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1、 1 QTZ80 塔式起重机机械部分设计 摘 要：塔式起重机是一种塔身竖立而起重臂回转的起重机械，它具有适用范围广，回转半径大，起升高度较高、效率高、操作简便，安装和拆卸较为方便等特点。目前在我国建筑安装工程中已得到广泛应用，特别是在高层工业和民用建筑中，已成为一种必不可少的施工机械。我对QTZ 塔式起重机方面的书籍进行参考和了解，结合已学专业基础知识，理解融合，参考相关资料，进行大概的设计。关键词：塔式起重机；结构 2 Mechanical Part of the QZT80 Tower Crane Design Abstract：Tower crane is a kind of hoist
2、ing machinery whose tower body stands up and gibbet revolves It has some particular：wide applicability，large radius of gyration，higher lifting altitude，high efficiency，handy operation and more convenient removalAt present，it had been used extensively in construction field engineering，especially in h
3、igher level industry and civilian constructionIt became a kind of requisite construction machineryI consulted and learned about some books on tower crane，combined some background elementary knowledge about the speciality，reference related information to The design Key words：tower crane；structure 3 目
4、 录 摘要1 关键字1 1 前言1 2 方案选择2 2.1 基本参数 2 2.2 总机质量2 3 塔式起重机机构的设计3 3.1 运行机构4 3.1.1 运行台车的选择4 3.1.2 运行静阻力计算4 3.1.3 电机的选择4 3.1.4 制动器5 3.2 起升机构5 3.2.1 起升机构的计算5 3.2.2 吊钩及吊钩组的选择6 3.2.3 选取起升钢丝绳6 3.2.4 选择电机6 3.2.5 制动器的选择7 4 塔式起重机金属结构的设计 7 4.1 底架 7 4.2 塔身标准节8 4.2.1 标准节结构8 4.2.2 塔身强度校核8 4.3 顶升套架9 4 4.4 回转支撑 10 4.5
5、回转塔身11 4.6 塔顶 12 4.7 起重臂 12 4.8 平衡臂 13 4.9 平衡臂拉杆14 5 塔式起重机其他零部件 14 5.1 变幅钢丝绳 14 5.2 起重量限制器 15 5.3 起重力矩限制器16 5.4 司机室 17 6 吊钩换倍率原理 17 6.1 二倍率变四倍率的转换方法 18 6.2 四倍率变二倍率的转换方法 18 7 标准节加工工艺 19 7.1 焊接前的处理19 7.1.1 校正19 7.1.2 下料、酸洗淋化20 7.1.3 喷丸20 7.1.4 密封处理20 7.2 焊接工艺20 7.2.1 焊接设备参数选择20 7.2.2 焊接缺陷危害及其防止措施21 7.
6、3 焊接后的处理 22 8 总结 22 参考文献23 致谢23 附录24 5 1 前言 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。工作机构主要包括：起升机构、回转机构、小车牵引机构、台车行走驱动机构等；起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构，是以间歇，重复工作方式，将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。主要安装在塔式起重机的起重臂上。其主要组成部分有：电机、变速箱、制动器、卷筒、底架、轴承座和安全装置等。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重
7、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的减少。因此塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的是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。塔式起重机（简称塔机）采用方钢，起重高度通过增减标准节调节，现在市场上的塔式起重机品种众多，但是离不开一个规律，其起重量大的起重机，吊臂长、覆盖范围大、布料半径大、同时标准节相应的强度高，塔身设计高度也高。长沙城东正当发展之际，各种高层建筑群即将拔地而起，急需开发满足现阶段施工要求的塔机。根据我对现阶段武广区
8、域的现状的实地考察发现该区域现在正在发展之初，高层建筑少，且地势平坦，施工时无其他建筑的阻碍，因此布料半径相对较大，起升量大，塔身高度高，安全配置高的塔式起重机能满足施工要求。我所设计的TC5015 塔机为QTZ80 塔机的一种，大胆加入自己的思路和想法，初步预测标准节的主弦杆和腹杆采用方形钢。由于本人水平有限，真诚希望各位老师提出修改意见和方案。2 方案选择 参考塔式起重机驾驶员，TC5015 塔机为水平起重臂，小车变幅，上回转自升多用途塔机，采用行走式底架，起升机构可实现二四倍率变换。司机室独立外置，视野好，内部空间大，给操作者创造良好的工作环境。2.1 基本参数 额定起重力矩800KNm
9、，最大变幅50m，最大幅度处的起重量1500kg。2.2 总机质量 参考非标准机械设计手册表3-9 选取塔式起重机的工作级别 A4。塔式 6 起重机总质量及各部件的质量可根据非标准机械设计手册公式3-12 求得总质量：m=aR32pHC （1）上回转，水平臂架塔机a 取0.36，R 为幅度50m，Cp 额定起重量1.5t，起升高度H 为 60m。故m=0.36503206.51=92.34t。塔身m1=0.15m=0.1592.34t=13.851t 转台m2=0.1m=0.192.34t=9.234t 臂架m3=0.08m=0.0892.34t=7.3872t 平衡重m4=0.15m=0.1
10、592.34t=13.851t 平衡臂m5=0.07m=0.0792.34t=6.4638t。整体设计图如下：图 1 塔式起重机整机图 Fig.1 Tower crane complete machine 3 塔式起重机机构的设计 7 塔式起重机的工作机构主要有：起升机构、回转机构、变幅机构、小车牵引机构及大车行走机构。起升机构、变幅机构及小车牵引机构均由电动机、联轴器、制动器、减速器及卷筒等部件构成。为了提高塔式起重机的生产率，加快吊装施工进度，无论是起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构还是大车行走机构均应具备较高的工作速度，并要求从静停到全速运行，或从全速运行到静停的全部过程，都应平
11、缓进行，避免产生剧烈冲击，对金属结构产生破坏性影响。3.1 运行机构 运行机构用于支撑本身及载荷的重量，并使塔机前后运动。运行装置采用有轨运行，用钢制车轮支撑在钢轨上，并沿其运行。用四台台车支承，其中两台主动台车（电机驱动），两台主动台车，分别成对角布置，每台台车采用两个钢制车轮。电机通过减速器将转矩通过齿轮传给行走轮。3.1.1 运行台车的选择 塔机总质量m=92.34t，最大起重量6t，运行总质量为98.34t，运行总压力为G=983409.8=963732N。由8 个钢轮支承着，假设这些里平均分布，由非标准机械设备设计手册表6-38 取钢轮直径D=500mm。3.1.2 运行静阻力计算
12、（1）有轨运行摩擦力 由非标准机械设备设计手册公式4-28，摩擦阻力为：F1=GDk2duc=wG （2）阻力系数w 由非标准机械设备设计手册表4-15 确定为0.0075。故 F1=0.0075963732N=7228N。（2）坡道阻力 由非标准机械设备设计手册有公式，坡道阻力F=Gsin，参考经验，建筑塔式起重机sin=0.01，故F=9637320.01=9637N。总运行阻力F=F1+F=7228N+9637N=16865N。3.1.3 电机的选择 由非标准机械设备设计手册公式4-30，电机静功率为 Pat=F v/(10000)（3）加速阶段消耗的功率：Pn=mv2/（1000 tn
13、)+Jon2/（91200 tn)（4）参考资料Jon2/（91200 tn)为 mv2/（1000 tn)的 20%，故 8 Pn=1.2mv2/（1000 tn)（5）由非标准机械设备设计手册公式4-31 有：Pm（Pat+Pn)/(m ms)=F v/(10000)+1.2mv2/（1000 tn)/ms（6）V 为运行速度参考表4-16 取 1m/s；0为机构总效率取0.8；m 为运行部分总质量98.34t；tn为加速时间参考表4-16 取 4s；ms为平均启动转矩倍数，绕线式异步电机取1.7。Pm36Kw，电机采用S4 工作制，查机械设计课程设计手册表12-7 选用YZR280M-8
14、 电机。3.1.4 制动器 运行机构制动器采用常闭式，先减速后制动。3.2 起升机构 起升机构用于实现货物的升降，是塔机中不可缺少的机构，有一个起升机构就可完成整个起升工作。通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行机构。起升机构的传动形式一般有电动机通过联轴器、齿轮减速器带动卷绳筒。在高速轴上装有制动器，一便将货物停止与悬空状态。参考非标准设计手册图4-11 设计如图 2 的滑轮组结构。图 2 四倍率变换示意图 Fig2 Quadruple rate varies the sketch map 3.2.1 起升机构的计算 钢丝绳的最大静拉力:此时起升质量为最大Cp=6t，滑轮组处于四倍率工作状态，即
15、 q=4。根据 非 9 标准机械设备设计手册公式4-13 有：Fmax=Q/(q a h12)=Cp g/(q a h12)（7）钢丝绳卷入筒内的根数a=1；1 、2 为卷绳筒及导向滑轮的效率，查非标准机械设备设计手册表4-8 取 0.98；h为滑轮组效率，查非标准机械设备设计手册表4-8 取 0.97。设置两个导向轮，故 Fmax=（6000 9.8）/(4 1 0.97 0.983)=16101.5N。3.2.2 吊钩及吊钩组的选择 根据非标准机械设备设计手册表6-1 吊钩材料选择等级为M，材料为DG20,屈服点为235MPa，有较好的冲击韧性。根据最大起重量为6t，查表选取工作级别人M4
16、，钩号为4，采用单钩。3.2.3 选取起升钢丝绳 由非标准机械设备设计手册公式4-16 有 dmin=Cfmax （8）C 为选择系数，根据实际情况由非标准机械设备设计手册表4-9，C=0.09。dmin=0.0916101.5=11.4mm。根据要求查塔式起重机驾驶员表5-2，选取6X（19）-12.5-140-I-光-右交GB1102-74，结构形式为6X（19），公称抗拉强度为1400MPa，I 号光面钢丝制成的直径为 12.5mm 右旋交互捻，外粗式线接触钢丝绳。3.2.4 选择电机 起升机构的电动机工作制接近3S 工作制，可不用考虑启动电流对电机发热的影响。由非标准机械设备设计手册公
17、式4-19 有:Pat=Qv/(1000 m）（9）V 为额定起升速度选为0.33m/s；为机构效率，根据参考定为0.85，m 为电机个数取1。Pat=（6000 9.8 0.33）/(1000 0.85 1）=22.8Kw。由非标准机械设备设计手册表4-7 选取电机型号为YZR225M-6。验算电机过载能力：由非标准机械设备设计手册公式4-20 有：Pn H Q v/(m M 1000 ）（10）由非标准机械设备设计手册表6-13，转矩过载系数M取 2.8，10 所选电机为绕线电机，静载实验超载系数H 取 2.1；故 Pn 2.1 6000 9.8 0.33/(1 2.8 1000 0.85
18、）=17.12Kw。查机械设计课程设计手册表12-7，所选电机当FC=60%时的功率最小为26Kw，满足上式。3.2.5 制动器的选择 参考非标准机械设备设计手册起升机构的制动器应选择由弹簧压力和闭合的常闭式制动器，送闸的方式有电磁控制。4 塔式起重机金属结构的设计 塔式起重机的金属结构是整台塔式起重机的支撑架，其设计制造的好坏直接关系到整台塔式起重机的使用性能和寿命，也关系到建筑工人的生命和财产安全，因而金属结构是塔式起重机的关键组成部分。4.1 底架 底架由运行机构、基节、撑杆、压重构成。台车之间轮距及轨距都为5m，共 8 个行走轮。在底架下面有16 个螺栓孔，通过它与台车相连，连接基础节
19、和平面底架的斜撑杆是主要的传力构件，两端销轴与基础节和平面底架相联。其中，基节设有供人休息的平台。本行走式塔式起重机各单元都有是采用销轴和高强度螺栓连接。查 工程材料选取35Cr。它和特性和用途为：用在磨损用很大冲击负荷下工作的重要零件，调质后有良好的综合性能，是应用广泛的调质钢。行走部分整体结构图如下：11 台车基础节斜撑杆压重单个台车对轨道的作用力-行走水平力 图 3 塔式起重机行走部分 Fig.3 The walking of tower crane 4.2 塔身标准节 4.2.1 标准节结构 塔身是塔机主要的承载构件，主要承受轴向力和双向弯矩，在回转时还要承受转矩，上回转塔机塔身不转。
20、塔身采用正方形截面的衍架结构，主弦杆采用由角钢拼接的方钢，腹杆采用方钢管。塔身由一定长度的标准节组成，标准节之间采用套柱螺栓连接形式，采用8 个螺栓连接。腹杆之间有三角形缀条维持稳定性，缀条采用角钢。各塔身节内均设有供人休息的平台和供人上下的爬梯。参考塔式起重机驾驶员选择标准节总体结构为：长3m，外形截面为2m 2m。每两个塔身标准节之间用8 个10.9 级M36 高强度螺栓连接牢固（预紧力矩2400Nm。标准节结构图如下：12 图 4 标准节 Fig.4 Body of the tower 标准节材料选用Q390 低合金高强度方形高强结构钢，查清华大学出版社，朱张校主编的工程材料，表3-6，
21、得Q390 高强钢的成分与机械性能，见附录5。以 Mn 为主要的合金元素，除了产生较强的固溶强化效果外，还提高了钢的强度和韧性。加入少量的铌可起到一定的析出硬化作用，从而提高钢的强度和韧性。综合性能好：强度高、高韧性、良好的焊接性能和冷成型性能、低的冷脆转变温度和良好的耐腐蚀性能。可用于车辆、起重机、矿山设备、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑机构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于40以下寒冷地区的各种结构。4.2.2 塔身强度校核 以塔身的最下端为计算截面，此处的受垂直向下的力最大，Fmax=（m1+m2+m3+m4+m5+Cp）g =（13851+9234+7387+13
22、851+6464+6000）9.8 =556512.6N 单根主弦杆受力为 FN=Fmax/4=139128N=139.1KN 标准节主弦杆为方钢形式，钢厚10mm，外形尺寸240 240。A=140 10 4 （502-402）=8424mm2。主弦杆的稳定性系数为w=0.976。=FN/（w A）=139128N/（0.976 8424mm2）=16821792.5Pa=16MPa 取 550MPa，,故主弦杆强度满足要求。13 4.3 顶升套架 爬升架主要由爬升架结构、平台、爬梯及液压顶升系统、塔身节引进装置等组成。塔机的顶升运动主要靠此部件完成。顶升油缸安装在爬升架后侧的横梁上（预装平
23、衡臂的一侧），液压泵站放在液压缸一侧的平台上，爬升架内侧有16 个导向的滚轮，顶升时滚轮支于塔身主弦外侧，起导向支承作用。为了便于顶升安装和安全需要，在爬升架中部和上部位置设有平台，并在引进梁上也设有平台。顶升时工作人员站在平台上，操作液压系统，完成顶升、引入塔身节和固定塔身螺栓等工作。材料选用Q235B。爬升架结构图如下所示：图 5 爬升架 Fig.5 Climb and withstand 承压截面的选择 Fmax=（m2+m3+m4+m5+Cp）g =（9234+7387+13851+6464+6000）9.8=420772.8N FN=Fmax/4=105193.2N=105.2KN。
24、根据式5-23，截面面积需满足A FN/，查工程材料 取 375MPa，则 A 105193/375000000=0.000280515m2=280.52mm2 套架腹杆为方钢形式，钢厚10mm，外形尺寸150 150mm。A=150 10 2+130 10 2=5600mm2 280.52mm2。4.4 回转支承 回转支承包括下支座、回转支承、上支座、回转机构共四部分。见图6。下支座为整体箱形结构，下支座下部分别与塔身节或套架相连，上部与回转 14 支承外圈和下平面通过高强螺栓连接。上支座为板壳结构，其左右两侧焊有安装回转机构的法兰盘。上支座的四方设有工作平台，右侧工作平台的前端，焊有司机室
25、连接的支耳，后方设有安装回转限位器的支座和安装电笛的支板。上支座的平面通过8 个 10.9 级的M36 高强度螺栓与回转塔身相连接。下支座、回转支承、上支座所用的8.8 级M30 的高强螺栓、其预紧扭矩是否达到900Nm,它是用双螺母拧紧防松的。其中双螺母中防松螺母预紧力矩应稍大于900Nm。联接上、下支座的回转支承，是塔式起重机的重要部件。由齿圈、座圈、滚动体、隔离块、联接螺栓及密封条等构成。按滚动体的不同，回转支承可分为两大类。一类是球式回转支承，另一类是滚柱式回转支承。同滚柱式回转支承相比，球式回转支承具有刚性比较好，变形比较小，对承座结构要求比较低，造价较低等优点。另外，钢球与跑道的接
26、触角度以及接触应力的分布均与理论计算分析相符合。钢球为纯滚动，摩擦力矩小，功率损失小。由于上述一系列优点，在此，选择采用球式回转支承。其中的单排四点接触式回转支承由一个座圈和一个齿圈组成，结构紧凑，重量轻，钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。故予以采用。减速机构变频电机回转机构护栏撑杆上支座回转支承下支座上回转平台电动机防护栏金属网吊耳 驾驶室位置 图 6 回转支承 Fig.6 Turn round and support 4.5 回转塔身 回转塔身为整体框架结构，上端面分别有安装起重臂和平衡臂的耳板，通过 15 销轴分别与起重臂和平衡臂相联接，上面用四根销轴与塔顶相连
27、。在回转塔身的横梁上安装有起重量限位器，用以限制最大起重量。用 8 件 10.9 级的M36 高强螺栓和16 件 10 级的M36 高强度螺母（双螺母防松）将回转塔身与上支座紧固。（螺栓的预紧力矩为2400Nm。尤其是双螺母中的防松螺母力矩应稍大于2400Nm。）与起重臂相连与平衡臂相连起重量限位器 图 7 回转塔身 Fig.7 Turn the body of the tower round 4.6 塔顶 塔顶为四棱锥形结构，由于其位置在塔机的最顶端，故俗称塔帽。塔顶顶部有拉板架和起重臂拉板，通过销轴分别与起重臂、平衡臂相连，为了安装方便，塔顶上部设有工作平台，工作平台通过螺栓与塔顶连接。塔
28、顶上部设有起重钢丝绳导向滑轮和安装起重臂拉杆用滑轮，塔顶后侧下部设有力矩限制器，并设有带护圈的扶梯，塔顶下端有四个耳板，通过四根销轴与回转塔身相连。组装前在地面上先把塔顶上的平台、栏杆、扶梯以及力矩限制器装好，为安装平衡臂方便，在塔顶的后侧左右各装上一根平衡臂拉杆。塔顶的结构如图8：16 力矩限制器滑轮（安装起重臂拉杆用）工作平台拉板（与起重臂拉杆相连）拉板定滑轮 向 图 8 塔顶结构 Fig.8 Structure of top of the tower 4.7 起重臂 起重臂总成包括起重臂、起重臂拉杆、载重小车和变幅机构。起重臂由多节组成。各节两端的连接尺寸相同，节与节之间用销轴联接。臂架
29、截面型式与尺寸，应根据强度、刚度、稳定性条件，以及构造等要求来确定。对这里选取正三角形截面，截面宽度与回转塔身相配合为1.4m。起重臂斜腹杆和水平腹杆采用无缝钢管，上、下弦杆为方管，用角钢焊接，因为下弦杆要兼作牵引小车的运行轨道，故两下弦杆表面要处于同一水平面内，侧表面应处于同一铅垂面内，各节之间的阶差应小于0.5mm，以减小小车行走时的冲击。起重臂节数和平衡臂长度，与平衡重重量有关，现将其设计计算过程如下：吊臂质量约为7387.2kg。当起升幅度为50m 时,吊重为最大(1500kg)，平衡重质量为13.851t。查理论力学（高等教育出版社）公式（2 10）M0(F)=Fh （11）又由合力
30、矩定理得：01()0niiMF （12）确定平衡臂长度：M0(F)=Fh=25X7387.2X9.8+50X1500X9.8=2544864 N.m 由合力矩定理01()0niiMF，得：h=M0(F)/（13851X9.8）=2544864/（13851 9.8）=18.7m 考虑到平衡臂自身重量，取15m。17 校核：平衡臂质量为6463.8kg。由合力矩定理01()0niiMF，得：起重臂长度 H=(13851X15X9.8+6464X7.5X9.8-25X7387X9.8)/1500X9.8 =47.7m 因为起重机不停的载荷与卸荷，根据设计标准，校核后的起重臂长度在10%内属正常范围
31、。（47.7-50）/50X100%=-4.6%可得：平衡臂长度为15m,起重臂长度为51m(小车限位装置预留1m)起重臂除吊臂最前一节外（最前一节要安装变幅滑轮），均为6m/节，共9节。最前一节为3m。起重臂节与节之间采用销轴连接，起重臂第一节根部与回转塔身用销轴连接。起重臂采用双吊点，空间桁架结构。在起重臂第二节与第七节设计有吊耳，在起重臂第一节中装有牵引机构。载重小车以起重臂的下弦杆为运动轨道，在牵引机构的牵引下，可沿起重臂前后运动。在起重臂三、六节中央上弦杆上设有牵引钢丝绳导向滑轮。4.8 平衡臂 平衡臂是槽钢及角钢组焊成的结构，由两节臂架通过销轴连接而成。平衡臂上设有栏杆、走道和工作
32、平台，平衡臂的一端用两根销轴与回转塔身连接，另一端则用两根刚性组合拉杆同塔顶连接。尾部装有平衡重、起升机构；电阻箱，电器控制柜布置在根部。起升机构本身有其独立的底架，用四根螺栓固定在平衡臂上。平衡重的重量随起重臂长度及起升量的改变可适当调节。平衡臂的结构如下所示：图 9 平衡臂总成 Fig.9 Equilibrate the arm and always succeed 18 4.9 平衡臂拉杆 平衡臂拉杆是为了增强平衡臂的抗弯能力，增加整体机械强度而设置的。主要承受平衡重以及平衡臂自重引起的拉力，拉杆之间采用螺栓连接，所以承受的扭矩较小，故选用实心棒材钢。其两端焊有连接耳板。平衡臂拉杆总成图
33、如下：图 10 平衡臂拉杆 Fig.10 Equilibrate the arm pull rod 5 塔式起重机其他零部件 塔式起重机的零部件安全装置主要有：钢丝绳、驾驶室、滑轮、滚筒、吊钩、制动器、减速器等。5.1 变幅钢丝绳 参考塔式起重机驾驶员一书，塔机最适宜使用的钢丝绳是：有机芯或金属芯多股点接触和线接触钢丝绳；外粗式（X 型）线接触有机芯或金属芯钢丝绳；粗细式（X 型）线接触钢丝绳；填充式（T 型）线接触钢丝绳以及多股不扭转钢丝绳。具体性能如下：(1)普通点接触多股钢丝绳619：纤维芯，全部钢丝粗细一致，承受横向压力的能力差，仅宜用作拉绳。(2)普通点接触多股钢丝绳637：用于起重
34、作业中捆扎各种物件、设备及穿绕滑车组合制作起重用索具。适用于绳索受弯曲时。(3)外粗式线接触钢丝绳6X（19）：金属芯，各股外层钢丝较粗，用以承受摩擦，而内层钢丝则较细，用以增加柔度改善挠性。可用作起升和变幅钢丝绳。(4)粗细式线接触钢丝绳6W（19）：纤维芯，各股外层钢丝粗细相间，使钢丝绳兼有较好的挠性和较大的耐摩擦能力。宜用作小车牵引绳。根 据 钢 丝 强 工 作 时 的 最 大 静 拉 力Smax,选 取 钢 丝 绳 的 直 径。即：maxKSSa丝 （13）式中S丝-钢丝绳中全部钢丝破断拉力总和；K-安全系数，见下表；19 a-钢丝绳折减系数 变幅钢丝绳选用粗细式线接触钢丝绳6W（19
35、），a=0.85，小车牵引绳的安全系数取K=3。maxKSSa丝=5.808820.03=31129.4N 根据要求查表选取6W（19）-7.7-140-I-光-右同GB1102-74。结构形式为6W（19），公称抗拉强度为1400MPa，I 号光面钢丝制成的直径为 7.7mm 右旋同向捻，粗细式线接触钢丝绳。5.2 起重量限制器 起重量限制器是限制起重量的。其作用之一是保护电机，不至于让电机过多超载；再一方面是给出信号，即使切换电机的级数，不至于发生高速档吊重物，防止起升机构出现反转溜车事故。起重量限制器由销轴、传感器和导绳滑轮等组成。起升钢丝绳从塔帽上的滑轮下来以后，穿过起重量限制器上的导
36、绳滑轮，再引入变幅小车上的滑轮槽。起重量限制器通过销轴安装在回转塔身的顶部横梁上。传感器本身是个圆环形体，里面装了两块弓形簧片，簧片上分别装有限位开关和触动板。当吊载重物时，起升钢丝绳受都了张力，传感器的圆环被钢丝绳的张力拉成了椭圆形，带动两簧片向纵向拉伸，而在横向上的变形为收缩，产生相对位移，这个横向位移要比纵向伸长量大得多，故可以带动微动限位开关动作。当起重量超过一定数值时簧片受力变形，触动微动开关，由微动开关控制起重电机，使其停止作业。起重量限制器的调整是通过螺钉调整装置来调整的，即可视为调整板簧的变形范围来调整起重量。在调试时，先起吊各段允许最大值，然后增加吊重50kg，分别在高、低速
37、档调整相应的起重量限制开关，多次重复（三次以上）起吊，所得最大起重量基本一致即可。20 图 11 起重量限制器 Fig.11 The weight limiter arises 5.3 起重力矩限制器 该塔式起重机预设计安装机械式力矩限位器保护装置，机械式力矩限制器反应很直接，不必经过中间量的换算，所以灵敏度能够满足用户需求。当力矩达到额定值的90%时，司机室内的预报警灯亮，当超过额定值的100%时，向上起升断电，小车向外变幅断电，同时发出超载报警声。力矩限制器由两条簧板，三个行程开关及调整螺杆等组成，通过安装板固定在塔顶中部后侧的弦杆上，当塔机起吊时，塔顶发生变形，主弦杆的应变与其所受的轴向
38、力成正比，力矩限制器所覆盖的一段主弦杆，其位变与起重力矩成正比。主弦杆比较刚硬，变形不明显，但当主弦杆收拉时直接带动两簧板向内收缩，且两弓形簧板得夹角越小收缩量越大。两条簧板间的距离缩小，带动调整螺杆移动，调整螺杆触及行程开关，相应力矩能够报警和切断塔机起升向上和小车向外变幅的电路，起到限制力矩保护塔机的作用。力矩限制器的调整和起重量限制器的相似，但不是增大吊重，而是增加小车幅度。在起重臂上选取几个特殊点，以在该点额定起重量起吊重物，然后将小车向外展开约一米，调整力矩限制器，使司机室里预报警灯亮，起升向上、变幅向外断电，同时发出超载报警声，然后开回小车，到达特殊点，反复调试，直到警报解除。力矩
39、限制器示意图如下：21 调整螺母行程开关弹簧板安装块 图 12 力矩限制器 Fig.12 Moment limiter 5.4 司机室 司机室为薄板结构，侧置于上支座右侧平台的后端，四周均有大面积的玻璃窗，前上窗可以开启，视野开阔。司机室内壁可根据客户需要选用宝丽板或各种隔热材料装饰，美观舒适，内设有联动操纵台。同时可在其上开通风孔或安装空调等。司机室结构大致如下：图 13 驾驶室外形 Fig.13 Appearance of drivers cabin 6 吊钩换倍率原理 自动换倍率系统包括载重小车，上滑轮组及下滑轮组三部分。上滑轮组与下滑轮组的连接与分离可实现二、四倍率的变换，俗称变倍率。
40、变倍率是在无载荷、低速、没有摆动的情况下，在吊臂根部进行的。变倍率时，都有必须先将旁路开关旋至旁路状态，使高度限位不起作用；转换完成后必须将旁路开关恢复到旁路状态。在二倍率工作状态下，装有自动连接装置的上滑轮组由于钢丝绳的张力而紧贴小车。上、下滑轮组的自动连接是通过两块连接板进行的。连接板上开有长腰形孔，以使用下滑轮组的销轴连接并销紧。22 上、下滑轮组的分离是由开锁装置控制，此装置用弹簧固定在小车上部。当载重小车移到起重臂根部时，固定在臂架下的楔块通过它作用在连接板上，使连接板张开，上、下滑轮组即分离。起升钢丝绳绕绳示意图如下：动定两用滑轮吊钩滑轮防扭装置小车定滑轮起重限制器滑轮塔顶导向滑轮
41、排绳滑轮起升卷筒 图 14 钢丝绳绕制示意图 Fig.14 The steel wire rope winds and makes sketch map 左右两图为二、四倍率绕绳示意。6.1 二倍率变四倍率的转换方法 变换前，上滑轮组紧贴载重小车，连接板处于闭合状态。将小车开至臂根处楔块附近停止（此时开锁装置不能与楔块接触），在无载荷、没有摆动的情况下慢速起升下滑轮组。当连接板与下滑轮组的销轴尾端接触时，连接板以销轴为转动中心而被顶开。当连接板的长腰形孔对着下滑轮组上的销轴时，连接板合拢。此时应停止下滑轮组上升，上滑轮组与下滑轮组自动连接为一体。吊钩下降时，滑轮组即处于四倍率工作状态。将安全销
42、安装在下滑轮组的上孔位锁紧连接板，即完成四倍率变换过程。其变换过程如图所示：6.2 四倍率变二倍率的变换方法 下降吊钩至地面，将安全销安装在下滑轮组上的下孔位，将连接板的锁紧解除。吊钩上升至最大工作幅度，将小车开至臂根处直到开锁装置距楔块约一百至二百毫米处停止，吊钩继续慢慢上升，使滑轮组紧贴载重小车，并使上下滑轮组相互接触后停止，在此位置时，下滑轮组上的销轴处在连接板上的长形孔的上部，不再锁紧联接板。同时将载重小车慢慢向臂根方向沿楔块移动。随着载重小车的移动，锁紧装置向下运动作用于连接板，并使连接板以销轴 23 为转动中心旋转至充分张开连接板后，停止运动。（此时千万不能让载重小车的开锁装置运动
43、到楔块以内，否则载重小车不能向外变幅）吊钩下降，载重小车前移，上滑轮组依靠钢丝绳的张力而紧随吊钩单独运行，即转变成二倍率工作状态。图 15 二倍率转换示意图 Fig.15 Two times of rates change the sketch map 图 16 四倍率变换示意图 Fig.16 Quadruple rate varies the sketch map 7 标准节加工工艺 标准节材料采用方钢，在使用时需对其校正，校正后采用火焰切割机进行下料，再用稀盐酸对其酸洗淋化处理，再喷丸强化处理，密封后进行焊接处理。7.1 焊接前的处理 7.1.1 校正 采用火焰矫正工序。(1)采用氧乙炔焰
44、进行加热，火焰性质为中性焰。(2)标准节厚度大，刚性强，将其加热到600-800。C，此时加热处呈现出樱 24 红色。7.1.2 下料、酸洗淋化 校正后采用火焰切割机进行下料。然后用0.1%稀盐酸对其进行酸洗淋化处理，清除在存放、运输及加工中的铁锈、污垢。7.1.3 喷丸 喷丸强化改善材料的抗疲劳工作性能，消除校正、下料两道工序带来的残余应力，提高材料的可靠性和耐久性。对喷丸的工艺要求：(1)合理选择喷丸工艺参数：弹丸直径、弹丸速度、弹丸流量、喷射角、喷射距离、喷射时间和覆盖率等。(2)清理喷丸，清理叶片表面的灰尘物，清理金属表面的油污、油漆。(3)喷丸的强度检验。7.1.4 密封处理 经过一
45、系列处理后，将空心方钢两端用钢板密封。7.2 焊接工艺 7.2.1 焊接设备参数选择 焊接的主要工艺参数有焊条直径、焊接电流及焊缝层数。钢板只起密封作用，对整机性能不起任何影响，焊接时为了保证两焊缝的对称性，焊缝对接处选择双V 形坡口，在腹杆上开出30 度的坡口，密封板也是30 度，相对角度为60 度。因为标准节笨重，故采用立焊。(1)焊条直径 查焊接工艺500 问，根据焊接件厚度选择焊条直径为3.2 和5.0mm，长度均为400mm。开坡口的接头，打底焊时应选用直径较细的焊条。在第一层打底焊时采用3.2mm 焊条，其余各层选用5.0mm 焊条。根据焊接件的材料，查 焊接工艺500 问表7-7
46、,采用E5016 焊条碱性焊条。(2)焊接电流的选择 选择焊接电流时，首先要在保证焊接质量的前提下尽量选用较大的电流值，以提高生产率。根据焊条直径选择焊接电流，查焊接工艺500 问表6-2，焊条直径为 3.2mm 时,焊接电流取100-130A，直径为5.0mm 时,焊接电流选200-270A。根据钢板厚度及焊接位置适当的调整焊接电流。焊接板厚10mm,焊接热量散失较快，选用范围内的上限值，故焊条直径为 25 3.2mm、5.0mm 时电流分别选取130A、270A。立焊时应选取较小的电流，通常比平焊时小10%。直径为3.2mm 时,130(1-10%)=117A，直径为3.2mm 时,270
47、(1-10%)=243A。查焊接工艺500 问表7-8,厚度16mm-24mm,不低于-5时可以不预热,-5以下预热100-150。7.2.2 焊接缺陷危害及其防止措施 (1)裂纹 裂纹有冷裂纹和热裂纹之分 冷裂纹 焊接接头冷却到较低温度下时产生的焊接裂纹叫冷裂纹。防止措施：控制焊缝金属的含氢量，采用碱性低氢型焊条和焊剂；严格按规定烘干焊条和焊剂，仔细清除焊接区的污物、锈、油和水。预热，减慢焊接接头的冷却速度以降低淬硬倾向。消氢处理，焊接结束将焊件立即加热到300-400并保存一段时间促使氢气溢出。采用较大的焊接线能量，减慢接头的冷却速度，但应适当控制。热裂纹 焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷
48、却到固相线附近的高温区间产生的裂纹。防止措施：控制焊缝金属有害杂质的含量。预热，减小焊接熔池的冷却速度，降低焊接应力。采用碱性焊条和焊剂。碱性焊条、焊剂具有脱硫、磷的能力，因此具有较强的抗裂能力。适当调整焊接工艺参数。适当减小焊接电流和焊缝厚度有利于提高焊缝的抗裂能力。(2)气孔 熔池中的气泡在凝固时，未能溢出而形成的孔隙。防止措施：仔细清除焊接件表面的污物，在坡口面两侧20mm 范围内锈、油，打磨至露出表面金属光泽。不应使用过大电流。26 引弧时，应将焊条略做停顿，对引弧处预热，(3)夹杂 选好专用焊条后，直接进行埋弧焊电弧在颗粒状熔剂层下面燃烧。在焊丝前方，焊剂不断流出撒在被焊部位。焊接时
49、，部分熔剂熔化形成熔渣覆盖在焊缝表面，大部分焊剂不熔化，可回收便用。部分熔剂蒸发，生成气体将电弧周围的熔渣排开，形成熔渣泡。它能使熔化的金属与空气隔开，并防止金属熔滴向外飞溅。电弧周围的颗粒状焊剂被熔化成熔渣。熔池在结晶过程中凝固较快,其中的杂质来不及上浮,于是在焊缝中就以非金属夹杂物的形式出现.防止方法 选用合理的焊接规范，使熔池存在的时间不要太短。多层焊时仔细清除前一道焊缝表面的渣壳。焊条摆动的方式要利于熔渣上浮。施焊时要保护好熔池，防止空气侵入。(4)未熔合未焊透 焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全融化结合的部分叫未熔合。焊接件与焊缝金属或焊缝金属相互之间局部未熔合而留下的空隙称为未焊
50、透。焊接过程中出现了这两种现象，使得焊接接头力学性能降低，在缺口和端部形成应力集中点，承载后往往引起裂纹。防止措施：正确选择坡口形式和装配间隙，并清除坡口两侧和焊层间的污物。选择合适的焊接电流和焊接速度。运条时随时注意焊条的角度。7.3 焊接后的处理 当整个标准节焊接工艺完成后，再次进行酸洗和喷丸处理。为防止以后加工及存放中出现生锈现象，应加上底漆。出厂前，应进行探伤处理，并再次刷以外层油漆，然后进入烤漆房，在50温度以上，70以下进行约两个小时的烘烤，等油漆烘干后，移至外面开阔地方。8 总结 通过对TC5015 塔式起重机的研究，使我对塔式起重机的工作机构有了足够的认识。开始设计的时候不知如