QTZ500塔式起重机总体及顶升套架的设计计算说明书.docx
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1、精选说明书文件编号:2020年6月QTZ500塔式起重机总体及顶升套 架的设计计算说明书版本号:A修改号:1页次:1.0编 制:会 签:审 核:批 准:发布日期:实施日期:设计项目计算与说明结果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章前言塔式起重机概述塔式起重机是种塔身竖立起重臂回转的起重机械。在 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
2、还会急剧地减小。因此,塔式起重机在高层业和民用建 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 占 、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
3、满足高层建筑施工的需要,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。 塔式起重机发展情况塔式起重机是在二次世界大战后真正获得发展的。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 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,设计项目计算与说明结果经历了一
4、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。1
5、961 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着提高。为了满 足市场各方面的要求,塔式起重机又向机多用方向发展。 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
6、 QT-10型自升 式塔式起重机,该机的起重力矩为1600kN m。这时期还 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,这时期的最高年产
7、量达设计项目计算与说明结果塔式起重 机的发展 趋势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
8、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。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40m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3040m,可以接长到560m。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
9、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, 起升速度一般只有230m/min,回转速度为lr/min,变幅 速度为340m/min,大车行走速度为140m/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34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10m/min范围内进行选择,回 转速度一般可在lr/min之间进行调节,小车牵引和塔式起 重机行走大多也有23种工作速度,小车牵引速度最快可达设计项目计算与说明结果总体设计 概述6
10、0m/mino3、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 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
11、理创造了条件。第2章总体设计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。 这些参数表明了起重机的工作性能和技术经济指标,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。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,
12、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,求结构合理,技术先进,积极性好,艺简单,工作可靠。总体设计方案的确定总体设计 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,要综合考虑塔机的强度、刚度、 稳定性、各种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.I金属结构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
13、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.基础安装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,无须移动作业即可覆 盖整个施工范围,因此多采用钢筋混凝上基础。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 现场情况选用
14、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机,如 图2-1所示。设计项目计算与说明结果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上基础,如图2-2所示。分块式基础由四个独立
15、的钢筋混凝上块体组成,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,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。 /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、地基承载以及压重的需
16、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。2-4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), 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;混凝土基 础的深度1100毫米,总混凝土方量约立方米,基础重量约 39吨;混凝土基础的承受压不小于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
17、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!/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。底架结构塔身结构歩砒混凝土姒吟心,的杯机魅能加C.图2-5塔机设计基础2 .底架结构底架有工字钢焊接成整体框架结构。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。 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
18、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:X, X, X, X, X, X, X, Xoo 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,主底架 4602X4602 高245设计项目计算与说明结果塔身标准 节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
19、节的长度有,3m, 5m, 6m, 10m等多种规格, 常用的尺寸是和3m。本次设计采用无缝钢管焊接格桁结构塔身,其中塔身截QTZ500 标面尺寸采用X,也1塔身标准I标K/ 于用好EL为市的Z2-6雀钢长广1二7粗 管度为。如图2-6所示:身标准节示意图焊接而成,节高250。在标准节准节选用X高腹杆采用20号无缝 钢管三角形布置下部管口处车有定位止,而另一端则焊有定位凸台,靠相M30 的应的接合面定位。上下端各用8个M3O的40Cr螺栓联结。40Cr螺栓塔身结构 设计要领各标准节均设有供人上下的爬梯,每三个标准节设置一个休 息台。塔身标准节的联接方式有:盖板螺栓联接,套柱螺栓联 接,承插销轴
20、联接和瓦套法兰联接。本次设计的QTZ5OO塔 机采用套柱螺栓联接,其特点是:套柱采用企口定位,螺栓 受拉,用低合金结构钢制作。适用于方钢管和角钢主弦杆塔 身标准节的联接,加工艺要求比较复杂,但安装速度比较 快。塔身结构设计要领1)多层建筑施工用快速安装塔机可根据起升高度和运输 条件分别采用整体式塔身、伸缩式塔身或折叠式塔身。轻、中型自升塔机和内爬式塔机宜采用整体式塔身标准联结设计项目计算与说明结果节。附着式自升式塔机和起升高度大的轨道式以及独立式自 升塔机宜采用拼装式塔身标准节。拼装式塔机塔身标准节的加工精度要求比较高,制作难 度较大,零件多和拼装麻烦。但拼装式塔身标准节的优越性 更不容忽视:
21、是堆放储存占地小,二是装卸容易,三是运 输费用便宜,特别是长途陆运和运洋海运,由于利用集装箱 装运,其抗锈蚀和节约运费的效果极为显着。QTZ500型塔式起重机为中型自升塔机,综合以上特点, 其塔身结构选用整体式塔身标准节。2)为减轻塔身的自重,充分发挥钢材的承载能力,并适 应发展组合制式塔机的需要,对于达到40m起升高度的塔机 塔身宜采用两种不同规格的塔身标准节,而起升高度达到 60m的塔机塔身宜采用3种不同规格的塔身标准节。除伸缩 式塔身结构和中央顶升式自升塔机的内塔外,塔身结构上、 下的外形尺寸均保持不变,但下部塔身结构的主弦杆截面则 须予以加大。3)塔身的主弦杆可以是角钢、角钢拼焊方钢管
22、、无缝钢 管式实心圆钢,取决于塔身的起重能力、供货条件、经济效 益以及开发系列产品的规划和需要。4)塔身节内必须设置爬梯,以便司机及机工可以上下。在 设计塔身标准节,特别是在设计拼装式塔身标准节时,要处 理好爬梯与塔身的关系,以保证使用安全及安装便利。爬梯宽度不宜小于500mm,梯级间距应上下相等,并 应不大于300mm0当爬梯高度大于5m时,应从高2m处开 始装设直径为650-800mm的安全护圈,相邻两护圈间距为 500mm安全护圈之间用3根均布的竖向系条相联。安全护 圈应能承受来自任何方向的10kN的冲击而不折断。当爬梯 高度超过10m时,爬梯应分段转接,在转接处加一休息平台。休息平台应
23、能承受相当于3000N的移动集中载荷。休息 平台铺板可用防滑花纹钢板或穿孔板、拉网板制成。休息平 台必须设置牢固的护栏,护栏立柱高度应不小于1000mm, 立柱间距不宜过大,立柱间应设置水平栏杆,第一道水平栏 杆距离铺板高度宜为450mm,立柱底部应设有高度不小于塔身结构选 用整体式塔 身标准节设计项目计算与说明结果70mm的挡脚板。护栏任何处应能承受IkN来自任何方向塔身接高 问题的载荷而不破坏。塔身接高问题在遇到塔身需要接高问题时,应按下述两种不同情况分 别处理:1)在额定最大自由高度范围内,根据工程对象需要,增 加塔身标准节,使低塔机变为高塔机。2)根据施工需要,增加塔身标准节,使塔身高
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