P360塔式起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目： P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
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專業(yè)班級(jí)：
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完成時(shí)間：
要 求
1、開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總體構(gòu)想，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期獨(dú)立完成。
2、開題報(bào)告正文用A4紙打印，各級(jí)標(biāo)題用4號(hào)宋體字加黑，正文用小4號(hào)宋體字，20磅行距。
3、參考文獻(xiàn)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)），著錄格式應(yīng)符合GB7714-87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》要求。
4、年月日等的填寫，用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。要符合《關(guān)于出版物上數(shù)字用法的試行規(guī)定》，如“2005年2月26日”。
5、所有簽名必須手寫，不得打印。
1、課題的意義
1.1選題背景
平頭塔機(jī)由于沒有塔頭，其整體質(zhì)量小、高度低，最大安裝高度要比同級(jí)的其它塔機(jī)低很多，平頭塔群交叉作業(yè)總體高度大大降低，具有總體安裝時(shí)間少、對(duì)安裝設(shè)備的要求低等特點(diǎn)。由于平頭塔機(jī)沒有塔頭，吊鉤的有效高度大為提高，空間利用率高，因此非常適合于對(duì)高度有特殊要求的場(chǎng)合，如機(jī)場(chǎng)的擴(kuò)建，機(jī)場(chǎng)旁的施工，隧道施工、廠房施工，高壓線下的施工等[1]，而傳統(tǒng)帶塔頭的塔機(jī)往往就很難完成這些工作。而且平頭塔機(jī)的小車變幅機(jī)構(gòu)由于是靠臂架尾部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而大大減少了小車的質(zhì)量，讓小車連接在臂架上更加安全可靠，讓小車在進(jìn)行變幅的時(shí)候更加靈活容易。
1.2 課題研究意義
塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)的用途是改變起重機(jī)的幅度或伸距，即改變吊鉤(或抓斗)中心至起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心軸線的水平距離，以適應(yīng)起重機(jī)在不同條件下裝卸貨物，變幅小車通過牽引機(jī)構(gòu)在塔式起重機(jī)的主臂架上做來回運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將起吊重物送到工作所需的地點(diǎn)[2]。
由于小車變幅機(jī)構(gòu)是安裝在塔機(jī)主臂上由繩索提供動(dòng)力，所以小車的重量要盡可能的小，小車還有安裝吊鉤提升重物的功能，所以對(duì)于小車各部分的強(qiáng)度、剛度也要滿足需要。因?yàn)樾≤囈惺軖煦^吊起重物的重量，所以在設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)時(shí)一定要滿足強(qiáng)度、剛度方面的要求，這樣才能保證平頭塔機(jī)在作業(yè)時(shí)的安全。
2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
在中國塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，歷經(jīng)了一個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過程[3]。
20世紀(jì)50年代，為滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要,中國引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。1954年仿制民主德國設(shè)計(jì)的樣機(jī)，在撫順試制成功了中國第一臺(tái)TQ2-6型塔式起重機(jī)。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機(jī),研制了15t與25t塔式起重機(jī)，這個(gè)時(shí)期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量都較少。
20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展,廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流電機(jī)調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器,在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時(shí)期，中國開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機(jī)，它也是中國最早自行設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)。隨后，中國又自行設(shè)計(jì)制造了TQ-6型塔式起重機(jī),至1965年全國已經(jīng)有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機(jī)360多臺(tái)。這些塔式起重機(jī)都是下轉(zhuǎn)動(dòng)臂式，可整體拖運(yùn)，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。
20世紀(jì)70年代，塔式起重機(jī)服務(wù)對(duì)象更為廣泛。塔式起重機(jī)的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場(chǎng)各方面的要求，塔式起重機(jī)又向一機(jī)多用方向發(fā)展。中國塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺(tái)下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機(jī)問世，同年為了北京飯店施工，中國又自行設(shè)計(jì)制造了QT-10型自升式塔式起重機(jī)，這一時(shí)期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機(jī),QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂自行架設(shè)快裝塔式起重機(jī)等，其年產(chǎn)量最高超過900臺(tái)，標(biāo)志著中國塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的階段[4]。
20世紀(jì)80年代，中國塔式起重機(jī)相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ100、QZT120等自升式塔式起重機(jī),QT60、QTK60、QT25HK等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機(jī)等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國外70年代水平，這一時(shí)期的最高年產(chǎn)量達(dá)1400臺(tái)。與次同時(shí)，隨著改革開放和國際技術(shù)交流的曾多，為滿足建筑施工的需要,也從國外引進(jìn)了一些塔式起重機(jī)，其中有聯(lián)邦德國的Liebherr、法國的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機(jī)制造質(zhì)量較好,技術(shù)性能比較先進(jìn)，極大地促進(jìn)了中國塔式起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步。
20世紀(jì)90年代以后，我國塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外[5]。現(xiàn)在我國的建筑用塔式起重機(jī)已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機(jī)的應(yīng)用。近20年來，市場(chǎng)的需求，有力的促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步，通過研究開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、引進(jìn)消化，我們的設(shè)計(jì)手段和配套件生產(chǎn)能力也有了很大的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用。當(dāng)然也不可否認(rèn)，我國的塔機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)性能、制作質(zhì)量和品種型號(hào)規(guī)格，與發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎(chǔ)零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)手段等，差距更大。這就影響了我們整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，增加了事故隱患。對(duì)此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴(yán)格把關(guān)、趕超國際水平[6]。
2.2 國外研究現(xiàn)狀
塔式起重機(jī)是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。自塔式起重機(jī)在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機(jī)械一個(gè)重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間經(jīng)歷了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段[7]。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機(jī)制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)遂漸復(fù)蘇態(tài)勢(shì)，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢(shì)頭最好的國家為德國。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機(jī)制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C(jī)48500臺(tái)，80年代總量減至1/3,而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴(kuò)大，塔機(jī)產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機(jī)近40000臺(tái)，其中半數(shù)機(jī)齡不足5年。如今世界塔機(jī)市場(chǎng)最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太(特別是東南亞)?；钴S在塔機(jī)市場(chǎng)上的著名產(chǎn)商是：德國的Liebherr、Peiner、Wolff，法國的Potain、BPR,意大利的Potain-Sima、Comedil、Nauva、EDILMPC，西班牙的Comensa，芬蘭的Betrox，丹麥的KRILL澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國際塔機(jī)市場(chǎng)上占有更多份額，注重總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，下大力氣進(jìn)行產(chǎn)品的更新和開發(fā)[8]。近年來，國外塔機(jī)在新產(chǎn)品開發(fā)上大致有下列一些特點(diǎn):
（1）更多的廠家注重開發(fā)經(jīng)濟(jì)型城市塔機(jī)并擴(kuò)展成系列。
（2）國外塔機(jī)新產(chǎn)品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機(jī)頗引人注目。
（3）根據(jù)一些國家城建當(dāng)局的有關(guān)規(guī)定，為防止塔機(jī)臂架在狹窄的空間運(yùn)行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動(dòng)臂式自升塔式起重機(jī)。
（4）在經(jīng)過較長時(shí)間研制之后，履帶式水平臂架塔機(jī)作為一種新產(chǎn)品正式問世。
（5）變頻調(diào)速系統(tǒng)在國外塔機(jī)新產(chǎn)品上得到推廣應(yīng)用。
（6）高新技術(shù)開始在塔機(jī)上應(yīng)用。
（7）無論上回轉(zhuǎn)或下回轉(zhuǎn)式塔機(jī)，都十分重視駕駛室的平面設(shè)計(jì)和空間處理[9]。
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
（1）資料整理搜集:搜集查閱國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料，熟悉塔機(jī)作用、功能、應(yīng)用場(chǎng)合以及相關(guān)操作、設(shè)計(jì)需求、需要解決的問題等，搜集、查閱、翻譯相關(guān)的英文文獻(xiàn)。
（2）開題報(bào)告整理撰寫:在搜集整理出相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)文獻(xiàn)、專利資料，對(duì)塔式起重機(jī)及小車變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及具體應(yīng)用進(jìn)行研究分析，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告。
（3）裝配圖設(shè)計(jì)繪制:設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)總體傳動(dòng)方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和要求選擇合適的電動(dòng)機(jī),繪制裝配圖。
（4）零件圖計(jì)算繪制: 設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)的主要零部件,包括行走小車、卷簡、聯(lián)軸體、制動(dòng)器、鋼絲繩、滑輪，并對(duì)行走小車進(jìn)行強(qiáng)度校核。
（5）利用三維建模軟件和CAD等繪制小車變幅機(jī)構(gòu)三維圖、二維總裝圖和主要零件圖。
4、所采用的方法、手段以及步驟等
4.1所采用的方法、手段：
根據(jù)任務(wù)書設(shè)計(jì)要求，初部設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用Proe軟件進(jìn)行三維圖繪制，利用傳統(tǒng)校核方法進(jìn)行受力分析與校核，再利用Proe將三維圖導(dǎo)出二維圖，利用CAD軟件繪制其裝配圖與零件圖。
4.2所采用的步驟：
（1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料對(duì)P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；
（2）對(duì)塔機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)中主要零件如電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行選型和相關(guān)校核；
（3）設(shè)計(jì)變幅小車結(jié)構(gòu)，對(duì)其強(qiáng)度及剛度進(jìn)行驗(yàn)算以及校核；
（4）繪制所需裝配圖與相關(guān)零件圖；
（5）撰寫設(shè)計(jì)說明書；
（6）對(duì)所有資料進(jìn)行整理、提交。
5、階段進(jìn)度計(jì)劃
2020.2.21——2020.3.13 熟悉整理資料，完成開題報(bào)告
2020.3.14——2020.3.22 查找外文文獻(xiàn)并翻譯
2020.3.23——2020.4.10 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2020.4.11——2020.4.17 繪制總圖
2020.4.18——2020.5.10 變幅機(jī)構(gòu)，變幅小車的設(shè)計(jì)
2020.5.11——2020.5.20 繪制變幅機(jī)構(gòu)，變幅小車裝配圖
2020.5.21——2020.5.27 繪制零件圖紙
2020.5.28——2020.6.5 準(zhǔn)備論文及答辯
6、主要參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見：
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
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P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
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P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
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學(xué)號(hào)
專業(yè)班級(jí)
設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及基本要求
一、主要設(shè)計(jì)參數(shù)
1.起重機(jī)最大起重量12t（30m吊重，四繩），工作幅度44m，端部吊重7.6t，固定式最大起升高度73.44m。
2.變幅機(jī)構(gòu)速度：0-58m/min，電動(dòng)機(jī)功率：5 kW。
二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
1.開題報(bào)告：查閱相關(guān)文獻(xiàn)、專利資料，對(duì)塔式起重機(jī)及小車變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及具體應(yīng)用進(jìn)行研究分析，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段進(jìn)度作出安排，完成開題報(bào)告一份。
2.外文資料翻譯：完成與畢業(yè)論文設(shè)計(jì)有關(guān)外文文獻(xiàn)翻譯一份（不少于15000字符）。
3.總體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和要求選擇合適的電動(dòng)機(jī)，完成小車變幅機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核：設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)的主要零部件，包括行走小車、卷筒、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、鋼絲繩、滑輪，并對(duì)行走小車進(jìn)行強(qiáng)度校核。
5.圖紙繪制：繪制小車變幅機(jī)構(gòu)三維圖、二維總裝圖和主要零件圖，要求零件圖5張以上，裝配圖2張以上，總圖紙量不少于3張零號(hào)圖紙。
6.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫：完成符合《西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份(不少于30頁)。
設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間
2020年 2 月 24 日 至 2020 年 6 月 5 日
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)
西安石油大學(xué)
指導(dǎo)教師簽名
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系（教研室）主任簽名
年 月 日
學(xué)生簽名
年 月 日
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P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
塔式起重機(jī)是建筑行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械設(shè)備。伴隨著我國房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，塔式起重機(jī)也得到了飛速的發(fā)展。塔式起重機(jī)具有工作效率高、起升高度大、回轉(zhuǎn)范圍大、操作以及拆卸方便等特點(diǎn)，這使他成為建筑行業(yè)必不可少的起升機(jī)械。而塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)非常重要的一部分，它主要是為了滿足不同工位的物料起升工作，塔式起重機(jī)利用變幅機(jī)構(gòu)的變幅作用，充分提高了自身的起吊能力，擴(kuò)大整個(gè)塔吊的作業(yè)范圍，提高了塔吊的工作效率以及利用率。塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)，一般都是利用小車以及鋼絲繩的牽引在軌道上行走，采用這種方式能夠減輕塔臂承受的載荷，提高安全性。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我首先明確了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景以及目的，然后我搜集查閱國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料，熟悉塔機(jī)作用、功能、應(yīng)用場(chǎng)合以及相關(guān)操作，在搜集整理出相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，我查閱相關(guān)文獻(xiàn)、專利資料，對(duì)塔式起重機(jī)及小車變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及具體應(yīng)用進(jìn)行研究分析，撰寫了文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告。然后我設(shè)計(jì)了小車變幅機(jī)構(gòu)總體傳動(dòng)方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和要求選擇合適的電動(dòng)機(jī),繪制裝配圖。然后設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)的主要零部件,包括行走小車、卷簡、聯(lián)軸器、減速器、制動(dòng)器、鋼絲繩、滑輪，并對(duì)行走小車進(jìn)行強(qiáng)度校核。之后利用三維建模軟件Proe和CAD等繪制小車變幅機(jī)構(gòu)三維圖、二維總裝圖和主要零件圖。
在上面工作的基礎(chǔ)上我撰寫了本篇P360塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書。
關(guān)鍵詞：P360塔式起重機(jī)；變幅機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
Design of Trolley Luffing Mechanism for P360 Tower Crane
Abstract
Tower crane is the most widely used mechanical equipment in the construction industry. With the rapid development of China's real estate industry, tower cranes have also developed rapidly. Tower crane has the characteristics of high working efficiency, large lifting height, large rotation range, convenient operation and disassembly, which makes it an essential lifting machine in the construction industry. The luffing mechanism of the tower crane is a very important part of the tower crane, which is mainly to meet the lifting work of materials in different stations. The tower crane fully improves its lifting capacity, expands the operation range of the whole tower crane, and improves the working efficiency and utilization rate of the tower crane by utilizing the luffing effect of the luffing mechanism. The luffing mechanism of tower crane generally uses the traction of trolley and wire rope to walk on the track, which can reduce the load on the tower arm and improve the safety. In this graduation project, I first made clear the background and purpose of this graduation project. Then I collected and consulted relevant domestic and foreign documents, familiar with the functions, functions, application occasions and relevant operations of tower cranes. On the basis of collecting and sorting out relevant documents, I consulted relevant documents and patent materials, researched and analyzed the structural characteristics, working principles and specific applications of tower cranes and trolley luffing mechanisms, and wrote literature reviews and opening reports. Then I designed the overall transmission scheme of the trolley luffing mechanism, determined the main technical parameters and main structural parameters, selected the appropriate motor according to the design parameters and requirements, and drew the assembly drawing. Then the main components of the trolley luffing mechanism are designed, including the travelling trolley, winding drum, coupling, reducer, brake, wire rope and pulley, and the strength of the travelling trolley is checked. After that, three-dimensional drawing, two-dimensional assembly drawing and main parts drawing of the trolley luffing mechanism are drawn by using three-dimensional modeling software Proe and CAD. On the basis of the above work, I wrote this P360 tower crane trolley luffing mechanism design manual.
Key words: tower crane; Transform institutions; Design;
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目錄
摘要 I
Abstract II
第一章緒論 1
1.1塔式起重機(jī)概述 1
1.2課題研究的背景和意義 4
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.4研究內(nèi)容與研究方法 7
1.4.1研究內(nèi)容 7
1.4.2研究方法 7
第二章 基本參數(shù)和方案選擇 8
2.1基本參數(shù) 8
2.2變幅機(jī)構(gòu)基本方案選擇 8
第三章 變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 12
3.1變幅機(jī)構(gòu)的形式 12
3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
3.2.1選擇電動(dòng)機(jī) 12
3.2.2牽引繩的計(jì)算選擇 15
3.2.3牽引卷筒計(jì)算 16
3.2.4卷筒其他部件尺寸 16
3.3減速器的選型 18
3.4聯(lián)軸器的選型 19
3.5變幅機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇 20
3.6起、制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算 21
3.7電動(dòng)機(jī)熱量校驗(yàn) 23
第四章 變幅小車設(shè)計(jì) 24
4.1變幅小車的形式 24
4.2 變幅小車的設(shè)計(jì) 24
4.2.1小車的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 24
4.2.2變幅小車強(qiáng)度校核 26
第五章設(shè)計(jì)可行性分析 28
6.1經(jīng)濟(jì)型分析 28
6.2安全性分析 28
6.3可行性分析 28
6.4環(huán)保性分析 28
第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
致 謝 32
— I —
第一章緒論
1.1塔式起重機(jī)概述
塔式起重機(jī)中最常見的起重機(jī)就是一種上回轉(zhuǎn)液壓自動(dòng)上升式的起重機(jī)。盡管塔式起重機(jī)的材質(zhì)和型號(hào)也有各種各樣,但是他的基本設(shè)計(jì)和構(gòu)造都應(yīng)該是大致一樣的。完整的塔式起重機(jī)主要是由具有完整的金屬結(jié)構(gòu)、工作控制結(jié)構(gòu)、液壓自升控制系統(tǒng)以及具有電氣控制和安全防護(hù)的結(jié)構(gòu)等幾大組成部分基本結(jié)構(gòu)組成。下面分別介紹起重機(jī)的這些主要部分。
（1）金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機(jī)的金屬部分結(jié)構(gòu)是塔式起重機(jī)設(shè)備承受載荷的主要組成部分,他的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度等特點(diǎn)確保了塔式起重機(jī)設(shè)備能夠穩(wěn)定的進(jìn)行正常工作。對(duì)于不同的塔式起重機(jī)來說，由于結(jié)構(gòu)上的不同，零部件可能會(huì)有所不同，但是其基本的構(gòu)架不會(huì)改變，作用也不會(huì)改變。需要整改金屬部分承載著工作中的各種載荷，是塔式起重機(jī)最要的組成部分，其質(zhì)量占到了整改起重機(jī)的六成。所以整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)塔式起重機(jī)的種類、起升性能等都有影響。
塔頂是塔式起重機(jī)中從塔身到最上頂端的結(jié)構(gòu)，他的主要作用就是用來成袋臂架的拉繩以及平衡拉繩所產(chǎn)生的在和，并且通過轉(zhuǎn)臺(tái)、軸承等結(jié)構(gòu)傳到受力到塔身的結(jié)構(gòu)。塔頂?shù)男螤钣绣F式的，人字架式以及斜撐式等各種形狀。常見的錐柱式塔頂實(shí)際是一個(gè)錐形轉(zhuǎn)柱,由于一些塔頂主體構(gòu)造的特殊原因,底部斷面的尺寸可能要相對(duì)較小。常見的人字形桁架式是充分利用了型鋼和組成的桁架以及兩根定位桿等構(gòu)件組成的。斜撐式的塔頂則是也是充分利用了型鋼和組成的定位系桿等構(gòu)件組成的,這幾種錐柱式塔尖的共同設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一就是塔頂?shù)目傮w質(zhì)量比較輕,加工、安裝和維護(hù)都比較方便。前傾截面的圓錐柱式的塔頂就比較適合本次畢業(yè)設(shè)計(jì),塔頂?shù)母共坎捎昧藞A鋼管進(jìn)行了支撐,塔冒的底部采用了無縫焊接的方式,在頂部則是設(shè)計(jì)了一個(gè)吊耳,吊耳是能夠安裝一個(gè)連接平衡臂的拉桿以及連接平吊臂的拉桿。同時(shí)吊耳還重要的是能夠在塔頂上安裝一個(gè)用于起升的定滑輪。由于塔頂處于整個(gè)塔式起重機(jī)的最頂部，并且塔式起重機(jī)一般高度都較高，所以頂部安裝有安全燈和避雷線。
起重臂是塔式起重機(jī)中一種主要用來起升重量的結(jié)構(gòu),一般也可以稱之為大車水平吊臂以及小車水平臂架。一般都說起重臂是根據(jù)其造型形式進(jìn)行了分類,可以再細(xì)分為小車水平臂架、以及動(dòng)臂架。能夠使小車變幅的水平臂架可以稱之為彎曲式小車的水平臂架,能夠使小車承受一定的彎曲應(yīng)力,，是應(yīng)用比較廣泛的一種臂架，他能夠借助變幅小車的動(dòng)作進(jìn)行移動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)，能夠準(zhǔn)確度進(jìn)行定位。在本次設(shè)計(jì)中，就是采用了小車變幅水平臂架。
小車運(yùn)動(dòng)臂架一般主要分為有三種整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式,分別為：最常采用的形式是單臂雙吊點(diǎn)的立式小車運(yùn)動(dòng)臂架、雙臂單吊點(diǎn)的小車結(jié)構(gòu)以及一種錘頭式超靜力固定結(jié)構(gòu)的臥式小車運(yùn)動(dòng)臂架。單吊點(diǎn)的移動(dòng)小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)主要認(rèn)為是一種類似靜定移動(dòng)小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)、雙臂單吊點(diǎn)的移動(dòng)小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)則被廣泛認(rèn)為主要是一種類似錘頭式的超靜定移動(dòng)小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)。一般起升幅度在四十米一下的采用單點(diǎn)吊結(jié)構(gòu)，大于五十米則一般采用雙吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
對(duì)于一般的塔式起重機(jī),采用的都是上回轉(zhuǎn)式塔式起重機(jī),所以一般都要求轉(zhuǎn)臺(tái)都裝配平衡臂,他能夠直接支撐整個(gè)平衡臂的配重,使得整個(gè)塔式起重機(jī)的平衡臂在作用載荷和重量力矩等綜合處產(chǎn)生了相反的平衡力矩。在升降機(jī)和小車變幅器等采用水平臂架自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)升降的機(jī)構(gòu)中,平衡臂也延伸了整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)。起升機(jī)構(gòu)則是會(huì)同平衡臂的配重一起直接放置在整個(gè)平衡臂的尾端，能夠起到一部分配重的作用，同時(shí)則增加了牽引鋼絲繩和塔尖銷子之間的高度，能夠有效避免亂繩現(xiàn)象的出現(xiàn)。平衡重則是平衡臂整個(gè)大的系統(tǒng)中的一部分，他的質(zhì)量比較大，一般的輕型的塔式起重機(jī)要求平衡重要有三到四噸，大型的塔吊可能需要達(dá)到幾十噸中。所以在設(shè)計(jì)選擇平衡重的時(shí)候，需要綜合考慮其材料的選擇、造型以及按照的便利性。一般平衡重有活動(dòng)和固定兩種結(jié)構(gòu)?；顒?dòng)的主要應(yīng)用于自升式塔式起重機(jī)，平衡重是可以移動(dòng)的，能夠確保整個(gè)塔吊在工作中是受力平衡的。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，加工量大成本高。所以目前平衡重在我國一般都是直接采用固定式平衡重。在建筑材料制造商,平衡重一般都指的是直接采用鋼筋混凝土或者是鑄造材料組成。二者各有自身的一些優(yōu)缺點(diǎn),鑄鐵結(jié)構(gòu)的平衡重由于構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜,所以平衡重的加工和操作起來比較困難,成本相對(duì)較高,但是平衡重整體的體積較小,所以平衡重的迎風(fēng)載荷面積也相對(duì)較小,有利于減少迎風(fēng)阻力帶來的負(fù)面影響,鋼筋混凝土的平衡塊有著制造簡單、成本低、加工方便的優(yōu)點(diǎn)，但是體積較大，迎風(fēng)面積大，在對(duì)塔吊的受力影響以及穩(wěn)定性方面需要綜合考慮到。本次設(shè)計(jì)平衡重選擇的材料是混凝土試平衡重。
（2）工作機(jī)構(gòu)
工作機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)用來實(shí)現(xiàn)起重功能的不同運(yùn)動(dòng)而設(shè)置的。塔式起重機(jī)的主要工作方式和機(jī)構(gòu)包含了旋轉(zhuǎn)起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)塔式起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)之間的獨(dú)立或者相互之間的配合完成重物的起升、輸送等工作。在工作中，為了提高工作效率，幾個(gè)工作機(jī)構(gòu)都要求能過具有較快的工作速度，但是在起步或者制動(dòng)的過程中則要求能夠穩(wěn)定運(yùn)行，避開可能產(chǎn)生的巨大沖擊，從而預(yù)防可能對(duì)金屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的破壞性影響。
起升和裝卸機(jī)構(gòu)是起重機(jī)中一種使用最為頻繁的一種工作機(jī)構(gòu),起到了提升和裝卸重物的作用 ,在整個(gè)吊重工作的機(jī)構(gòu)中,為了提高起重機(jī)的工作效率以及穩(wěn)定性，一般起升機(jī)構(gòu)都會(huì)設(shè)計(jì)成一定的調(diào)速機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)工作簡圖如下圖1-1所示。
1-電機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-液制動(dòng)器；4-減速器；5-卷筒；6-高度制動(dòng)控制器和限位器等
圖1-1起重提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖
起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式有很多種，主要常見的有機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等類型。其中機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力是由機(jī)械裝置產(chǎn)生并且經(jīng)過一系列的傳遞之后帶動(dòng)卷筒進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)動(dòng)力能夠傳遞到其他工作機(jī)構(gòu)中，這種驅(qū)動(dòng)方式比較集中，同時(shí)能夠確保各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性能，但是整個(gè)傳動(dòng)的路線比較復(fù)雜，雖然工作可靠，但是操作繁瑣，速度的調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。店里傳動(dòng)則是利用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的來源，驅(qū)動(dòng)卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)是一種成熟的產(chǎn)品，所以工作穩(wěn)定，調(diào)速性能較好，同時(shí)對(duì)于電機(jī)來說能夠直接從電網(wǎng)是取得電流，安裝相對(duì)簡單。液壓傳動(dòng)是近幾年來發(fā)展起來的一種傳動(dòng)方式，體積小、容積率大，傳動(dòng)效果好，并且只能興國好，但是這種傳動(dòng)需要考慮液壓動(dòng)力源、液壓油以及傳動(dòng)中的精準(zhǔn)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)方式選擇的是交流電動(dòng)機(jī)。
起升機(jī)構(gòu)的圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)選擇的是一種圓柱齒輪塊式減速器,這主要是因?yàn)檫@種圓柱齒輪減速器和其他的圓柱齒輪減速器相比結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)比大,質(zhì)量小,傳遞的力矩和功率大,雖然減速器整體的體積較大,但是其成本相對(duì)較低。所以本次起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇的減速器是一種圓柱齒輪塊式減速器。圓柱齒輪制動(dòng)器一般可以直接設(shè)計(jì)在高速軸也或者可以直接設(shè)計(jì)在低速軸,但是所需的要求不同。但是設(shè)計(jì)在高速軸上的機(jī)器有時(shí)候因?yàn)樾枰氖侵苿?dòng)力矩比較小,但是它在制動(dòng)的過程中會(huì)對(duì)低速軸產(chǎn)生較大的軸向沖擊力,所以一般都應(yīng)該是選擇采用塊式的制動(dòng)器。但是布置在低速軸上則有時(shí)候會(huì)因?yàn)樾枰^大的制動(dòng)力矩用來制動(dòng),經(jīng)常采用的就是帶式或者盤式的制動(dòng)器。
塔式起重機(jī)主要就是利用回轉(zhuǎn)臂來實(shí)現(xiàn)其工作轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)工作的覆蓋。在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，主要是通過上、下回轉(zhuǎn)支座進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，他們分別安裝在回轉(zhuǎn)軸承的兩部分，并且利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是一個(gè)承受著重要載荷的工作機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行動(dòng)作的時(shí)候，他不僅需要附帶著塔臂上的吊載載荷還需要克服工作中的風(fēng)阻，這些都能夠直接影響到整個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作以及動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇。目前在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，常見的工作流程有一下幾種。第一種就是利用電機(jī)→液力耦合劑→減速器→齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。這種裝置整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了立體安裝的方式，在正中間安裝有液力耦合劑，能夠緩解啟動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力，這種方式結(jié)構(gòu)比較簡單，成本也比較低，但是在速度調(diào)節(jié)中智能依靠電機(jī)的正反轉(zhuǎn)等進(jìn)行制動(dòng)，速度調(diào)節(jié)也不方便。第二種就是利用力矩電機(jī)→減速機(jī)→齒輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。其中電機(jī)采用的是帶有渦流制動(dòng)的電機(jī)，這種電機(jī)的特點(diǎn)就是在啟動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)候，會(huì)引入渦流制動(dòng)器，能夠穩(wěn)定、平穩(wěn)的運(yùn)行，但是成本比較高。
變幅機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在下面的章節(jié)中會(huì)詳細(xì)闡述。
（3）安全裝置
安全永遠(yuǎn)是第一位，安全裝置是塔式起重機(jī)非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，他的作用就是防止違法操作以及保證正常操作的安全性能，從而避免預(yù)防各種錯(cuò)誤操作所產(chǎn)生的后果。在塔式起重機(jī)的安全裝置中,比較常見的有限位器控制開關(guān)、斷電控制開關(guān)、保險(xiǎn)等。下面簡單介紹這幾種安全裝置。
限位開關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中一般都稱之為限位器，主要是用來防止吊鉤工作中超過實(shí)際的限制，從而損壞起重機(jī)的機(jī)構(gòu)以及鋼絲繩等零部件?；剞D(zhuǎn)限位開光的主要作用就是限制起重機(jī)在工作中的回轉(zhuǎn)角度，由于工作中，鋼絲繩、電纜等都是一體的，如果角度超過了極限，則會(huì)出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，所以一般如果起重機(jī)沒有設(shè)計(jì)集電環(huán)，則必須配備回轉(zhuǎn)限位開關(guān)，以確保工作的安全性能。
在工作中,起重機(jī)的主要限位控制工作就是為了直接提高重物的起升高度并將其放到起重機(jī)指定的工作位置,但是工程起重機(jī)對(duì)于工作的高度還是需要自己有一個(gè)的限制,不然會(huì)直接導(dǎo)致重錘和鋼絲繩的拉斷。所以工程用螺桿式起重機(jī)都帶有了限高器，以限制起升的高度。工程上常用的起升高度限制器一般有兩種,分別采用的是重錘式和螺桿式兩種。其中對(duì)于重錘式高度限制器的主要特點(diǎn)在于是構(gòu)造比較簡單,方便快捷,但是不足之處在于是分別采用的對(duì)于鋼絲繩采用螺桿懸掛的高度限制方式,會(huì)直接導(dǎo)致重錘和鋼絲繩起升的高度以及鋼絲繩之間經(jīng)常出現(xiàn)的摩擦。而對(duì)于螺桿式高度的限制器則主要是應(yīng)用于一種小車變幅式的塔式工程起重機(jī),這種起升高度限制器一般都是直接利用兩個(gè)限位控制開關(guān)進(jìn)行限位控制工作的,可以直接用作雙向的起升高度控制.
1.2課題研究的背景和意義
塔式起重機(jī)是土建工程中一個(gè)非常關(guān)鍵的設(shè)備。每一個(gè)大型建筑工地都是可以看到高高的平頭塔吊。近年來我國建筑業(yè)飛速崛起，這導(dǎo)致塔式起重機(jī)的性能技術(shù)也得到了發(fā)展與進(jìn)步，達(dá)到了目前國際建筑行業(yè)主流的技術(shù)水平。塔式的起重機(jī)和其他起重設(shè)備相比,結(jié)構(gòu)比較合理、性能也非常優(yōu)異,在土建工程中使用工作效率比較高,所以被廣泛地使用，使用范圍涉及到各種建筑材料、建筑器材等的施工安裝、轉(zhuǎn)移等各個(gè)方面,而傳統(tǒng)的平頭塔機(jī)由于沒有較大的塔頭,其吊鉤整體的質(zhì)量小、高度低,最大的安裝高度也比其他塔式起重機(jī)低上許多，這就導(dǎo)致它交叉作業(yè)時(shí)吊鉤的總體高度會(huì)低一些，它有著安裝簡便，安裝時(shí)間少等優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆]有塔頭，所以空間利用率也大大提高，這就使它能適應(yīng)一些對(duì)高度有要求的作業(yè)，普通的塔式起重機(jī)就很難完成這些工作，而平頭塔機(jī)就可以勝任。而且平頭塔機(jī)的小車變幅機(jī)構(gòu)由于是靠臂架尾部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而大大減少了小車的質(zhì)量，讓小車連接在臂架上更加安全可靠，讓小車在進(jìn)行變幅的時(shí)候更加靈活容易。
塔式起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)是變幅小車，小車變幅機(jī)構(gòu)的主要功能和工作用途指的是通過改變塔式起重機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)行幅度或伸距,即通過改變塔式起重機(jī)的拉桿吊鉤(或吊桿抓斗)的吊鉤中心至塔式起重機(jī)的中心距離，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中心和吊鉤中心的一定長度水平線的距離,以讓塔式起重機(jī)達(dá)到適應(yīng)于在不同特定工作地點(diǎn)條件下的高效裝卸貨物,塔式起重機(jī)小車變幅機(jī)構(gòu)可以通過鋼絲繩牽引力的傳動(dòng)而使機(jī)構(gòu)在塔式小車起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)下在主軸和固定臂架上轉(zhuǎn)動(dòng)做各種來回式和旋轉(zhuǎn)式的運(yùn)動(dòng),從而用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)將那些需要快速起吊的裝卸重物高效地運(yùn)送至達(dá)到特定工作地點(diǎn)。
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
塔式起重機(jī)是一種能把塔身的重臂立起來,利用重臂回轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行起重提升和轉(zhuǎn)移起重物料的一種起重機(jī)械。主要頻繁使用在各種較高的建筑以及民營行業(yè)。塔式起重機(jī)對(duì)于建筑行業(yè)來說,能夠直接起到了加快建筑施工的速度、降低了成本,提高效率等的作用。中國如今的塔式起重機(jī)研發(fā)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了有40余年,從最原始的測(cè)量仿制繪圖到獨(dú)立自行設(shè)計(jì)再到獨(dú)立加工制造度過了一個(gè)漫長的過程。
20世紀(jì)50年代,我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)迫切需要塔式起重機(jī)，1954年第一次拿到了德國設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)樣板機(jī)并對(duì)其進(jìn)行了仿造，這架塔式起重機(jī)型號(hào)為tq2-6，是中國第一臺(tái)塔式起重機(jī)，是在遼寧撫順工廠進(jìn)行制造的。之后參考前蘇聯(lián)的樣板機(jī)，大量制造出來15t和25t的塔機(jī)，這時(shí)候我國制造的起重機(jī)規(guī)模不大，數(shù)量較少。
20世紀(jì)60年代, 我國建筑業(yè)高速發(fā)展，民用建筑高層，超高層越來越多，塔式起重機(jī)的需求也越來越大，當(dāng)時(shí)使用較多的為內(nèi)部爬升式和外部附著式的塔式起重機(jī)。像可控多晶硅電機(jī)調(diào)速，直流多晶硅電機(jī)自動(dòng)調(diào)速這類在當(dāng)時(shí)算比較先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)在比較高的建筑工地被廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)70年代,中國制造出了第一臺(tái)下回轉(zhuǎn)的輕量型輪胎式軌道兩用起重機(jī),在同一年,中國還自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造了QT-10型自升式塔式軌道兩用起重機(jī)，后來又開發(fā)設(shè)計(jì)了ZT100、ZT120、ZT280這類的自升式小車變幅塔式軌道起重機(jī)，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量最高的起重機(jī)種類年產(chǎn)量高達(dá)900臺(tái),這在當(dāng)時(shí)產(chǎn)量已經(jīng)非常驚人了，中國塔式起重機(jī)制造業(yè)也進(jìn)入了新的階段。
20世紀(jì)80年代,中國塔式起重機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了QTZ系列自動(dòng)提升式塔式起重機(jī)，QT系列下回轉(zhuǎn)快裝建筑類塔式起重機(jī)等一系列的新產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的水平已經(jīng)逼近國外70年代的水平，年產(chǎn)量已高達(dá)1400臺(tái)。同時(shí)我國改革開放，為了追求更高級(jí)的產(chǎn)品，我們從國外引進(jìn)了一批像德國的liedliebherr、法國的lipotain以及聯(lián)邦意大利的liedilmac等新型塔式起重機(jī)產(chǎn)品，國外的這些設(shè)備大多技術(shù)和性能都比較優(yōu)異，可供我們參考學(xué)習(xí)，促進(jìn)了我國塔機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。
20世紀(jì)90年代以后,我國塔式起重機(jī)制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入興盛時(shí)期，不但產(chǎn)量增加，而且已經(jīng)有部分產(chǎn)品出口到國外，大型塔式起重機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，城市內(nèi)建筑到處都可以看到塔式起重機(jī)，鐵路，橋梁，電力與水利工程也離不開塔式起重機(jī)的工作。
1.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀
在二戰(zhàn)之后德國才致力于發(fā)展塔機(jī)制造業(yè)，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)過后，各國都需要重建家園，巨大的工程量迫切需要性能良好安全可靠的塔式起重機(jī)。從塔式起重機(jī)在建筑施工中剛出現(xiàn)到發(fā)展成為了工程機(jī)械的一個(gè)重要的分支以來,已經(jīng)有50多年的歷史,期間塔式起重機(jī)制造業(yè)也經(jīng)歷了艱難曲折的發(fā)展歷程，70年代末，國外塔式起重機(jī)制造業(yè)跌入了低谷，許多中小型塔式起重機(jī)制造廠停產(chǎn)或者轉(zhuǎn)產(chǎn)，只有少部分大型的制造廠能勉強(qiáng)維持。直至80年代末才逐漸呈現(xiàn)出復(fù)產(chǎn)的趨勢(shì)。近年長期以來,外國塔式起重機(jī)在新產(chǎn)品研發(fā)上大致有下列一些較明顯的特點(diǎn):
（1）近年來更多的塔機(jī)制造商注重于開發(fā)經(jīng)濟(jì)型的城市塔機(jī)并將產(chǎn)品擴(kuò)展成城市塔機(jī)系列。
（2）國外研發(fā)的塔式起重機(jī)新產(chǎn)品中，出現(xiàn)了一些新型的的輕型折疊式可安裝快速簡便的塔機(jī)比較吸人視線。
（3）根據(jù)一些西方發(fā)達(dá)國家城建建設(shè)工程監(jiān)督管理部門當(dāng)局的相關(guān)政策和其他有關(guān)的法律規(guī)定,為了有效防止起升塔機(jī)兩個(gè)吊臂起重架在狹窄的高層建筑物之間工作時(shí)兩個(gè)吊臂之間發(fā)生矛盾,避免兩個(gè)吊臂相互的發(fā)生磕碰以及防止吊臂架觸碰到了我們周圍的一些高層建筑物,在一些大型城市中的住宅區(qū)和一些高層建筑密集的住宅地區(qū)中其施工必須盡量減少采用全手動(dòng)臂式自吊或升塔式吊臂起重機(jī)。
（4）在我們經(jīng)過了一段較長時(shí)間的開發(fā)研制之后,履帶式液壓水平臂架式液壓塔機(jī)已經(jīng)作為一種新型的技術(shù)替代產(chǎn)品正式的投產(chǎn)問世。
（5）變頻塔機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)在國外變頻塔機(jī)新技術(shù)產(chǎn)品上已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用。
（6）高新技術(shù)開始在塔機(jī)上應(yīng)用。
（7）國外十分重視駕駛員的操控感受所以十分重視塔機(jī)駕駛室的平面設(shè)計(jì)和空間處理。
塔式起重機(jī)是隨著世界高層建筑不斷的發(fā)展而出現(xiàn)的。他真正得到發(fā)展是在二十世紀(jì)四十年代，那時(shí)候由于世界上高層建筑不斷出現(xiàn)，塔式起重機(jī)的作用得以凸顯出來。當(dāng)時(shí)應(yīng)用最多的就是內(nèi)部爬升式以及外部附著式兩種結(jié)構(gòu)。并且在當(dāng)時(shí)已經(jīng)應(yīng)用了比較先進(jìn)的控制技術(shù)，比如常見的可控硅調(diào)速以及渦流制動(dòng)器等。后來隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展更新，塔機(jī)應(yīng)用的范圍更加廣泛，其各種技術(shù)都得到了突破發(fā)展，關(guān)鍵的參數(shù)比如起重量、起重高度以及變幅幅度等都得到了突破。
未來隨著中大型起重機(jī)械的不斷發(fā)展,其未來的發(fā)展戰(zhàn)略方向?qū)⒅饕畜w現(xiàn)在以下幾個(gè)重要的方面,一個(gè)就是提高整機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能,，由于技術(shù)材料的應(yīng)用和加工、工藝等性能的提高，產(chǎn)品保證符合使用條件的情況下，都需要確保整體的性能和質(zhì)量，以降低由于質(zhì)量所產(chǎn)生的其他影響生產(chǎn)的因素。二是穩(wěn)定性和可靠性高的設(shè)備，能夠在確保質(zhì)量的情況下最大可能的發(fā)揮其良好的性能。三是更加智能化、自動(dòng)化。塔式起重機(jī)未來將隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等不斷的發(fā)展，能夠顯示更加自動(dòng)化的控制，降低認(rèn)為的干預(yù)，提高工作效率以及工作準(zhǔn)確度。最主要的是，塔式起重機(jī)將會(huì)朝向更加安全、舒適、使用的方向發(fā)展，超向著更大起重量、起升高度以及調(diào)節(jié)幅度的方向發(fā)展。
1.4研究內(nèi)容與研究方法
1.4.1研究內(nèi)容
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)深入研究并設(shè)計(jì)了P360塔式起重機(jī)的變幅傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。首先對(duì)塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行深入了解,分析其變幅機(jī)構(gòu)的主要性能特點(diǎn)、了解其分類以及其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),選擇合適的變幅機(jī)構(gòu)方案。對(duì)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、卷筒等零部件進(jìn)行了正確的選擇,對(duì)鋼絲繩等零部件進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，對(duì)變幅小車以及牽引機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。
1.4.2研究方法
根據(jù)任務(wù)書設(shè)計(jì)要求，通過查閱資料，初部設(shè)計(jì)小車變幅機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用Proe軟件進(jìn)行三維圖繪制，利用傳統(tǒng)校核方法進(jìn)行受力分析與校核，再利用Proe將三維圖導(dǎo)出二維圖，利用CAD軟件繪制其裝配圖與零件圖。
第二章 基本參數(shù)和方案選擇
2.1基本參數(shù)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的每一個(gè)基本參數(shù),是根據(jù)任務(wù)書中所給定的基本技術(shù)設(shè)計(jì)要求所進(jìn)行選擇的，基本參數(shù)如下所示。
（1）起重機(jī)最大起重重量：12t
（2）工作幅度：44m
（3）變幅機(jī)構(gòu)速度：0-58m/min
（4）30m吊重，4繩
2.2變幅機(jī)構(gòu)基本方案選擇
變幅機(jī)構(gòu)的主要功能是改變起重機(jī)工作的一個(gè)水平幅度,它有著能夠有效擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍的優(yōu)點(diǎn)。一般的變幅機(jī)構(gòu)是由電機(jī)、減速裝置、卷筒、制動(dòng)結(jié)構(gòu)等部分組成,由于其工作時(shí)電機(jī)負(fù)載較小,所以一般工作功率和機(jī)構(gòu)的外形尺寸都比較小。變幅機(jī)構(gòu)對(duì)其分類的方法也比較多,在實(shí)際的應(yīng)用中,一般都采用的是根據(jù)其內(nèi)部制動(dòng)結(jié)構(gòu)的形式以及其變幅的方式來劃分為適合高速運(yùn)行的小車式和常用的吊臂俯仰式。
在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,所需要研究的塔式起重機(jī)的水平臂變幅驅(qū)動(dòng)方式就是采用了水平臂小車變幅機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)小車在水平臂的水平移動(dòng)。變幅就是小車在工作中沿著小車吊臂的弦桿導(dǎo)軌進(jìn)行行走,作為塔式起重機(jī)小車水平行走時(shí)主要結(jié)構(gòu)的是水平臂變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其主要分為水平臂自行式和吊臂鋼絲繩導(dǎo)軌牽引兩種變幅方式。其中最典型的自行式變幅就是電動(dòng)機(jī)直接安裝在小車內(nèi)部,然后依靠電力驅(qū)動(dòng)小車的車輪滾動(dòng),從而有效的使得小車平穩(wěn)運(yùn)行。其中最典型這類水平臂變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的就是電動(dòng)滑車,他就是這樣沿著小車吊臂弦桿導(dǎo)軌行走的。但是由于小車行走時(shí)吊臂需要較大的附著力，所以就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)小車的種類比較大，所以這種自行行走的方式只適用于小型塔式起重機(jī)，應(yīng)用受到一定的限制。
鋼絲繩牽引式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的變幅起重小車,在工作中就是能夠依靠采用了鋼絲繩的額外牽引機(jī)構(gòu)來為其提供額外驅(qū)動(dòng)力,在塔式起重機(jī)的工作中在吊臂上可以進(jìn)行行走,由于其沿吊臂行走的方式,所以吊臂的驅(qū)動(dòng)力和載荷不會(huì)明顯的受到其他額外驅(qū)動(dòng)力的影響和限制,所以變幅機(jī)構(gòu)適應(yīng)的范圍廣,能夠在一定的傾斜和角度的軌道上運(yùn)行,并且由于采用了鋼絲繩的牽引,所以驅(qū)動(dòng)部分并不在一輛小車的本體上,所以變幅機(jī)構(gòu)可以有效的使得驅(qū)動(dòng)力減輕了很多,所以他的驅(qū)動(dòng)力使用適應(yīng)范圍就比較廣,能夠有效的應(yīng)用于到一些大幅度以及起重量都要求較大的塔式起重機(jī)。目前由于我國的塔式起重機(jī)主要是應(yīng)用于到一些建筑工地,所以對(duì)變幅機(jī)構(gòu)的變幅度以及的起重量都是要求較大,所以目前的塔式起重機(jī)大部分都主要是采用了鋼絲繩牽引式的變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),這樣我們就能夠有效的降低起重機(jī)吊臂在正常工作中所需要承受的額外驅(qū)動(dòng)力和載荷，并且工作穩(wěn)定。同時(shí)動(dòng)力裝置可以設(shè)計(jì)在臂架的尾部，所以對(duì)其平衡性可以忽略。所以在本次設(shè)計(jì)中也是采用了牽引式小車變幅機(jī)構(gòu)。
在目前常見的變幅機(jī)構(gòu)中調(diào)速機(jī)構(gòu)主要有以下幾種，分別進(jìn)行介紹：
（1）多速電機(jī)變幅機(jī)構(gòu)
這是一種利用變速電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方式，電機(jī)上一般都帶有盤式制動(dòng)裝置。電機(jī)一般都是采用雙速或者三速電機(jī)，然后驅(qū)動(dòng)一個(gè)減速器，帶動(dòng)鋼絲繩卷筒進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡單、體積小，能夠滿足塔式起重機(jī)的臂長要求，但是在極限變速狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生電流的沖擊，也會(huì)對(duì)變速產(chǎn)生沖擊。
（2）變頻調(diào)速變幅機(jī)構(gòu)
這是最近近年來，隨著變頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制等計(jì)算的發(fā)展而推出來的一種新型無級(jí)變速變幅機(jī)構(gòu)。他的速度的變化主要是通過變頻器來調(diào)整電機(jī)的頻率來實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)的方式變速比較平穩(wěn)，沖擊力比較小，安全性高。
根據(jù)前面我們分析的兩種自動(dòng)控制變幅小車減速機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)以及各自的優(yōu)劣勢(shì),本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們選擇了一臺(tái)傳統(tǒng)的多速電機(jī)和自動(dòng)控制的變速小車機(jī)構(gòu)。他的變幅小車驅(qū)動(dòng)控制方式其實(shí)就是一臺(tái)雙速電機(jī),電機(jī)上帶有固定的制動(dòng)器,通過聯(lián)軸器的方式用電機(jī)連接制動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速器,然后連接到卷筒。這樣就是基本的變幅小車傳動(dòng)控制方式。卷筒的兩端都分別有用于固定變幅小車鋼絲繩的兩個(gè)端頭部。不論是變幅的小車在最外部或者最里邊,在卷筒上的兩端都會(huì)分別預(yù)留三道四圈的鋼絲繩很好的纏繞在滾筒上。這樣不論是鋼絲繩的放出還是卷回,在鋼絲繩的滾筒上都會(huì)很好的保留有三到四圈的變幅鋼絲繩不會(huì)放出去。在工作中,當(dāng)變幅小車工作了一段時(shí)間之后,鋼絲繩由于滾筒的拉伸時(shí)間過長而可能會(huì)在滾筒上產(chǎn)生一定的撓度以及一定的變形,這時(shí)我們可以通過滾筒上的變幅鋼絲繩和小車上的長螺栓對(duì)鋼絲繩進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,緊固鋼絲繩。本次設(shè)計(jì)所研究的變幅機(jī)構(gòu)三維圖、二維圖以及鋼絲繩纏繞的方式如下圖2-1和圖2-2與圖2-3所示。
1-電機(jī)；2-卷筒；3-滑輪；4-小車；5-減速器；6-聯(lián)軸器；7-制動(dòng)器；
圖2-1變幅機(jī)構(gòu)簡圖
圖2-2變幅機(jī)構(gòu)模型圖
圖2-3 變幅機(jī)構(gòu)及鋼絲繩纏繞簡圖
第三章 變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算
3.1變幅機(jī)構(gòu)的形式
塔式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)的分類形式比較多，下面介紹幾種常見的變幅機(jī)構(gòu)分類形式：
（1）按照采用雙臂式移動(dòng)變幅高速傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式情況進(jìn)行類別分類,可以從總體結(jié)構(gòu)上可以分為帶雙臂架高速擺動(dòng)式用的雙臂高速變幅傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和高速運(yùn)動(dòng)用的小車式雙臂變幅傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在前面章節(jié)中已經(jīng)選擇了是利用鋼絲繩牽引來帶動(dòng)其中小車的變幅工作。在安裝的時(shí)候，吊臂安裝在水平的位置，小車?yán)娩摻z繩進(jìn)行牽引從而工作運(yùn)行，能夠沿著臂架的弦桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種利用小車變幅機(jī)構(gòu)的有點(diǎn)就是方便安裝，在變幅的時(shí)候物料能夠承受做水平的移動(dòng)，整個(gè)變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的速度快、功率也比較節(jié)省，同時(shí)變幅的幅度利用率也比較大，但是不足之處就是整體結(jié)構(gòu)相對(duì)笨重，對(duì)吊臂來說就需要承受更大的彎矩，使用鋼材等量較大。
（2）根據(jù)工作性質(zhì)可以分為工作性變幅和非工作性變幅。
在實(shí)際應(yīng)用中,非工作性的變幅調(diào)整機(jī)構(gòu)一般只能在汽車或起重機(jī)空載的必要時(shí)候起作用來控制或調(diào)整其變化的幅度,調(diào)整物料位置的改變等。這種變幅的主要特點(diǎn)就是變幅的次數(shù)比較少，在變幅的時(shí)候，對(duì)起重機(jī)所產(chǎn)生的影響比較小，所以工作一般都是采用較低的速度進(jìn)行。工作性變幅機(jī)構(gòu)則可以在起重機(jī)工作中用于帶載荷的條件下進(jìn)行變幅，整個(gè)變幅過程是起重機(jī)工作的一個(gè)環(huán)節(jié)。在變幅的時(shí)候?qū)ζ鹬貦C(jī)的生產(chǎn)效率來說會(huì)產(chǎn)生一定的影響，為了避免這個(gè)影響，一般都會(huì)采用較高的變幅速度。
（3）根據(jù)臂架變幅性能可以分為普通臂架變幅和平衡臂架變幅兩種方式。
其中普通的臂架在正常情況下工作的時(shí)候,會(huì)直接引起普通臂架和被吊升運(yùn)輸貨物的重心發(fā)生提升和下降的周期性變化,這就使得它會(huì)需要消耗額外的驅(qū)動(dòng)功率,能夠很好的適用于非工作性的各種變幅運(yùn)輸方式,對(duì)于一些帶有較大載荷的運(yùn)輸情況,則變幅機(jī)構(gòu)可以偶爾的使用,不能將其作為變幅的常態(tài)。平衡臂架變幅的機(jī)構(gòu)則是能夠很好的利用各種平衡的系統(tǒng)原理或者是補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)方法對(duì)其進(jìn)行了調(diào)整,使得在進(jìn)行變幅的過程中,被吊升運(yùn)輸物品的重心沿著近似水平的方向快速進(jìn)行了變動(dòng),這樣就能夠確保整體重心的高度保持不變，從而降低了驅(qū)動(dòng)功率，所以比較適合于工作性變幅方式。
3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1選擇電動(dòng)機(jī)
首先計(jì)算電機(jī)的凈功率，計(jì)算公式如下：
Pj=pmax×V1000×60η=379.08×581000×60×0.97×0.95×0.95×0.93
=0.45KW
Pj------電機(jī)凈功率
V------變幅速度
η------傳統(tǒng)系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)效率
上述的公式中,pmax表示傳動(dòng)系統(tǒng)中總的載荷與作用力之和,他的作用力包括了起重機(jī)的傳動(dòng)臂架、平衡傳動(dòng)系統(tǒng)、起升載荷以及由于風(fēng)所作用力而引起的其他動(dòng)力載荷,在上述公式計(jì)算的時(shí)候，各個(gè)位置所承受的力都取最大值。這里的起重機(jī)臂架重量為183.28KN，平衡臂臂架重量為81.6KN，起升機(jī)構(gòu)重量為17.6KN，由于風(fēng)所引起的動(dòng)力載荷為96.6KN,其計(jì)算如下：
（1）摩擦阻力W1
W1 = ( FQ + Fg ) × ( u·d/D +2f/D ) K0 ( N )
FQ------起升載荷，120000N
Fg------小車自重，700N
u------滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，取0.015
f------小車滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.03
D------車輪直徑，取200mm=0.2m
K0------附加阻力系數(shù)，取2.0
d------滾動(dòng)軸承直徑，取20.8mm=0.208m
數(shù)據(jù)帶入得：
W1 = ( FQ + Fg ) × ( u·d/D +2f/D ) K0
= 77KN
(2) 坡度阻力W2
W2=（FQ+G）sina
G------吊具重量與小車重量之和，由下表查得，取3.5% FQ
吊具自重
額定起升載荷FQ （ KN ）
吊具自重載荷Fg （ KN ）
300～500
3% FQ
800～1250
3.5% FQ
1600～2500
4% FQ
a ------坡度角，取1.5°
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W2 = ( FQ + G ) Sina =1.035 FQSin1.5°= 3.25 KN
（3）慣性阻力W3
W3 = W3'+ W3″
W3'= ( FQ + Fg )·V /(g·t)
W3″= ( FQ + Fg )n2 R / 900
V------小車運(yùn)行速度
t------小車起動(dòng)時(shí)間
V/t= a 加速度 ≤0.5 m/s2
n------塔機(jī)回轉(zhuǎn)速度，取0.7R/min
R------工作幅度，44m
將上面數(shù)據(jù)帶入得
W3 = W3'+ W3″= ( FQ + Fg )·V /(g·t) + ( FQ + Fg )n2 R / 900
= 7.6KN
（4）迎風(fēng)阻力W4
W4 = q0 · A =Cw·Pw·A
q0 ------風(fēng)壓，N/m2
Cw------風(fēng)力系數(shù)，取1.6
Pw------正常工作載荷情況下，取150Pa
A ------迎風(fēng)面積，由下表查出，取10m2
迎風(fēng)面積
起升質(zhì)量（T）
2
3
5
6
8
10
15
擋風(fēng)面積（m2）
2
3
5
6
6
7
10
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W4 = q0 · A =Cw·Pw·A
= 2.4KN
（5）起升繩阻力W5
W5 = S1 – S4 = S1 (1 – g3 )
= FQ ( 1- g3 )/(1 + g )·g
g------滑輪效率，取0.98
將上面數(shù)據(jù)帶入得
W5 = FQ ( 1- g3 )/(1 + g )·g
= 3.64 KN
（6）牽引繩下垂引起的阻力W6
W6 =q1·l2/ 8h =(30～50)q1·l/ 8
=(4～6) q1·l ( N )
q1------單位長度繩重，取4.5N/m
l ------繩自由懸垂長度，取44m
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W6 = (4～6) q1·l =0.792 KN
（7）牽引繩最大張力W
W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 ( N )
S = W / g1
g1-—由于牽引繩的傳動(dòng)和導(dǎo)向滑輪的效率,取0.98
所以，S = W / g1 = 96.6 KN
公式中的V表示變幅速度，值為58m/min，整個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的效率為η，他計(jì)算如下：
η=ηzηtηdηc
其中η_z------滑輪總效率，見起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-2-11，取η_z=0.97;
ηd------導(dǎo)向滑輪效率，見表2-2-3，取ηd=0.95;
ηt------卷筒效率ηt≈ηd=0.95;
ηc------傳動(dòng)效率，見表2-2-4，取ηz=0.93。
根據(jù)所選擇的塔式起重機(jī)的工作基本、工況環(huán)境以及工作的特點(diǎn)，電機(jī)的工作特性。所選擇的電機(jī)需要能夠滿足電機(jī)啟動(dòng)力矩以及工作過程中不會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱嚴(yán)重等現(xiàn)象。所選擇的電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
PJG≥Gpmax1000×60η
=G?PJ=0.8×0.45KW=0.35KW
上述系統(tǒng)計(jì)算公式中,G表示一臺(tái)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓起重機(jī)的起動(dòng)負(fù)載平均起動(dòng)系數(shù),根據(jù)穩(wěn)態(tài)起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)圖及使用手冊(cè),其系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果取得的起動(dòng)額定值平均起動(dòng)系數(shù)大約為0.8,根據(jù)穩(wěn)壓電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)計(jì)算的起動(dòng)額定值平均結(jié)果,選擇y或y系列三相異步穩(wěn)壓電動(dòng)機(jī),型號(hào)為Y112m-6,電機(jī)的起動(dòng)額定功率大約為2.2kw,額定的電機(jī)轉(zhuǎn)速大約為940r/min。
3.2.2牽引繩的計(jì)算選擇
在小車變幅運(yùn)動(dòng)中鋼絲繩要承受拉力，其抗拉強(qiáng)度要足夠，以確保不出現(xiàn)安全事故，所以下面計(jì)算鋼絲繩的直徑。查《起重機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得計(jì)算公式如下：
d=cs=0.093×96600=28.9mm
公式中的d表示選擇鋼絲繩的最小抗拉直徑,c表示選擇的系數(shù),在計(jì)算選擇的系數(shù)時(shí)候初步計(jì)算選擇鋼絲繩的工作抗拉靜力強(qiáng)度級(jí)別為1550mpa,根據(jù)《起重機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-1-3選擇公式中的工作靜力級(jí)別為M4,根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-1-2選擇公式中的c取值為0.093。s表示選擇鋼絲繩的最大長度和工作靜拉力,上面計(jì)算出值為96600N。
根據(jù)鋼絲繩計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果,選擇了直徑參數(shù)為30mm的初選鋼絲繩。根據(jù)試驗(yàn)確定初選鋼絲繩的抗拉能力和強(qiáng)度,查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇的鋼絲繩參數(shù)為6股,直徑30mm,鋼絲的直徑1.4mm,鋼絲繩的總斷面積341.57mm2,
參考自重321.1kg/100m,鋼絲網(wǎng)被破壞所受拉力的重量總和529000n。
3.2.3牽引卷筒計(jì)算
卷筒直徑確定
卷筒的作用是用來纏繞鋼絲繩，通過卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)變幅。下面計(jì)算卷筒的直徑和長度。他的直徑和長度根據(jù)所選擇的鋼絲繩的尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選擇。
卷筒的直徑計(jì)算如下：
查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得卷筒直徑的計(jì)算公式為：
D=e-1d
D------卷筒名義直徑
d------鋼絲繩直徑，d=30mm
e------筒繩直徑比,查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-3-2得e=18
則：
D=e-1d=18-130=510mm
卷筒的直徑為510mm。
3.2.4卷筒其他部件尺寸
(1)繞繩長度計(jì)算：
查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得多層的繞光面卷筒的繞繩部分長度計(jì)算公式如下：
L0=?Zd
上式中：
φ------鋼絲繩排列的不均勻系數(shù)，取值為1.12
z------直接在電線卷筒面上將線進(jìn)行緊密纏繞的大型鋼絲網(wǎng)纜繩圈圈參數(shù)
d------鋼絲繩的直徑
設(shè)卷筒內(nèi)部纏繞鋼絲繩后的每一層的繞繩量和直徑分別記作D1、D2、D3,總共整個(gè)卷筒纏繞了鋼絲繩的n層,每一層都纏繞了Z圈,則整個(gè)鋼絲繩后卷筒的直徑和繞繩量計(jì)算公式為:
：
L=Zπ(D1+D2+D3+??+Dn)
已知：D1=D+d、D2=D+3d、D3=D+5d
Dn=D+(2n-1)d
代入：L=Zπ(D1+D2+D3+??+Dn)=Zπn(D+nd)
故而：Z=Lπn(D+nd)
在實(shí)際的卷筒纏繞中,鋼絲繩的纏繞幅度和層數(shù)都不宜太大,否則鋼絲繩在變幅纏繞過程中速度的變化會(huì)太快,一般都需要取3~6層,在本次的設(shè)計(jì)中一般都取4層。根據(jù)鋼絲繩變幅的纏繞幅度以及整個(gè)卷筒變幅纏繞機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作速度要求,取整個(gè)變幅卷筒的繞繩量為L=150m,則每一條鋼絲繩在整個(gè)變幅卷筒上纏繞的圈數(shù)計(jì)算公式為:
Z=Lπ?n(D+nd)=1503.14×4×(0.51+4×0.030)=19圈
則多層纏繞卷筒繞繩部分的長度為：
L0=?Zd=1.12×19×30=638.4mm
取為L0=640mm。
(2)卷筒壁厚計(jì)算：
卷筒的壁有多厚這里根據(jù)自己的操作經(jīng)驗(yàn)利用公式對(duì)卷筒厚度要求進(jìn)行了初步計(jì)算和二次選擇,然后對(duì)整個(gè)卷筒厚度進(jìn)行了對(duì)強(qiáng)度的二次校核,符合要求后就能即可直接進(jìn)行投入使用。查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得。
對(duì)于鑄鐵卷筒：δ=0.02D+(6~10)mm
鑄鋼或焊接卷筒：δ≈dmm
式中: δ ------卷筒壁厚，mm
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小
對(duì)于鑄鐵卷筒δ>12mm
鑄鋼卷筒δ>15mm
焊接卷筒δ>7~8mm
本次設(shè)計(jì)卷筒選用鑄鋼ZG340-640，故其厚度δ≈30mm,為了安全起見這里δ取40mm。
(3)卷筒壁厚強(qiáng)度驗(yàn)算：
為了保證卷筒在工作中不產(chǎn)生任何變形以及發(fā)生事故,我們的校核就需要對(duì)卷筒進(jìn)行直徑和壓應(yīng)力的校核。根據(jù)前面我們計(jì)算的滾筒的直徑和尺寸,由于直徑L≤3d,這時(shí)候的彎曲應(yīng)力和滾筒的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力就可能會(huì)比較小,所以壓應(yīng)力在校核的計(jì)算中就完全可以忽略不計(jì),為了更準(zhǔn)確地計(jì)算一個(gè)卷筒在圓環(huán)截面上的直徑和壓應(yīng)力,在壁厚寬度為的一個(gè)卷筒上首先選取直徑寬度為繩槽節(jié)距長度為t的一個(gè)圓環(huán),并將其在滾筒上切開,。由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)的直徑小于D,可以準(zhǔn)確地認(rèn)為這個(gè)圓環(huán)所在截面上的直徑和壓應(yīng)力可以定義為:
σc?δ?t=Smax則卷筒壁厚上的壓應(yīng)力為：
σc=Smaxδ?t=9660040×30=80.5MPa
式中:t —繩槽節(jié)距，對(duì)于光面卷筒t=d=30mm
[σc]-卷筒材料的許用應(yīng)力（Mpa）。
對(duì)鋼σc=σs2(σs為屈服極限)；
對(duì)鑄鐵[σc]=σb5(σb為材料抗壓強(qiáng)度極限）。
此處材料ZG340-640，其
[σc]=σs2=3402=170Mpa
則σc<[σc]
在卷筒被多層鋼絲繩纏繞的這個(gè)時(shí)候,卷筒被多層纏繞之后,所需要承受的鋼絲繩壓力并不會(huì)隨著纏繞卷筒層數(shù)的增加而成倍的大大增加,考慮到上層的鋼絲繩對(duì)下層的鋼絲繩來說會(huì)逐漸的壓緊,從而這些壓力會(huì)導(dǎo)致使下層的鋼絲繩在徑向和方向上會(huì)產(chǎn)生一定的彈性和變形,使得壁筒上所需要承受的鋼絲繩壓力減小一點(diǎn),所以綜合考慮這一因素,將其使用的應(yīng)力系數(shù)增加以后,則多層纏繞卷筒壓力計(jì)算公式如下：
δC=ASmaxδ?t=29660040×30=161MPa<[δc]=170Mpa
A------查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得出系數(shù)A取A=2.0。
故經(jīng)計(jì)算所設(shè)計(jì)卷筒滿足強(qiáng)度要求。
3.3減速器的選型
減速機(jī)市場(chǎng)是一個(gè)比較成熟的市場(chǎng)，可以通過計(jì)算選擇標(biāo)準(zhǔn)的減速機(jī)，即能夠滿足使用的要求，也能夠提高互換性，降低使用的成本。在減速機(jī)構(gòu)的選擇中，一般都是根據(jù)傳遞的功率、轉(zhuǎn)速、工況級(jí)別以及所需要的傳動(dòng)比等來選擇。根據(jù)本次設(shè)計(jì)所選擇的功率，減速機(jī)的功率需要滿足以下公式中的條件：
P≥K?Pn=1.5×2.2=3.3KW
式中：Pn ----在基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）。
K---減速器的選用系數(shù),根據(jù)減速器的型號(hào)和實(shí)際使用的場(chǎng)合情況確定,取功率系數(shù)K=1.5。
對(duì)于本次設(shè)計(jì)所研究的變幅機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)比計(jì)算如下：
卷筒轉(zhuǎn)速為：58(0.51+2′302)π=33.6r/min
I=940/33.6=27.9
綜合考慮選擇減速機(jī)所需要的條件等，考慮其減速比、布置方式等選擇減速機(jī)型號(hào)為QJRMW-335-31.5-T型減速機(jī)。這種減速機(jī)的外殼為整體焊接的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕、穩(wěn)定性高，能夠傳遞較大的扭矩。
3.4聯(lián)軸器的選型
聯(lián)軸器的基本結(jié)構(gòu)形式有很多種。在起重機(jī)變幅傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中,一般減速器采用的傳動(dòng)形式
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