1、河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 1 设计项目 计算与说明 结果 前言 塔式起重机概述 塔式起重机发展情况 第 1 章 前言 1.1 塔式起重机概述 塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械。在工业与民用建筑施工中塔式起重机是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的 80%，普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过 50%， 而且随着建筑物高度的增加还会急剧地减小。因此，塔式起重机
2、在高层工业和民用建筑施工的使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。同时，为了适应建筑物结构件的预制装配化、工厂化等新工艺、新技术应用的不断扩大，现在的塔式起重机必须具备下列特点： 1. 起升高度和工作幅度较大，起重力矩大。 2. 工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能。 3. 要求装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需 要。 QTZ500 型自升式塔式起重机， 其吊臂长 50 米，最大起重量 4 吨，额定起重力矩 50吨 米。 是一种结构合理、性能比较优异的产品，比较目前国内外同规格同类型的塔机具有更多的优点，能满足高层建筑施工的
3、需要，可用于建筑材料和构件的调运和安装，并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施工。整机结构不算太大，可满足中小型施工的要求。 本机以基本高度（独立式） 36 米。用户需高层附着施工，只需提出另行订货要求，即可增加某些部件实现本机的最大设计高度 100 米，也就是附着高层施工可建高楼 32 层以上。 1.2 塔式起重机发展情况 塔式起重机是在二次世界大战后才真正获得发展的。战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工 程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。欧洲率先成功， 1923 年成河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计
4、 设计人：李洪爽 2 设计项目 计算与说明 结果 功制成第一台比较完整的塔式起重机， 在我国，塔式起重机的生产与应用已有 40多年的历史，经历了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。 20 世纪 50 年代，为满足国家经济建设的需要，中国引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。1954 年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试制成功了中国第一台 TQ2-6 型塔式起重机。随后又仿照前苏联样机，研制了15t 与 25t 塔式起重机，这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量都较少。 20 世纪 60 年代，由于高层 、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构
5、中采用了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力耦合器等。在此时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。1961 年，首先在北京试制成功了红旗 -11 型塔式起重机，它也是中国最早自行设计的塔式起重机。随后，中国又自行设计制造了 TQ-6 型等塔式起重机，至 1965 年全国已有生产厂10 余家，生产塔式起重机 360 多台。这些塔式起重机都是下回转动臂式，可整体托运，能满足六层以下民用建筑施工的需要 。 20 世纪七十年代，塔式起重机服务对象更为广泛。塔式起重机的幅度、起重量和起升高度均有了显著提高。为了满足市场各方面的要求，塔式起重机又向
6、一机多用方向发展。中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。 1972年中国第一台下回转的轻型轮胎式轨道两用起重机问世；同年为了北京饭店施工，中国又自行设计制造了 QT-10 型自升式塔式起重机，该机的起重力矩为 1600kN m。这一时期还先后开发了 ZT100、 ZT120、 ZT280 等小车变幅自升式塔式起重机、 QT-20 小车变幅内爬式塔式起重机， QTL16、 TQ40、 TQ45、TD25、 QTG40、 QTG60 下回转动臂自行架设快装塔式起重机等，其年产量最高超过 900 台，标志着中国塔式起重机行业进入河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁
7、设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 3 设计项目 计算与说明 结果 塔式起重机的发展趋势 了一个新的阶段。 20 世纪 80 年代，中国塔式起重机相继出现了不少新产品，主要有 QTZ100、 QTZ120 等自升式塔式起重机， QT60、QTK60、 QT25HK 等下回转快装塔式起重机等。这些产品在性能方面已接近国外 70 年代水平，这一时期的最高年产量达1400 台。与此同时，随着改革开放和国际技术交流的增多，为满足建筑施工的需要，也从国外引进了一些塔式起重机，其中有联邦德国的 Liebherr、法国的 Potain 以及意大利的Edilmac 等公司的产
8、品。由于这些塔式起重机制造质量较好，技术性能比较先进，极大地促进了中国塔式起重机产品的设计与制造技术的进步。 20 世纪 90 年代以后，中国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。全国塔式起重机的总拥有量也从 20 世纪 50 年代的几十台截至2000 年约为 6 万台。至此，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度来衡量，中国均堪称塔式起重机大国。 1.3 塔式起重机的发展趋势 根据国内外一些 技术资料的介绍，塔式起重机的发展趋势具体归纳为以下几个方面。 1、吊臂长度加长 在 20世纪 60年代初，吊臂长度超过 40
9、m 的较少， 70 年代吊臂长度已能做到 70m。快速拆装下回转塔式起重机的吊臂长度可达到 35m。自升式塔式起重机吊臂是可以接长的，标准臂长一般为 30 40m，可以接长到 50 60m。重型塔式起重机吊臂则更长。随着塔式起重机设计水平的提高，可以解决由臂长加大带来的一些技术问题，而低合金高强度钢材及铝合金的广泛采用也为加长吊臂提供了非常有利的条件。 2、工作速度提高，且能调速 由于调速技术的进步，混轮 组倍率的可变、双速、三速电动机及直流电动机调速的应用，使塔式起重机工作速度在逐渐提高。 20 世纪 50 年代生产的塔式起重机工作速度较低，河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常
10、胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 4 设计项目 计算与说明 结果 总体设计 概述 起升速度一般只有 20 30m/min，回转速度为 0.6 1r/min，变幅速度为 30 40m/min，大车行走速度为 10 40m/min，而近几年来塔式起重机工作速度已有提高。起升机构普遍做到具有 3 4 种工作速度，重物起升速度超过 100m/min 者已经很多，构件安装就位速度可在 0 10m/min 范围内进行选择，回转速度一般可在 0 1r/min 之间进行调节，小车牵引和塔式起重机行 走大多也有 2 3种工作速度，小车牵引速度最快可达 60m/mi
11、n。 3、改善操纵条件 随着塔式起重机向大型、大高度方向发展，操作人员的能见度越来越差。因此需要在吊臂端部或小车上安装电视摄像机，在操作室利用电视进行操作。有的还采用了双频道的无线电遥控系统，不仅可由地面的操作人员控制吊装，还可以根据事先编排的程序自动进行吊装。 4、更多地采用组装式结构 为了便于产品更新换代，简化设计制造、使用与管理，提高塔式起重机使用的经济效益，国外塔式起重机专业厂已做到产品系列化、部件模数化。以不同模数塔身、臂架标准节组合成变 断面塔身和臂架，这不仅能提高塔身、臂架的力学性能，减轻塔式起重机自重，而且可明显减少使用单位塔架、臂架的储备量，为降低成本、简化管理创造了条件。
12、第 2 章 总体设计 2.1 概述 塔式起重机是工业与民用建筑施工中，完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。塔式起重机的起升高度、工作幅度和起重力矩都很大，这就要对其受力、稳定性等进行考虑与计算。塔机的主要性能参数包括：起重量、起升高度、幅度、各机构工作速度、重量指标和起重力矩等。河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 5 设计项目 计算与说明 结果 总体设计方案的确定 金属结构 安装 基础 这些参数表明了 起重机的工作性能和技术经济指标，
13、它是设计塔式起重机的技术依据，也是生产中选择塔式起重机技术性能的依据。 总体设计是机械设计整个过程中最关键的环节之一。它是使设计产品满足技术参数及形式的总构想，决定了机械设计的成败。在总体设计前，应先进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机型的相关资料，了解国内外塔机的使用情况，并进行分析比较，然后制定总的设计方案。设计原则应当在保证所设计的机型达到国家有关标准的同时，力求结构合理，技术先进，积极性好，工艺简单，工作可靠。 2.2 总体设计方案的确定 QTZ500 型塔式起重机是 上回转、水平臂架、液压自升式的结构形式，由金属结构、工作机构和驱动控制系统三部分组成。在进行总体设计时，要综合考虑
14、塔机的强度、刚度、稳定性、各种工况下的外载荷以及塔机的经济性，从而选出合理的设计方案。 2.2.1 金属结构 塔式起重机金属结构部分由塔身，塔头或塔帽，起重臂架，平衡臂架，回转支撑架等主要部件组成。对于特殊的塔式起重机，由于构造上的差异，个别部件也会有所增减。 金属结构是塔式起重机的骨架，承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷，是塔式起重机的重要组成部分，其重量通常约占整机重量的一半以上，因此金 属结构设计合理与否对减轻起重机自重，提高起重性能，节约钢材以及提高起重机的可靠性等都有重要意义。 1.基础 高层建筑施工用的附着式塔式起重机都采用小车变幅的水平臂架，幅度大部分在五十米以上，无须移动作
15、业即可覆盖整个施工范围，因此多采用钢筋混凝土基础。 钢筋混凝土基础有多种形式可供选用。对于有底架的固定自升式塔式起重机，可视工程地质条件，周围环境以及施河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 6 设计项目 计算与说明 结果 工现场情况选用 X 形整体基础，四个条块分隔式基础或者四个独立块体式基础。对于无底架的自升式塔式起重机则采用整体式方块基础。 X 形整体基础的形状及平面尺寸大致与塔式 起重机 X 形底架相似。塔式起重机的 X 形底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上，此种形式多用于轻型自升式塔式起重
16、机，如图 2-1 所示。 2-1 X 形整体基础 长条形基础由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁组成，其功能犹如两条钢筋混凝土的钢轨轨道基础，分别支承底架的四个支座和由底架支座传来的上部荷载。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凝土基础，如图 2-2 所示。 分块式基础由四个独立的钢筋混凝土块体组成，分别承受由底架结构传来的整机自重及 载荷。钢筋混凝土块体构造尺寸视塔机支反力大小基地耐力而定。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，如图 2-3所示。 河北建筑工程学院
17、 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 7 设计项目 计算与说明 结果 2-2 长条形基础 独立式整体钢筋混凝土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联固成整体，并将塔机上部载荷全部传给地基。由于整体钢筋混凝土基础的体形尺寸是考虑 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，因而能确保塔机在最不利工况下均可安全工作，不会产生倾翻事故，如图 2-4 所示。 2-3 分块式基础 河北建
18、筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 8 设计项目 计算与说明 结果 2-4 独立整体基础 1-预埋塔身标准节 2-钢筋 3-架设箍筋 固定式塔式起重机，可靠的地基基础是保证塔机安全使用的必备条件。该基础应根据不同地质情况，严格按照规定制作。除在坚硬岩石地段可采用锚桩地基（分块基础）外，一般情况下均采用整体钢筋混凝土基础。对基础的基本要求有：基础的土质应坚 固牢实，要求承载能力大于 0.15Mpa；混凝土基础的深度 1100 毫米，总混凝土方量约 16.3 立方米，基础重量约 39 吨；混凝土基础的承受压力
19、不小于 8MPa；混凝土基础应根据现场地质情况加工作层或多层钢筋网，钢筋间距约为 250 毫米；混凝土基础表面应校水平，不平度小于 1/500；混凝土基础表面设置排水沟。将底架拼装组合，对准 20 颗预埋地脚螺栓，将其放置在混凝土基础上，注意垫平垫实，并校平底架上平面，要求不平度小于或等于 1/1000，拧紧 20 颗地脚螺栓。调水平度时用楔形调整块及薄铁板等。 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 9 设计项目 计算与说明 结果 底架结构 图 2-5 塔机设计基础 2.底架结构 底架有工字钢焊接成整
20、体框架结构。在四角辐射状安装有四条可拆支腿，该支腿有工字钢焊接成，运输时拆除支腿，以减小运输尺寸。底架上有 20 个预埋地脚螺栓，规格 M36。河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师 ：李常胜 戴美魁 设计题目： QTZ500 塔式起重机总体及套架 设计 设计人：李洪爽 10 设计项目 计算与说明 结果 塔身结构 塔身标准节 底架外轮廓尺寸约为 4602X4602，高 245。 3.塔身结构 塔身结构也称塔架，是塔机结构的主体，有转与不转之别；并有内塔与外塔之分。塔身结构断面分为圆形断面、三角形断面及方形断面三类。现今国内外生产的塔机均采用方形断面塔身结构。按塔身结 构主弦杆材料的不同，这
21、类方形断面塔架可分为：角钢焊接格桁结构塔身，主弦杆为角钢辅以加强筋的矩形断面格桁结构；角钢拼焊方钢管格桁结构塔身及无缝钢管焊接格桁结构塔身。 常用的断面尺寸有： 1.2m 1.2m， 1.3m 1.3m， 1.4m1.4m， 1.5m 1.5m， 1.6m 1.6m， 1.7m 1.7m， 1.8m 1.8m，2.0m 2.0m。根据承载能力的不同，同一种截面尺寸，其主弦杆又有两种不同截面之分。主弦杆截面加大的标准节用于下部塔身，主弦杆截面较小的标准节则用于上部塔身。 塔身标准节 塔身 标准节的长度有 2.5m， 3m， 3.33m， 4.5m， 5m， 6m，10m 等多种规格，常用的尺寸是 2.5m 和 3m。 本次设计采用无缝钢管焊接格桁结构塔身，其中塔身截面尺寸采用 1.6m 1.6m，标准节的长度为 2.5m。如图 2-6所示： 图 2-6 塔身标准节示意图 底架 4602 4602 高 245 QTZ500 标准节选用 1.6m 1.6m 高 2.5m
