踏步圓弧中心與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上下兩平面的距離h1、h2還需要：①連接套長(zhǎng)度G=130mm；②選用的高強(qiáng)度螺栓長(zhǎng)度J=320mm、螺母厚度K=20mm；③踏步圓弧中心到踏步上下兩平面的距離M=160mm、N=120mm。設(shè)計(jì)可分四步來進(jìn)行：
引進(jìn)梁
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
上支座 頂升橫梁
圖3-10 頂升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸
確定液壓油缸行程和安裝距
先根據(jù)已知尺寸計(jì)算出引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)需要的最小空間L,
L=E-D+(A+B)+H+30=3048
30—為引進(jìn)時(shí)兩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的間距
L也就是液壓油缸的兩次行程至少要頂升的距離，根據(jù)L可以確定需要的液壓油缸的最小行程Pmin:
Pmin = L － H/2 ＋ Q =1593mm
同時(shí)，因?yàn)樯舷聝蓪訚L輪的間距越大，套架整體受力越好，所以可根據(jù)上滾輪最高不能超過標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的上平面的原則，再由尺寸3048 mm確定上滾輪橫梁的位置，初定上滾輪橫梁距離套架頂部橫梁3268 mm。
確定爬升銷軸的位置
確定爬升銷軸位置的原則是：①在頂升換步時(shí)與頂升橫梁軸頭不干涉；②盡量地便于在套架主肢上生根定位。
在塔機(jī)正常狀態(tài)時(shí)，爬升銷軸應(yīng)在踏步附近。如果爬升銷軸在踏步槽上方，那么在第一次頂升時(shí)就會(huì)減少頂升高度，造成第一次頂升完畢換步時(shí)頂升橫梁銷軸低于踏步槽，無法進(jìn)行第二次頂升。由此可以看出爬升銷軸應(yīng)低于踏步槽或與踏步槽同一位置。如果低于踏步槽，這樣在第一次頂升時(shí)就會(huì)增加油缸行程，但是不應(yīng)超過油缸的最大行程。即踏步槽和爬升銷軸的最小中心距Umin 為0，最大中心距Umax為：
;
由于爬升銷軸只在第一次頂升縮回油缸時(shí)將爬升銷軸放入踏步內(nèi)起支撐上部重量的作用，所以在本設(shè)計(jì)中將爬升銷軸的位置與踏步槽中心定為0。即在第一次頂升的時(shí)候頂兩個(gè)踏步間的距離為1400mm.由于油缸的行程為1600mm,所以能滿足要求。
為防止在連接高強(qiáng)度螺栓時(shí)踏步干涉，所以上下兩層踏步的極限位置是：兩塔身節(jié)連接后上層踏步上平面至少低于高強(qiáng)度螺栓下端面一個(gè)螺母厚度； 下層踏步底面至少高于連接套上平面一條高強(qiáng)度螺栓長(zhǎng)度。即：
;
所以準(zhǔn)節(jié)上踏步圓弧中心距離標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上平面 , 的尺寸合乎要求，無須重新定位。
根據(jù)平臺(tái)定位原則確定上層平臺(tái)距離套架上水平腹桿1100mm,上下兩平臺(tái)間距為2000。這樣人站在上下平臺(tái)上便于操作。
4.使用說明書
4.1頂升作業(yè)
第一步：先將要加的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)吊至塔身引入的方向一個(gè)個(gè)依次排列好，然后將大臂旋轉(zhuǎn)至引進(jìn)橫梁的正上方，打開回轉(zhuǎn)制動(dòng)開關(guān)，使回轉(zhuǎn)處于制動(dòng)狀態(tài),用吊鉤吊起一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，放到引進(jìn)橫梁的吊鉤上。這時(shí)塔式起重機(jī)的上部重心落在頂升油缸上的鉸點(diǎn)位置上，最后卸下轉(zhuǎn)臺(tái)與塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的8 個(gè)M30的連接螺栓，將頂升橫梁兩端的軸頭放入塔身的踏步槽內(nèi)。
第二步：開動(dòng)液壓系統(tǒng)使活塞桿伸出20～30mm。使下支座與塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)結(jié)合面剛剛分開，然后將爬升銷軸抽出后操縱液壓系統(tǒng)使活塞桿繼續(xù)伸出，大約頂升1.4米左右，使爬升銷軸能準(zhǔn)確的放入踏步槽內(nèi)。
第三步：這時(shí)操縱液壓的換向閥，使活塞桿收縮，使頂升橫梁的兩端軸頭能放在上一個(gè)踏步槽內(nèi)，繼續(xù)操縱液壓系統(tǒng)頂升1.6米左右，使塔身上方剛好能裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的空間。
第四步：將一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過引進(jìn)橫梁人工拉到塔身的正上方，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的螺栓連接孔，先將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)下方的螺栓連接好。然后，縮回活塞桿至上、下標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接觸吻合后，用8個(gè)M30的高強(qiáng)度螺栓將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和下支座按一定的予緊力連接可靠。即完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的加節(jié)過程。
4.2頂升過程的注意事項(xiàng)
（1）頂升過程中必須利用回轉(zhuǎn)制動(dòng)器將吊鉤鎖住，嚴(yán)禁吊臂回轉(zhuǎn)，保證起重臂與引入塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的方向一致。
（2）加完一個(gè)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)后，若需吊臂回轉(zhuǎn)，起吊下一塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，則必須使塔身各弦桿和下支座至少有一個(gè)4套M30高強(qiáng)度螺栓相連接。
4.3液壓頂升系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)
（1）使用液壓油嚴(yán)格按潤(rùn)滑表中的規(guī)定進(jìn)行加油和換油，并清洗油箱內(nèi)部。
（2）溢流閥的壓力調(diào)整后，不得隨意更動(dòng)，每次進(jìn)行爬升之前，應(yīng)用油表檢查其壓力是否正常。
（3）應(yīng)經(jīng)常檢查各部管接頭是否緊固嚴(yán)密，不準(zhǔn)有漏油現(xiàn)象。濾油器要經(jīng)常檢查有無堵塞，檢查安全閥在使用后調(diào)整值是否變動(dòng)。
（4）油泵、油缸和控制閥，如發(fā)現(xiàn)滲漏應(yīng)及時(shí)檢修。
（5）組裝和大修初次起動(dòng)油泵時(shí)，應(yīng)檢查入口和出口是否接反，轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確。吸油管是否漏氣，然后用手試轉(zhuǎn)，最后在規(guī)定轉(zhuǎn)速內(nèi)起動(dòng)和試運(yùn)轉(zhuǎn)。
（6）在冬季起動(dòng)時(shí)，要開開停停往復(fù)數(shù)次，待油溫上升和控制閥動(dòng)作靈活后再正式使用。
4.4一般說明
（1） 起重機(jī)必須符合設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的基礎(chǔ)上工作。
（2） 起重機(jī)的操作人員必須經(jīng)過訓(xùn)練，了解機(jī)械的構(gòu)造和使用，必須熟知機(jī)械的保養(yǎng)和安全操作規(guī)程，非安裝、維護(hù)人員未經(jīng)許可不得攀登塔機(jī)。
（3） 起重機(jī)正常工作氣溫為－20℃～+40℃，風(fēng)速低于6級(jí)。
（4） 起重機(jī)每轉(zhuǎn)移一次工地重新安裝后，必須進(jìn)行空載、靜載、動(dòng)載試驗(yàn)后方能進(jìn)行吊裝作業(yè)，其靜載試驗(yàn)吊重為額定載荷的125%，動(dòng)載試驗(yàn)吊重采用額定載荷的110%。
（5）在夜間工作時(shí)，除塔機(jī)本身備有照明外，施工現(xiàn)場(chǎng)必須備有充分的照明設(shè)備。
（6） 司機(jī)室內(nèi)禁止存放潤(rùn)滑油，油棉紗及其它易燃易爆物品。冬季用電爐取暖更要注意防火。
（7） 起重機(jī)必須有良好的電氣接地措施，防止雷擊，遇有雷雨，嚴(yán)禁在底架的附近走動(dòng)。
（9）塔機(jī)應(yīng)定機(jī)定人，專機(jī)專人負(fù)責(zé)制。非機(jī)組人員不得進(jìn)入司機(jī)室和擅自操作，在處理電氣事故時(shí)，必須有專職人員二人以上。
4.5 起重機(jī)的塔身升、降作業(yè)說明
（1） 在整個(gè)塔身升、降作業(yè)過程中，必須有專人指揮；專人照管電源；專人操縱液壓系統(tǒng)；專人照管頂升橫梁，塔身踏步和爬爪；專人緊固螺栓；專職司機(jī)操作塔機(jī)。非有關(guān)作業(yè)人員不得登機(jī)。
（2） 升、降工作應(yīng)在白天進(jìn)行，若遇特殊情況，需在夜間工作時(shí)，必須備有充足的照明設(shè)備。
（3） 只準(zhǔn)在4級(jí)風(fēng)以下進(jìn)行頂升作業(yè)。如在作業(yè)過程中，突然遇到風(fēng)力加大，必須停止工作，并緊固連接螺栓，使下塔身連接為一體。
（4） 頂升前必須放松電纜，使電纜放松長(zhǎng)度略大于總的爬升高度。
（5） 升、降過程中，應(yīng)把回轉(zhuǎn)部分緊緊剎住，嚴(yán)禁回轉(zhuǎn)及其它作業(yè)。
（6） 在升、降過程中，如發(fā)現(xiàn)故障，必須立即停車檢查，非經(jīng)查明真相和故障排除，不得繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)。
（7） 每加高一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，必須先把該節(jié)與塔身連接好后，方可繼續(xù)加高下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，只能拆該節(jié)與塔身及下支座的連接螺栓。不得提前拆卸塔身的其它大螺栓。
（8） 兩個(gè)爬爪因一定時(shí)間內(nèi)不用產(chǎn)生銹蝕或運(yùn)輸碰撞等原因，很可能不能自動(dòng)恢復(fù)到水平狀態(tài)，故在加進(jìn)或拆除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，必須事先對(duì)兩爬爪進(jìn)行仔細(xì)檢查。
（9） 塔身加高過程中兩爬爪是自然翻過踏步的。而在塔身下降過程中，當(dāng)頂升油缸收缸時(shí)應(yīng)拉起爬爪以避過踏步。當(dāng)頂升油缸需要換步時(shí)再用爬爪支承踏步。
（10） 頂升橫梁的兩端頂升銷，必須是兩端放入踏步內(nèi)，且與踏步良好地貼合。
（11） 每次升降作業(yè)前后，必須認(rèn)真做好準(zhǔn)備工作和收尾工作，應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查，作空載試車，檢定安全壓力，特別在頂升以后，各連接螺栓應(yīng)按規(guī)定的預(yù)緊力緊固，不得松動(dòng)，爬升套架滾輪與塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的間隙應(yīng)調(diào)整好，操作桿應(yīng)回到中間位置，液壓系統(tǒng)的電源應(yīng)切斷等。
4.6起重機(jī)的操作
必須嚴(yán)格執(zhí)行ZBJ80012-89《塔式起重機(jī)操作使用規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，司機(jī)必須是按勞動(dòng)人事部門有關(guān)規(guī)定進(jìn)行考核并取得合格證者。
（1）司機(jī)必須在得到指揮信號(hào)后，方可進(jìn)行操作，操作前必須鳴笛，操作時(shí)要精神集中。
（2） 司機(jī)必須嚴(yán)格按起重機(jī)性能表中規(guī)定的幅度和起重量進(jìn)行工作，不許超載使用。
（3） 起重機(jī)不得斜吊物品，并禁止用于拔樁等到類似的作業(yè)。
（4） 工作中塔梯上嚴(yán)禁有人，并不得在工作中進(jìn)行調(diào)整或維修機(jī)械等作業(yè)。
（5） 工作時(shí)嚴(yán)禁閑人走近臂架活動(dòng)范圍以內(nèi)。
（6） 液壓系統(tǒng)安全閥的數(shù)值、電氣系統(tǒng)保護(hù)裝置的調(diào)整值及其它機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)部件的調(diào)整值（如制動(dòng)器、限位開關(guān)等），均不允許隨意更動(dòng)。
（7） 有兩臺(tái)以上塔機(jī)工作時(shí)，要根據(jù)工程特點(diǎn)注意相互間的位置，并采用不同標(biāo)高的方法，以避免塔機(jī)的起重臂，平衡臂相互碰撞，以及與建筑物碰撞。
（8） 起重機(jī)作業(yè)完畢后，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)松閘，吊鉤升起。
5標(biāo)準(zhǔn)化審核報(bào)告
QTZ63塔式起重機(jī)頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已基本完成，現(xiàn)具備全套圖紙和一些基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下：
（1）設(shè)計(jì)圖紙和文件
圖紙和文件所用的編號(hào)原則符合以下標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定：
GB/T17710—1999 數(shù)據(jù)處理校驗(yàn)系統(tǒng)；
JB/T 5054.8—1991 產(chǎn)品圖樣既涉及文件通用和借用件管理辦法；
JB/T 5054.4—2000 產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件編號(hào)原則；
JB/T 8823—1998 機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則。
（2）產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件符合以下標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定：
GB/T 10609.1—1989 技術(shù)制圖 標(biāo)題欄；
GB/T 10609.2—1989 技術(shù)制圖 明細(xì)欄；
GB/T 14689—1993 技術(shù)制圖 圖紙幅面和格式；
GB/T 17825.2—1999 技術(shù)制圖 比例；
GBN/T 17825.10—1999 CAD文件管理 基本格式；
JB/T 5054.6—2000 產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件 更改辦法。
結(jié)論
近年來，隨著建設(shè)工程規(guī)模不斷擴(kuò)大、高層建筑的日益增多，液壓自升式塔式起重機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑施工中。但是塔機(jī)的機(jī)械事故和安全事故也時(shí)有發(fā)生，從事故分析來看發(fā)生在安裝和拆卸過程中的比例比較大，縱觀事故原因，主要是操作不當(dāng)引起的，但是結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)不合理和預(yù)防措施不完善也是原因之一。為使設(shè)計(jì)者和使用者對(duì)塔機(jī)的頂升有更深的了解，避免事故的發(fā)生，本設(shè)計(jì)就QTZ63型塔式起重機(jī)的頂升機(jī)構(gòu)做了研究和設(shè)計(jì)，根據(jù)頂升機(jī)構(gòu)所承受的載荷，確定了頂升機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)，最終選定16GY14-1B液壓泵，該泵確保頂升機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)頂升作業(yè)，
頂升機(jī)構(gòu)機(jī)械部分是塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)充分全面地計(jì)算載荷，精確的計(jì)算受力件踏步、頂升橫梁、爬升銷軸的應(yīng)力。能夠保證塔式起重機(jī)的正常使用和安裝拆卸，結(jié)構(gòu)比較合理，安全可靠，通過校核。能夠保證塔式起重機(jī)安全、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)頂升加節(jié)過程，保證施工的安全。
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致謝
本文是在王七斤老師的悉心指導(dǎo)下完成的，四年來老師在學(xué)習(xí)和生活中給予了諄諄教誨和無微不至的關(guān)懷，尤其是在論文的選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施、數(shù)據(jù)處理和論文完成過程等方面都傾注了老師大量的心血，畢業(yè)之際，特向恩師致以誠(chéng)摯謝意。
另外，在畢業(yè)之際，特向四年來從各方面給予我關(guān)懷和幫助的工程技術(shù)學(xué)院的各位老師，同學(xué)致意誠(chéng)摯的謝意。
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