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TC6012塔式起重机回转机构设计 西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文) 题目：TC6012塔式起重机 回转机构设计 系（部）：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级：B060208 学生： 学号：B060208 指导教师： 2022年06月 TC6012起重机回转机构设计 摘要 塔式起重机在现代建筑中起着越来越重要的作用。作为塔式起重机的重要部分回转机构，对塔机的性能起着至关重要的作用。所以对回转机构性能的合理化设计，有利于其长周期工作。现把塔机的最大工作幅度从55m增加到60m,使得塔机的结构变化小，便于通用，便于加工，便于运输。 塔式起重机在现代社会中起着越来越重要的作用，普遍使用在核电站建设，水电站建设，港口码头货物的起装，发挥着重要的作用。随着社会的进步，科技发展人类的居住空间越来越小，人们的房子越建越高，塔机在高层建筑建筑施工中发挥着越来越重要的作用，作为塔式起重机的重要部分回转机构，对塔机的性能起着至关重要的作用。把塔机的最大工作幅度从55m，增加到60m,使得塔机的结构变化小，便于通用，便于加工，便于运输。尤其是回转机构对塔机的性能的合理化设计，有利于其长周期工作。 通过对塔机回转机构的风载计算，惯性载荷计算，最后转化成回转载荷，拟定回转机构的传动方案，最后，经过比较得到合理的传动方案。 通过设计和计算得到了合理的传动方案，使得回转机构满足塔机的长期使用，并且使塔机的上半部分相对塔身坐360°的自由旋转，以便完成各种起重作业要求。在设计中使用到了液力耦合器，并根据要求设计了行星齿轮减速器，最后设计了合理的回转机构。 关键词：塔式起重机；回转机构；行星齿轮减速器 TC6012 Rotary Tower Crane Design Abstract Tower crane is playing an increasingly important role in modern architecture. As a vital component of the tower craneslewing mechanism, which is quite essential to the rationalization of the tower crane. The design of slewing mechanism is good to its long-period of work. The increase of the maximum working range of the tower crane from 55m to 60m, enables its structure to change less, which is easy to ventilate, process and transport. Tower crane in modern society are playing an increasingly important role in widespread use in nuclear power plant construction, construction of hydropower stations, port cargo loaded from playing an important role. Along with social progress, scientific and technological development of human living space smaller and smaller, the more people build houses higher, tower crane in high-rise building construction in the building playing an increasingly important role as an important part of the tower crane - - slewing mechanism, the performance of the tower plays a vital role. Particularly slewing tower crane performance on the rationalization of design, beneficial to its long cycle of work.By calculating the wind load and inertial load of the tower crane's slewing mechanism and last rotary load which are turned into, transmission schemes are worked out, and then the reasonable transmission plan are obtained after comparison at the end. Reasonable transmission schemes that are gotten from calculation makes slewing mechanism meet the tower crane's demand to be applied for long and makes the upper-half part of the tower crane rotate 360° freely relative to its body in order to finish various demands of the lifting operation. In the meantime, use hydraulic coupler and design the planetary gear reducer reasonable rotation schemes are designed. Key Words: tower crane;slewing mechanism;hydrauliv coupler 目录 主要符号表 1 绪论 (1) 1.1前言 (1) 1.2塔式起重机在国内外相关研究情况 (1) 1.3课题的研究意义 (2) 1.4课题的研究内容 (3) 1.5方案设计和比较 (3) 2 回转支撑装置的受力计算 (6) 2.1滚动轴承式回转支撑的受力计算 (6) 2.2回转驱动装置的计算 (7) 2.2.1 回转驱动力的计算 (7) 2.2.2 驱动电机功率的计算 (10) 2.3液力耦合器的选用： (11) 2.3.1 选用条件和原则 (11) 2.3.2选用方法 (11) 2.4制动器 (11) 3 行星减速器设计 (13) 3.1已知条件 (13) 3.2设计计算 (13) 3.2.1 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 (13) 3.2.2配齿计算 (14) 3.3初步计算齿轮的主要参数 (14) 3.3.1 啮合参数计算 (15) 3.3.2确定各齿轮的变位系数× (16) 3.4几何尺寸计算 (17) 3.5装配条件的验算 (19) 3.6传动效率的计算 (20) 3.7结构设计 (21) 3.8齿轮强度验算 (22) 4 校核计算 (27) 4.1传动比校核计算 (27) 4.2开式齿轮副强度校核 (27) 4.3制动器校核 (30) 4.4塔式起重机主要机构校核计算结论 (31) 5 结论 (32) 参考文献 (33) 致谢 (35) 毕业设计（论文）知识产权声明 (36) 毕业设计（论文）独创性声明 (37) 主要符号表 V 垂直力 H 水平力 M 力矩 T 回转阻力矩 n 塔式起重机的回转速度Tm 摩擦阻力矩 Te 回转机构等效静阻力矩Tpe 等效坡度阻力矩 Twe 等效风阻力矩 z 齿轮齿数 m 模数 i 传动比 a 中心距 b 齿宽 d 分度圆直径 传动效率 1 绪论 1绪论 1.1 前言 塔式起重机是建筑机械的重要设备。塔式起重机在现代社会中起着越来越重要的作用，普遍使用在核电站建设，水电站建设，港口码头货物的起装，发挥着重要的作用。随着社会的进步，科技发展人类的居住空间越来越小，人们的房子越建越高，塔机在高层建筑建筑施工中发挥着越来越重要的作用，作为塔式起重机的重要部分回转机构，对塔机的性能起着至关重要的作用。把塔机的最大工作幅度从55m，增加到60m,使得塔机的结构变化小，便于通用，便于加工，便于运输。尤其是回转机构对塔机的性能的合理化设计，有利于其长周期工作。 1.2 塔式起重机在国内外相关研究情况 塔式起重机（以下简称塔机）是建筑施工必不可少的关键设备，是施工企业装备水平的标志性重要装备之一。塔机具有工作效率高、适用范围广、回转半径大、起升高度高、操作方便等特点。除用于工业与民用建筑外，在电站施工、水利建设、造船等部门也常有应用12。 塔机在中国的发展： 塔机产生的渊源可追溯到古老的年代。相传在商代为了农田灌溉的需要，出现了提取井水的工具桔槔。这种原始的汲水工具利用了杠杆原理，由杠杆、对重与取物装置所组成。后来为了在更深的井底汲水，我们的祖先约在1000多年前发明了辘轳，即现代绞车的雏形，它是由支架、卷筒、曲柄和绳索组成。15世纪以后，起重装置不仅运用于农副业，而且运用于建筑业和大型水利工程中，出现了木制的能变幅旋转的起重机。 我国塔机20世纪50年代初开始起步，主要以仿制为主。1954年由前民主德国引进的样机为蓝本生产了第一台国产塔机。60年代，北京市建研所、北京市建筑机械修造厂和北京市一建机械队联合研制的红旗型轨道式下回转折叠式动臂塔机，经过建筑施工考验于1961年通过国家级技术鉴定，并于1963年将其改进。70年代，我国独立自主开发首台上回转小车变幅水平臂、液压顶升的自升式三用（轨道式、固定式、附着式）塔机QT4-10，1973年试制了6台，并投入施工。1984年，为加快我国塔机的技术进步，由三个主机厂和一个专业研究所联合引进法国Potain公司H3/36B、F0/23B、360B大、中、小三个机种的塔机制造技术，通过消化、吸收、国产化，我国自行研制了QTZ80和QTZ120二种机型，其技术性能达到国外八十年代同类产品的水平6。 90年代后，国内外市场对塔机产品的要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力及桥梁等工程不断增加。国内开发生产的塔机产品技术性能均显著提高，起升机构采用三速电机驱动、涡流制动、电动换挡减速箱，变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动，或采用变频调速，有多种速度，工作平稳、生产效率高90年代后，国内、外市场对塔机产品的要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力及桥梁等工程不断增加。国内开发生产的塔机产品技术性能均显著提高，起升机构采用三速电机驱动、涡流制动、电动换挡减速箱，变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动，或采用变频调速，有多种速度，工作平稳、生产效率高综观50年发展史，我国塔机行业从无到有，从小到大，逐步形成了较为完整的体系，我国增幅最快的新兴行业之一，特别是改革开放以来，塔机行业在设计、制造、管理和市场开拓等方面已形成一套较为健全的机制18。塔机在外国的发展： 塔式起重机（简称塔机）是现代工业和民用建筑的主要施工机械之一。它最早起源于欧洲。据有关资料记载，有关建筑用塔机的第一项专利颁布于1900年。近代塔机的首批原型机样出现于1912至1914年。1914年公布了建筑用塔机的德国工业标准DIN8670，规定以吊载（吨）和幅度（米）的乘积（吨×米)起重力矩表示塔机的起重能力15。1923年制成功第一台比较完整的近代塔机。30年代，德国已经开始批量生产塔机并在建筑工地上使用，与此同时，还向国外出口。 二次世界大战后的重建工作推动了建筑用塔机近30年来的突飞猛进的发展。50年代末和60年代初，建筑物的高度不断增加，因而出现了采用不同顶升系统和按不同方式进行自升接高的塔机。1948到1949年涌现出一些起重能力在10吨×米以下的可以整体折叠运输和自行架设的轻型塔机。1951至1953年塔机的构造设计有新的改进，轻型下回转塔机起重量增加。1955到1957年下回转折叠式塔机的构造设计继续有所创新，如：下车变幅臂架、伸缩式塔身和分布式臂架的应用等，此间自升式塔机也研制成功。随后，又根据施工的需要，这类塔机又逐渐发展为三用或四用自升（轨道式、固定式、附着式、内爬式）塔机11。 1.3 课题的研究意义 在高层建筑施工中，塔机的幅度利用率比其它类起重机高。 塔机由于能靠近建筑物，其幅度利用率可高达80%。在工程机械中，回转机构不仅惯性负载大而且它占整机循环时间的比例很大。例如：液压挖掘机回转动作占整个循环时间的50-70%.随着现代建筑步伐的加快，对建筑施工对幅度提出了更高的要求。 现有QTZ80起重机最大工作幅度为55m，现在要求将起重机的工作幅度增加到60m,要求塔机的结构变化尽量小，以便于通用，便于加工，便于运输。尤其是回转机构对塔机的性能有举足轻重的作用，而且转动比很大，合理设计有利于其长 周期工作7。 1.4 课题的研究内容 起重机起升幅度60m,额定起升力矩92.6kNm，臂端起重量1.2t,最大起重量8t,前臂长15.3m,平衡重11.6t,塔顶高7.5m.要求根据结构计算风载荷，惯性载荷，最后转化为回转载荷，设计回转机构，拟定回转机构的传动方案，经过比较得到合理的传动方案，得到合理的传动方案，绘制装配图及传动零件。 1.5 方案设计和比较 塔机对回转传动装置的要求, 按其重要程度顺序归纳为下列几条: (1)回转平稳,起动制动惯性力小。这对建筑施工要求塔机作业范围越来越大(即起重臂需越来越长),更显得重要。 (2) 在重载、轻载(或空载)回转时可实现不同的速度,即有调速功能, 以提高施工工效。 (3) 使用可靠,寿命长。如果故障频繁,对施工工期影响太严重。 (4) 工作时可停止定位, 非工作状态可自由转动。 (5) 回转传动装置本身尺寸小重量轻,以便于上支座结构布置及减轻塔身结构和顶升机构的计算负荷,减少压重。这对轨道式作业的塔机尤为突出。 (6) 传动效率高,以节约电能。 传动方案： 第一种型式单速电机+蜗轮传动减速器+输出小齿轮+销柱式大齿圈+立柱式支承。 这种结构系统大量用于简易型160kN ·m、200kN ·m塔机, 生产工艺简单, 主机厂能够自制, 价格便宜。但就性能要求而言, 上述六条要求几乎都无法实现, 所以在非简易型的250kN·m 以上的塔机中不能采用。 第二种型式单速电机+皮带传动+液力偶合器+电磁吸铁制动器+渐开线齿轮一级传动+摆线针轮减速器+输出小齿轮+单排交叉滚柱式回转支承。 这种结构系统是80 年代设计的800kN ·m级塔机中应用的, 从这一长串的组合就看出结构复杂、传动效率低、不能调速、使用可靠性差、自重大,现场使用也故障频发。 再有针齿摆线平动齿轮减速器的特点：针齿摆线行星齿轮传动是一种新型的齿轮传动装置,现已申请国家发明专利该传动突破了齿轮传动的传统特征,改变了轮齿与轮体的刚性联接为转动联接,使齿轮的全部轮齿成为一组作偏心定轴转动的独立运动体,即偏心针齿。偏心针齿摆线行星齿轮传动正是这样一种具有开发潜力和良好应用前景的传动装置。偏心针齿摆线行星齿轮传动具有传动比大，结构紧凑, 转臂轴承寿命长等优点,是一种具有发展前景的新型传动。5回转起动冲击大尤其是反转制动，冲击更大。 第三种型式单速电机+摆线针轮减速器+输出小齿轮+单排交叉滚柱式回转支承(或双排球式回转支承)。 这种结构系统在很多塔机中应用, 使用中反映出的问题有: 起制动不平稳, 惯性冲击大；没有定位功能, 使用中采用“打反车”来定位, 加剧了冲击和摆动; 不能调速；摆线针轮减速器的输出端原来不是为塔机悬臂结构设计的, 现在用于悬臂形式, 就出现输出端漏油严重、输出轴变形大、开式齿轮啮合不良, 甚至出现减速器下端轴承和壳体损坏的严重故障; 选用的双排球式或单排交叉滚柱式回转支承都是承载能力低、自重大、寿命短、价格贵的结构。 第四种型式双速电机+液力偶合器+电磁弹簧制动器+行星传动减速器+ 输出小齿轮+单排球式回转支承。 星齿行星齿轮减速器特点：它是一种新型传动装置，具有重量轻、体积小、重量轻、传动比大点，而且这种传动采用标准的圆柱，齿形最简单，基本实现了受载零件全部做纯滚,并且各主要受力处多为凹凸接触，且有较高的接触强度。3而且现在服役的塔机大部分用的都是星齿行星齿轮减速器。 星齿行星减速器如图1.1所示： 图1.1 星齿行星齿轮减速器 1.电机 2.液力耦合器 3.制动器 4.行星减速器 5.输出小齿轮 6.回转支承 7.螺栓 8.螺栓 这是我们成系列配置设计的结构, 简图如图1.1所示：它具有回转平稳、高低两速、停止定位、径向尺寸小、传动效率高、自重轻等特点, 是目前市场上的主流产品，并且有的厂家已经提供成套的产品。