1、 本科毕业论文 （ 20 届） 25TM 塔式起重机设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能参数也需要不断变化与完善 , 本课题主要研究 25TM塔式起重 机总体和变幅机构 , 吊臂作为塔式起重机金属结构的主要部件，其设计计算方法将直接影响整台塔机的设计质量和塔机运行的安全可靠性。而随着塔机向大型、重载和超高超长的方向发展，吊臂的设计尤其显得重要。于是寻求一种快速、方便、可靠的设计方法已成为塔机开发者急需解决的问题。对提高塔机设计效率、缩短设计周期和
2、增加塔机运行的安全可靠性具有重要的意义和实用价值 。依据GB/T13752-92塔式起重机设计规范，用多跨连续外伸梁结构方式 ,以塔机单吊点水平起重臂作为研究对象 ,分析了其在各种载荷作用下起升平面内受力情况，根据臂 架的工作特点和性能要求 ,对吊点位置和型钢合理优化设计 ,建立了臂架控制截面应力分布最均衡和臂架最轻的结构优化数学模型 ,编制了臂架结构应力计算过程 ,选取不同的校核段进行了详细计算 ,并将校核段的不同选择对计算结果的影响进行了对比分析 . 计算表明合理优化设计后典型工况下臂架各危险截面的应力分布和臂架重量均能够使设计的塔式起重机吊臂结构优、材料省、可靠性高。对额定载荷的承载能力
3、和主要机构进行分析计算及校核，以达到塔机整体的一个优化设计的效果。优化变幅机构，使其满足物料装卸工作位置要求，充分利用自身的起吊能力，实现改变 幅度的工作机构，并用来扩大塔式起重机的工作范围，提高生产率。 关键词： 起重臂；优化设计；截面；校核 本科生毕业论文 II Abstract Crane tower crane arm as a major part of the metal structure, its design calculation method will directly affect the whole sets of design quality and install
4、ing oxided safety and reliability of the operation. And as to large, heavy oxided flat-footed and high direction development, the arm design especially important. Then seek a fast, convenient and reliable design method has become urgent problems installing and developers. To improve the design effic
5、iency and shorten the tower design cycle and increase the safety and reliability of the tower operation has important significance and practical value.Based GB/T13752-92 “tower crane design“, with multi-span continuous beam structure extended approach to single-tower suspension points and the boom f
6、or the study, analyzed the various loads in lifting plane within the force, according to arm work characteristics and performance requirements, right lifting positions and optimal design of steel and reasonable to establish the stress distribution in the control section boom and jib the most balance
7、d lightest structural optimization model is developed arm structural stress calculation, select a different section of a detailed calculation o f check, and check the different options section of the calculation results were compared. Calculations show that the optimal design of a reasonable conditi
8、on after the boom of the dangerous section of typical stress Boom weight distribution and are able to make the design of the tower crane boom structure of good, material provinces, and high reliability. The bearing capacity of rated load and Main mechanism is analyzed and checking ， in order to achi
9、eve an optimized design oxides the overall effect. Optimization luffing mechanism, make it satisfy material loading and unloading location requirements, make full use of its own hookon ability, realize the working organization of the change significantly, and used to expand the scope of work of towe
10、r crane to increase productivity. Key words ： boom ； optimal ； design section ； Checking 本科生毕业论文 III 目 录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . 1 1.1 塔式起重机的发展现状 . 1 1.2 研究意义 . 2 1.3 本设计研究内容 . 3 第 2 章 QT-25TM 塔式起重机的总体方案的确定 . 4 2.1 起重机的工作级别的确定 . 6 2.1.1 起重机的利用等级确定 . 6 2.1.2 起重机的载荷状态 . 6 2.1.3
11、起重机工作级别的划分 . 6 第 3 章 起重机稳定性校核 . 7 3.1 起重机分组 . 7 3.2 抗倾覆稳定性的校核 . 7 3.3 塔式起重机安装架设稳定性 . 11 第 4 章 变幅机构 . 13 4.1 吊臂受力情况 . 13 4.2 正常工作变幅力确定 . 13 4.3 最大变幅力的确定 . 16 4.4 选钢丝绳 . 16 4.4.1 钢丝绳型号 . 16 4.4.2 校核 . 16 4.5 确定变幅速度 . 17 4.6 选卷筒及确定速度 . 17 本科生毕业论文 IV 4.7 确定滑轮尺寸 . 18 4.8 选电动机 . 20 4.9 选减速器 . 20 4.10 选制动器
12、 . 21 4.11 选联轴器 . 21 4.12 电动机过载校验 . 22 4.13 机构变幅绳索绕示意图 . 23 4.14 机构传动方案简图 . 23 第 5 章 . 电气控制系统的设计 . 23 5.1 一般技术要求 . 24 5.2 负载特点和调速要求 . 24 5.3 塔机的电气设备 . 24 5.4 塔机采用的电气原理及控制线路 . 25 小 结 . 29 致 谢 . 30 参考文献 . 30 1 第 1 章 绪论 1.1 塔式起重机的发展现状 起重机是减轻笨重体力劳动，提高作业效率、实现安全生产的起重运输设备。在国民经济各部门的物质生产和物资流通中，起重机作为关键的工艺设 备或
13、重要的辅助机械，应用十分广泛。 我国起重机制造业奠基于 20 世纪 50 年代。 70 年代以来，起重机的类型、规格、性能和技术水平获得很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能、高水平的起重机。 因此在今后一段的时间里，我国塔式起重机仍处于兴旺时期。根据我国塔式起重机的发展形式和市场需求，在产品品种方面预计今后几年塔式起重机要向大型化 (1O00tm)以上的和小型化 (40tm)以下的发展；在技术性能方面要向产品智能化、数字化和机 -电 -液一体化方向发展；在结构型 式方面要发展一机多用的塔机，如：吊重、布料、高空作业集为一体等；要加大力度研究解决
14、高性能、高技术含量、高可靠性的塔机，最低限度降低塔机事故率。 塔式起重机是建筑施工必不可少的关键设备。是施工企业装备水乎的标志性重要装备之一。我国塔机行业已有近 50年的发展史，从无到有、从小到大，逐步形成了比较完整的体系，成为机械行业中增幅最快的新兴行业之一为国民经济建设提供了有力的装备支持。特别是改革开放 20年来通过测绘仿制、设计创新和技术引进，使塔机行业在设计和制造技术、企业管理和市场开拓等方面形成了一个较完整的体系。现 全国有 300多个生产厂家，取得生产许可证的有 241家；年产量 9000台左右，今年很有可能突破 10000台；产值超亿元、利税超千万的企业已达近十家。就总产量而言
15、，我国已成为世界民用塔机的生产大国，也是世界塔机主要需求市场之一。自 1992年到现在，塔机年出口量均大于进口量，年出口金额均大于进口金额，到目前为止年贸易顺差已达 800多万美元在基本上满足国民经济发展需要的前题下还可以出口创汇。因此可以说我国塔机行业取得的成绩是骄人的，冷静分析起来我国塔机生产的现状并不乐观。 我国塔式起重机经过五十多年的发展与国外的 差距大大缩小，并已成为生产塔式起重机大国。但在总体性能、质量、可靠性方面还存在着较大差距。 (1)在产品品种方面：大型、特大型塔机短缺，中、小型品种过剩，并急更新换代。 (2)在产品性能方面：智能化、数字化控制技术差距很大，跟不上市场需求，可
16、靠性差，事故率较高。 (3)在试验手段方面：试验手段差，多数厂家不具备对原材料的预处理和配套件进厂检验的能力。 (4)在产品结构方面： 45tm以下的小型塔机产量高、但性能差、更新换代周期长。 (5)配套件生产方面：企业多，品种重复，生产质量差，直接影响到主机的质量和可靠性。 20 世纪 70 年代初期，国外专业人员在展望世界起重设备发展前景时曾语言：今后起重运输设备的三大组成部分是：汽车起重机、空中起重机（起重运输专用直升飞机和她机，到 2000 年其中技术将不会出现重大突破。现时已进入 21 世纪，时间表明，上述预言已经兑现。看来，本科生毕业论文 2 塔机技术将在今后一定时间内将不会有重大
17、突破。但是，当今国外塔机生产厂商均非常注重国际市场动向，不断总结经验，改进产品设计，及时推出出适销对路的产品。在 21 世纪初始年代中后期，国外塔机权威厂家 LIEBHER 和 POTAIN都先后分别推出了各有特色的新塔机产品。 未来的大中型吊臂幅度将向更长的臂架发展。德国 WOLFF 厂生产的 2300Kn.m 级城市塔机中， 9025FL 型塔机的小车变幅臂架长达 90m，臂头起重量为 2.5 到 3t。塔机起升机构小车变幅机构、回转机构均采用变频调速系统。该机还设有 CCPLUS 系统，可通过降低速度，使相应的起重量提高 30%。 9025FL 型塔机的出现预示着等多的城市塔机将采用更长
18、的吊臂。 为适应城镇兴建经济实用住房的需奥，应积极发展高功效、投产便捷可与汽车吊竞争的塔机生产。与此同时，还应适当发展安装投产均比较简便的轮胎式轻型塔动两用起重机。 大力开发经济型城市塔机，适当发展动臂式自升塔机和折曲式两用臂架自升塔机的生产，以适应出口市场和国内特定工程的需要。今后推出的塔机新产品必须按 ISO 有关规定对一些细部做法加以改进。 所以，以后的塔机生产要非常注意市场需求的变化，并不断总结经验，改进并完善产品设计。正是由于新产品的相继推出，诸生产厂家的生存和竞争发展能力乃得以增强。 1.2 研究意义 现代工业不仅对起重机的安全和高效提出越来越多的要求，而且随着自动化控制以及计算机
19、管理系统的日益广泛，起重机从单一的搬运工具逐步演变成自动化、柔性化生产中的重要组成部分。今天，计算机控制的自动化起重机在包括钢材待运、造纸、垃圾焚烧发电、飞机制造及维修等各个工业领域发挥着重要作用。 全自动起重机是一门新兴的技术，可以预计，随着自动化控制、计算机等技术的发展，全自动控制起重机技术会飞速的发展。工业制造部门在向高速、高效、连续性生产发展的过程中，也会推动起重机向自动化、可靠性、安全性以及精确性方面不断发展。 起重机械的应用比较广泛的，有多领域都要用到。起重机械的好坏直接影响了生产效率的高低，它的多元化将用于很多方面。 1一些产品大型化、高速化、耐久化和专用化。 2. 系列产品模块
20、化、组合化、标准化和实用化。 3通用产品小型化、轻型化、简易化和多样化。4产品性能自动化、智能化、集成化和高效化。 5产品组合成套化、系统化、复合化和信息化。 6产品设计微机化、精确化、快速化和全面化。 7产品构造新型化、美观化、宜人化和缘合化。 8产品制造柔性化、灵捷化、精益化和规模化。 塔式起重机属于机电产品，产品的性能主要体现在电气控制和传动上，在引进国外技术的基础上，不断消化吸收，我国塔式起重机产品的技术先进性应具备： 1） 电子技术的应用 已前国内的技术均是用继电、接触器形式控制，结 构复杂，调速精度、可靠性均很差，使用成本也很高。而国外将机构的传动方式进行创新，针对该类产品的特点，
21、使机械、电气充分地融为一体，通过变流技术调节电气参数，达到了调节机构转速的目的。至今仍为国内的主流技术。 2） 调压调速 由于塔式起重机的大惯量特性，要求调速特性柔软。从而产生了力矩电机配合涡流装置本科生毕业论文 3 的结构形式，中国的塔式起重机应该采用专用控制器提供连续可调电压进行控制，得到理想的特性。该专用控制器应该是针对机构的具体特点量身定做的，集调压、逻辑控制、故障诊断等相关功能于一体。 3） 变频技术的应用 随着电机、 电力电子技术的发展，在起重机械上我国应开发变频调速系统，实现重载低速、轻载高速的目的；恒转矩、恒功率调速，充分发挥电机的功能；采用闭环矢量控制，调速范围宽、调速精度高
22、，大大提高塔机的工作效率。 4） 直流调速 由于满足国内外重点、大型工程的需要，应开发能够适应塔机工况的重型直流调速起升机构。采用 Siemens 6RA70系列直流调速器，编制完善的逻辑、安全连接图。 5） PLC技术的应用 塔机控制系统越来越复杂、用户要求越来越高、使用寿命要长。因此， PLC技术是满足起重机械的复杂控制的最好选择。也使用户的使 用成本达到最低，得到用户的满意。 随着实用自动化技术的发展，机械、电气、计算机技术、智能技术、人将达到最佳的结合，使设备更安全、操作更舒适、性能更出色。将塔式起重机械的控制技术做到国内首创、国际领先的地位是当今社会的重要任务。因此，自动化技术的理解
23、、应用将是我们的发展、创新之源。 1.3 本设计研究内容 起 重机由承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等方面组成，其设计理论、制造工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化，并已经成为一种较完善的机械。但由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需 要相应地发展和创新，性能参数也需要不断变化与完善。本课题主要研究 25TM塔式起重机总体和变幅机构 ，电气控制系统的设计。首先塔机稳定性及支腿尺寸的确定，变幅机构设计中要分析吊臂受力情况，确定最大变幅力，选钢丝绳，确定变幅速度，选卷筒以及速度的确定，选电机、减速器、制动器、联轴器等。以及电气控制系统的设计中的电气原理、电气设备及控
24、制线路。 本科生毕业论文 4 第 2 章 塔式起重机的总体方案设计 为了适应六层以下民用建筑工地施工的需要，要求设计架设速度快，拆卸运输方便的小型塔式起重机，设计参数如下： 表 2.1 设 计参数 起重重量（ t） 1.25 2.5 工作半径（ m） 20 10 吊钩有效高度（ m） 23 36 表 2.2 工作速度 起升 28 米 /分 （慢就位 7米 /分） 回转 0.8 转 /分 （全回转） 变幅 1 米 /秒 行走 25 米 /秒 表 2.3 塔机各部件重量、重心及重力矩表 序号 部件名称 自重 G（ t） Ri （ m） Hi （ m） MR （ T-m） MH （ T-m） 1 吊
25、重 2.5/1.25 10/20 36/23 25/25 90/29 2 起升臂架 0.76 6/11 29.5/23 4.6/8.4 22.4/17.5 3 塔身 2.82 1 11 2.82 31 4 回转平台 4.84 -0.57 1.2 -2.8 5.8 5 液压架设 1.5 -0.7 1.8 -1.1 2.7 6 配重 8 -2.1 1.8 -16.8 14.4 7 底座 4.4 0 0.5 0 2.2 自升式塔式 起重机和普通塔式起重机有什么区别 1、制造技术参数、适用范围不同：自升式塔式起重机的起重量、使用高度、回转半径要比普通塔式起重机大；因此决定了自升式塔式起重机比普通塔式起
26、重机适用范围广，既可以用于多层建筑的施工，更可以用于高层建筑的施工。 2、结构构造与安装拆除方式不同：自升式塔式起重机本身设有液压自升机构，安装时只要安装好底部斜撑部位的塔身构架和前后臂、回转机构后，再进行上部塔身构架的安装时，可以利用自身带有的液压提升装置进行安装，不须一次性安装到指定高度，安装拆除方便，受施工场地的影响较小；普通塔式起重 机则不同，必须使用其他起重设备进行安装，一次性安装到指定高度，受施工场地的影响较大，安装、拆除比较费事。 本科生毕业论文 5 因为 25TM 塔式起重机是为了适应六层以下民用建筑工地施工的需要，要求设计架设速度快，拆卸运输方便的小型塔式起重机，因此采用下回
27、转机构，整体塔身和吊臂，省略了其它专门机构辅助设备，抛锚，加快了整机使用周转率。可任选绳索滑轮组折叠和液压连杆折叠的方法。 QT-25 塔式起重机适用于中小城市量大面广的六层民用建筑施工需要，起身、变幅、回转和行走四大机构各有自己的特 点且不重复，采用两种整机拖运方案，给用户多了选择余地。 本机架设采用了先进安全可靠的双缸液压快速架设整体塔身和吊臂，架设过程大部分不会碰地，所需空间小，不需要辅助吊车，简化了架设程序，节省了劳动力，适应了当今建设速度快，周期短的要求。 本机液压架设、支脚尺寸、轮压及起重高度特征曲线采用了先进，快速的计算机来代替手工计算，大大的节省了时间。 对可靠性，这个在建筑行
28、业十分重要的质量指标，本机也采用了足够的措施来保证可靠性。 表 .4 QT-25 塔机技术性能表 总 体 幅度 R（ m） 20 10 起重重量 Q（ t） 1.25 2.5 起升高度 H（ m） 23 36 滑轮组倍率 起升用 2 变幅用 7 配重（ t） 8 轮距轮距 3 2.8 最大轮压（ T/只） 15.476 最小轮压（ T/只） 427 工作级别 A4 起升机构 速度（ m/min） 起升速度 28 就位速度 7 电动机 型号 YZ160L-6 功率（ kw） 11 转速（ min1 ） 953 减速器 型号 QJR-D280-16 C JB/T 8905.2-1999 传动比 16 钢丝绳型号 6W（ 19） -12-170- -光 -右交 GB20118-2006 制动器 型号 YWZ-200/25 最大制动力矩 20 kg-m 变幅机构 变幅型式 动臂式工作性变幅 变幅速度（ m/min） 2.7 减速器 型号 XWKYZ5.5-8180-47
