塔式起重机设计计算书

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1、塔式起重机设计计算书一： 总体设计-（2-13）1主要技术性能-（2-3）2计算原则-（4-5）3平衡重的计算-（5-8）4塔机的风力计算-（8-12）5整机倾翻稳定性计算-（12-13）二： 结构设计-（14-39）1塔身的计算-（14-21）2塔顶的计算-（21-22）3爬升架的计算-（22-25）4起重臂的计算-（26-33）5起重臂拉杆的计算-（33）6回转支承的计算-（33）7回转塔身的计算-（34-35）8平衡臂的计算-（35-38）9平衡臂拉杆的计算-（38-39）（一）：总体设计一主要技术性能参数1. 额定起重力矩: 97t.m2. 最大起重力矩: 116t.m3. 最大起重量

2、: 6t4. 起升高度: 固定式45m 附着式200m5. 工作幅度: max60m min2.5m6. 小车牵引速度: 20/40m/min7. 空载回转速度: 0 0.62r/min8. 最大起升速度: 80m/min(=2时) 40m/min(=4时)平均工作速度: 40m/min 20m/min最低稳定速度: 10m/min 5m/min 9. 顶升速度: 0.5m/min (功率11kw)10. 起升电机功率30kw 回转电机功率23.7kw牵引电机功率3/4.5kw 11. 起重性能曲线 = 4时, 依据总体要求 R = 60m时, Q = 1.0t R = 51m时, Q = 1

3、.7t Q = 95.75/(R-0.89)-0.62 Q = 116.2/(R-0.89)-0.62 R = 56m时, Q = 1.3t R = 46m时, Q = 2.1t Q = 105.8/(R-0.89)-0.62 Q = 122.7/(R-0.89)-0.62附表（设计依据参数表）R=60m R 2.515.31618202224262830 32343638m465.714.974.393.923.523.192.912.662.452.272.11.96t232.732.522.342.172.03tR404244 4648505254565860m41.831.711.61

4、.51.411.331.251.181.111.051.0t21.901.781.671.571.481.401.321.251.181.121.07tR=56m R2.516.818202224262830323436m465.564.914.393.953.293.283.012.782.572.39t232.852.642.46tR38404244464850525456m42.232.281.951.831.721.621.531.451.371.3t22.302.152.021.901.791.691.601.521.441.37tR=51m R2.518.4192123252729

5、31 333537m465.85.154.634.23.833.513.243.02.782.6t232.852.67tR39414345474951m42.422.272.142.011.91.791.7t22.492.342.212.081.971.861.77tR=46m R2.519.4212325272931 33m465.484.934.474.083.743.453.2t23tR35373941434546m42.972.772.62.442.292.162.1t232.852.672.512.362.232.17 t二 计算原则1. 起重机的工作级别根据GB/T13752-92

6、塔式起重机设计规范取定TC6010塔式起重机。工作级别: A5 利用级别: U5 载荷状态: Q2 (中) 载荷谱系数:列产品KP = 0.252. 工作机构级别项目 机构起升机构回转机构牵引机构利用等级T5T4T4载荷状态L2L3L2工作级别M5M5M4Kp0.250.150.253. 载荷a. 起升载荷 (含吊钩、钢丝绳) 动载系数为1.25;b. 风载荷 q1=150N/m2用于机构计算及结构疲劳强度计算q2=250N/m2用于总体计算及结构疲劳计算q3.1= 800N/m2 020m q3.2=1100N/m2 20100m 用于非工作状态的总体及结构计算c. 惯性载荷各机构的起、制动

7、时间回转机构 t = 8S（0.20 r.P.m）牵引机构 t = 2S（19.50 r.P.m）d. 基础倾斜载荷坡度按0.01计算e. 其实载荷动载按1.15额定载荷 静载按1.25额定载荷4. 安全系数n的确定结构工作状态n=1.34 结构非工作状态n=1.22起升钢丝绳n5 牵引钢丝绳n5工作状态整体稳定性 n1.15 非工作状态整体稳定性n1.15. 主要材料的许应用力 = 2350 / 1.34 = 1700kg / cm2a. Q235-C = 1700 / = 980kg / cm2jy= 1700= 2940kg / cm2= 3450 / 1.34 = 570kg / cm

8、2b. 16Mn = 2570 / = 1480kg / cm2jy= 2570=4400kg / cm2= 2480 / 1.34 = 1800kg / cm2 c. 20 = 1800 = = 1000kg / cm2jy= 1800= 3200kg / cm2 = 3480 / 1.34 = 2600kg /cm2d. 45 = 2600 / = 1500kg / cm2jy= 2600= 4500kg / cm2= 7200 / 1.34 = 4000kg / cm2e. 40Cr = 5400 / = 2300kg / cm2jy= 5400= 7000kg / cm2f. Q235

9、-C 非工作状态 = 2350/1.22 = 1920kg / cm2三. 平衡重的计算（注：表二中各部件重量为初步估算的重量，待各部件全部设计完成后，最终调整平衡重的重量）。 各 部 件 重 重 心 表二序号子顶目名 称Gi（t）Xi（m）Gi Xi1平衡臂4.088-7.11-29.062起升机构1.8-8.88-15.983平衡臂拉杆0.4-5.85-2.344塔顶1.410.20.285力矩限制器0.01006司机室0.3410.347牵引机构0.358.22.878起重臂拉杆1.918.535.199起重臂5.5627.5152.910载重小车0.25560/2.515.3/0.64

10、11吊钩0.460/2.524/112回转机构2x0.30013回转塔身1.0790014上支座1.9960015下支座1.620016套架4.10017塔身18.090018底架1.050019回转支承0.60020平衡重G平-12.3-12.3G平61.6(含平衡重)表二中各值均按60m臂架列出，其他臂长平衡重各不相同，须分别进行计算。1. 臂长60m时:M空 = 145.84 12.3 G平M满 = 231.5 12.3 G平令M空 = M满G平 = 231.5+145.84 212.3 G平 =15.33（t） 取 G平 = 15.3t 2. 臂长55m臂长时:M空 = 121.4 1

11、2.3G平M满 =217.7 12.3G平令 M空 = M满G平= 121.4+217.7 212.3 G平 = 13.78t 取 G平 = 13.7t 3. 臂长50m时M空 = 93.9 12.3 G平M满 = 194.4 12.3 G平令 M空 = M满G平 = 93.9+194.4 212.3 G平 = 11.72t 取 G平 = 11.7t 4. 臂长45m时M空 =63.6 12.3G平M满 = 173.6 12.3G平令 M空 = M满G平 = 63.6+173.6 212.3 G平 = 9.64t 取 G平 = 9.6t 综合上述结果 60m、臂长时,平衡重15.3t 60m臂

12、变56m臂长时,取掉1.5t1的配重块。 55m臂长时,平衡重13.7t 50m臂长时,取掉11.5 和1x2.1t的配重块。 50m臂长时,平衡重11.7t 45m臂长时取掉1x1.5和22.1 t 的配重块。 45m臂长时，平衡重9.6t 配重块的配置如下:总数量7块 其中4块2.4t4、 2块2.1t2、 一块1.5t1；四. 塔身的风力计算1. 工作工况Ia. 平衡臂q2 = 250N/m2 CW = 1.2 A实 = 12.440.32= 3.98m2PW = 1.22503.98 = 1194N XC = 7.11m YC = 47mb. 起升机构 A = 1m2 PW = 1.2

13、2501= 300N XC = 9.22m YC = 47mc. 平衡重 A 2m2 PW = 1.22502 = 600N XC = 12.3m YC = 47m 平衡臂部份综合: A =6.98 PW = 2094.6NMXW =PWXi = 16150.2N.mMYW =PWYi =98446N.mXC = = 7.71m YC = = 47md. 起重臂 C = 1.3 A实= 29.67m2 PW = 1.325029.67=9643N XC = 26.5m YC = 47me. 牵引机构 A = 0.32m2 PW = 1.2250.0.32 = 96N XC = 8.2m YC

14、= 47m 起重臂部份综合 PW = 9936N MXW = 2.56105N.m MYW = 4.67105N.m XC =26m YC = =47mf. 塔顶 A轮 = 1.486.5= 4.81m2= 0.38 = 0.43 C = 1.3A实 = 1.430.384.81= 2.61m2PW = 1.32502.61 = 850NX = 0 YC = 47.5mg. 回转塔身A轮 = 1.481.91 = 2.812m2= 0.21 = 0.69 CW = 1.6A实 = 1.690.212.812 = 1m2PW = 1.62501= 400NXC = 0 YC = 45mh. 上、

15、下支座A = 1.29m2 PW = 1.22501.29 = 387NXC = 0 YC =45mi. 塔身A轮 = 44.81.8 = 80.64m2= 0.357 = 0.57 C = 1.6 (15节标准节, 1节底节)A实 = 1.570.35780.64= 45.22m2 PW = 1.625045.22 = 18088NXC = 0 YC = 22.5mj. 司机室 A = 3m2 PW = 1.22503 = 900N2. 工作工况 a. 平衡臂 A = 2m2 PW = 1.22502 = 600N XC = 0 YC = 47mb. 起升机构 A = 1m2 PW = 30

16、0N XC = 0 YC = 47m 平衡臂部份综合 A = 3m2 PW = 900Nc. 起重臂 A轮 = 1.21.38 =0.828m2 = 0.235 = 0.65 A实 = 1.650.2350.828= 0.321m2 PW = 1.32500.3211.333 = 139N XC = 0 YC = 47md. 牵引机构 A = 0.32m2 PW = 96N XC = 0 YC = 47me. 塔顶 (同工况I)f. 司机室 (同工况I)g. 回转塔身 (同工况I)h. 上、下支座 (同工况I)i. 塔身 A轮 = 1.280.64 = 96.77m2A实 = 1.570.35

17、796.77= 54.23m2PW = 1.625054.23=21695N XC = 0 YC =22.5m3. 非工作工况a. 平衡臂部份: PW =9004.4 = 3960N b. 起重臂部份: PW = 2354.4 = 1034Nc. 塔 顶: PW =8504.4 = 3740Nd. 司 机 室: PW = 9004.4 = 3960Ne. 回转塔身 : PW =4004.4 = 1760Nf. 上、下支座: PW = 3874.4 = 1703Ng. 塔 身: 20m以下, PW = 3.221695(2045)=30855N 2045m, PW = 4.421695(2545

18、)= 53032N 风载荷综合表 表(三)60m臂长时 (单位:N.m) 序号部 件CqAPWXiMXWYiMYW1平衡臂部份1.22506.982094-7.71-16150.24798446.22起重臂部份1.325029.99993626256000474669923塔顶1.32502.648500047.5403754司机室1.22503.09000047423005回转塔身1.625014000045180006上、下支座1.22501.293870045174157塔身1.625045.22180880022.5406980326551090508 表(四) 序号部 件CqAPWX

19、iMXWYiMYW1平衡臂部份1.225039000047423002起重臂部份1.32501.1482350047110453塔顶1.32502.68500047.5403754司机室1.22503.09000047423005回转塔身1.625014000045180006上、下支座1.22501.293870045174157塔身1.625054.23216950022.548813725367659572 表(五) 序号部 件CqAPWXiMXWYiMYW1平衡臂部份1.211003396000471861202起重臂部份1.311001.14810340047485963塔顶1.31

20、1002.637400047.51776504司机室1.211003396000471861205回转塔身1.61100117600045792006上、下支座1.211001.291703004576635720-45m塔身1.61100530320032.517235400-20m塔身8003085500103085501033452786411五. 整机倾翻稳定性计算 1. 固定式底架 a. 工作工况 Fh = 2.54t FV = 74.4tM满 = 42t.m MW = 66t.m M坡 = 30.5t.me = Mhx = 45.3t.m 2.541.4+183.8e = _ =0

21、.8 =2.3 74.4+2.3771.4 b. 非工作工况Fh = 10.3t Fv = 61.6t M = 315.7t.me = 10.31.4+315.7e = _ =1.5 =2.3 61.6+2.3771.4 故整机稳定。（二）：结构设计一塔身的结构计算 1. 塔身上部的载荷 起重臂位于塔身对角线上，且风沿塔身吹，此时塔身受力最为恶劣。 工作状态的载荷 M=1838KN.m FV =744KN PH1=4KN q风=0.33KN/mq重=4 KN/m Mn=320 KN.m PH2=14.5 KN （计算腹杆时用）非工作状态M= - 1187KN.mPH=19.2 KNq风1=1.

22、06KN/mq风2=1.45KN/m 其中： M作用在塔身顶面的弯矩 Mn作用在塔身顶面的扭矩（用于计算腹杆） FV作用在塔身顶面的压力 PH1、PH风平行于起重臂，作用在塔身顶面的水平力 PH2风垂直于起重臂，作用在塔身顶面的水平力（用于计算腹杆） q风作用在塔身上的线风压 q重塔身自重线重力2. 塔身的几何特性计算11、22截面截面 方钢管 135212单肢几何特性 AII = 55.33cm2III = 1345cm4WII = 199.2cm3rII = 4.93cm整体结构的几何特性 AI = 221.3cm2II= 1539165.6cm4WI= 18488cm3RI= 83.4c

23、m斜腹杆的几何特性 方钢管 7025A腹= 13cm2I腹= 92cm4W腹 = 26.2cm3r 腹= 2.66cm其中：A结构的截面积I结构的惯性矩W结构的抗弯模量r结构的惯性半径3. 材料 单肢：Q235-C 整个塔身看作Q235C 腹杆： Q235-C钢4. 强度计算 选塔身底截面C为计算的危险截面。4.1整个结构的强度计算 工作状态 C截面 NCMC 744103 1838103 C = + = + =133MPa =170MPa A W 221.310-4 1848810-6 非工作状态（只须计算C截面） NCMC 616103 2350103 C = + = + =155MPa

24、=170MPa A W 221.310-4 1848810-6 综上计算，整体强度足够。4.2 腹杆的强度计算 斜腹杆N=153.2KN =0.75 =(12.2103)/(0.7513)=125MPa=170MPa直腹杆N=320/（21.665）=96KN =N/A= (9.6103)/(0.7510)=128MPa=170MPa综合以上计算可知塔身强度足够。5.塔身稳定性计算5.1 塔身整体稳定性计算结构的欧拉临界载荷FE 2EI 22.11031539165 FE = = = 3934KN (l)2 (245)2结构要稳定须满足下列两式FN1 COMO+CHMH + （） A 1-FN

25、/（0.9FE） w WFN A 其中：FE 结构的欧拉临界载荷FN 计算轴力CO端部弯矩不等折减系数CH横向载荷引起的最大弯矩系数MO端部弯矩MH由横向载荷引起的最大弯矩轴压稳定修正系数受弯结构件侧向屈曲稳定系数工作状态FN= 744KN MO = 1178KN.m MH= 668KN.m其中CO=1 CH= 1 =1.602 w=1 而h=111.54 =0.529FN1 COMO+CHMH = + （） A 1-FN/（0.9FE） .W 744107 103 1178+668 = + （）1.6020.529221.3 1-744/(0.93934) 1848810-6 = 166MP

26、a B=170MPa FN又：= A 744103= =73.8MPa B 0.529221.310-4工作状态塔身稳定5.2 非工作状态载荷FN=616KN MO= -434KN.m MH= 2350KN.m因2MOMH 则取MO=0 616103 2350103= + =1867MPa C=1920MPa 221.310-4 0.801848810-6 FN又：= 不必计算 A 在非工作状态塔身整体稳定。5.3 单肢稳定性计算 因单肢为压力构件，其稳定性公式为：= FN/（A） l 140= = = 28.4 r 4.93 =0.96工作状态单肢稳定性计算FNB1=NB1=740KN FN

27、B1 740103= = = 139MPaB IIA II 0.9655.3310-4非工作状态FNC1=NC1=859KN FNC1 859103= = = 161MPaB II IA II I 0.9655.3310-4综合以上计算单肢稳定 5.4 腹杆稳定性计算 1.9 = = 72 2.6610-2 =0.778 F腹 153103腹= = 腹A 腹 20.7781310-4 = 75MPaB 其中：B=250/1.34=186.6MPa综合以上计算塔身安全。 6 塔身接头计算 6.1螺栓计算螺栓工作拉力 P=368KNPo=14KNP外=381KN M36螺栓强度级别10.9 As=

28、865mm2螺栓强度有 F1+ KCFN L = L A dL F1= K1.FN K1=1.45FN=381KC=0.25 （1.45381 +0.25381）103L = =662MPa L =750MPa 86510-6 6.2 接头处焊缝计算 P=381KNl=20cm =4cmM=3810.11=41.9KN.m 6M= = 142MPaL =750MPa l2 7.顶升踏步计算 P=245KN 6M 68.5245103= = l2 2.5282= 63.7MPa 8.顶升时塔身主弦局部强度 P M = + F W 24.5103 24.510315.2= + 55.33 2199

29、.2 = 137.7MPa（二） 塔顶计算 1 几何参数塔帽高：h=6355mm 底部销孔连接处中心尺寸：ab=13801380前后主弦皆选用两L100210角钢拼焊成108210主弦杆单肢断面特性a、断面尺寸：108108b、壁厚：t=10mmc、截面积：A=39.2cm2d、回转半径：i=（I/A）1/2=4.02e、长细比：=200/4.02=49.75f、单肢最大长度L0=200cmg、折减系数：=0.89材料：Q235-C斜腹杆选用7024 Q235钢管斜腹杆断面特性a、断面尺寸：7024b、截面积：A=10.56cm2c、回转半径：i=（I/A）1/2= 2.69cmd、单肢最大长

30、度L0=147cme、长细比：= L0/i=54.4f、折减系数：=0.87 2 内力主弦杆单肢最大轴压力N=492KN斜腹杆最大轴向力（压）N1=86KN 3 稳定性校核因整体结构长细比小，不需进行整体稳定性校核=N/A=49210/(0.8939.2)=141MPa =170MPa主弦杆单肢稳定性足够=N/A=8610/(0.8710.56)=93.6MPa =180MPa斜腹杆单肢稳定性足够所以塔顶安全三爬升架的计算 1. 爬升架的载荷FN=490KNMK=62KNmQ=8KNMy=24KNmq=0.4KN/m其中：FN作用在爬升架上的顶升载荷MK作用在爬升架上的扭矩My作用在爬升架上的

31、弯矩Q作用在爬升架上的水平力q作用在爬升架上的线风压 2. 爬升架的几何特性计算主弦杆单肢几何特性 AI=49.2cm2 II=1248cm4 WI=187cm3 rI=5.03cm整个爬升架的几何特性A=196.8 cm2Ix=Iy=2430229.6cm4Wx=Wy=22093cm3rI=111cm腹杆的几何特性腹杆I：A腹I=15cm2I腹I=141.25cm4W腹I=35.3cm3r腹I=3.07cm腹杆：A腹=10.56cm2I腹=76.9cm4W腹=21.9cm3r腹=2.69cm 3.爬升架的强度计算 3.1 整体强度计算 N M 490103 （24+1/20.46.42）10

32、3= + = + =26.4MPa B A W 196.810-4 22093 强度足够 3.2 单肢强度 N MNI = + = 250.4KN 2 22.2 NI 250.4103= = = 51MPa B AI 49.210-4强度足够3.3 斜腹杆强度计算设横梁为钢性体，与横梁无联系的腹杆不受力，求得:NI =145KN(压)N =220.8KN（拉）腹杆I： NI 145103腹I = = = 96MPa B A腹I 1510-4腹杆I： N 220.8103腹 = = = 147MPa B A腹I 1510-4 强度足够 4. 稳定性计算 4.1 整体稳定性计算2EI 221010

33、92.43910-2FEX =FEY= = =122104KNL2 6.42FN1 （COMO+CHMH） = + A 1-FN/（0.9FE） W 其中：CO=1 CH=1 =1490103 1 24103+62103 = + 196.810-4 1-490 /（0.91220000） 2209310-6 =28.8MPa B整体稳定 4.2 单肢稳定性计算FNI =NNI=250.2KNI = L/rI=310/5.03=61.6 =0.83 FNI 250.2103= = = 61.2MPa B AI 0.8349.210-4单肢稳定4.3 腹杆稳定性 只有承压的情况下才需计算稳定性 1

34、30= = 42.3 =0.92 3.07 NI 145103又：= = = 105MPa B A腹 0.921510-4 综合以上计算，爬升架稳定。四起重臂计算1.计算工况及计算公式说明起重臂受力最恶劣的工况是起吊额定载荷时，风垂直于吊臂回转，起重臂产生惯性冲击力，三种情况组合在一起。冲击系数：1=1.1载重小车冲击系数2=1.2中高档速度起吊时，吊重（包括吊具）冲击系数3=1.1低档速度起吊时，吊重（包括吊具）冲击系数材料及安全系数上弦杆Q235-C，安全系数n=1.34，许用应力=180MPa下弦杆16Mn，安全系数n=1.34，许用应力=240MPa斜腹杆20#无缝钢管，安全系数n=1

35、.34，许用应力=175MPa稳定性验算公式：FN1 （COXMOX+CHXMHX） + AR 1-FN/（0.9FEX） WX 1 （COZMOZ+CHZMHZ） + 1-FN/（0.9FEZ） WZ 公式中参数说明FN 轴压力、 轴压稳定系数AR 上、下弦杆（主肢不包括缀条）正截面面积之和COX、COZ 端部弯矩不等的折减系数。验算压杆失稳时，如果取两端中最大弯矩计算显得过于安全，最大弯矩必须经过适当折算后才可以用于整体稳定计算。COX、COZ=0.6+0.4Mmin/Mmax0.4MOX、MOZ 端弯矩。计算时必须扣除掉所验算段横向载荷在两端引起的弯矩。此处计算是在内力表中弯矩减横向载荷

36、引起的弯矩（用三弯矩方程可得）MHX、MHZ 验算段横向载荷引起弯矩折算端弯矩的系数。FEX、FEZ 欧拉临界力。WX、WZ 结构件抗弯模量。W=I/h 结构件许用应力。= S/n 起重臂稳定性验算分段说明（参考稳定性计算）在起升平面内是从铰点分段的。在回转平面内实际是整体悬臂梁，利用结构力学中位移法求解具有轴向力的转角位移法方程，可求得分段后系数3（包括变截面和双轴向力作用影响2=4=1 强度验算条件：=N/AR+MX/WX+MZ/WZ 式中：MX、MZ分别为内力表中危险工况弯矩单肢稳定性验算公式：=N/A 式中： N单肢压力 稳定性系数 A截面积当所有的计算应力 ，整个起重臂是安全的。注：

37、起重臂验算是以最长臂60m验算的。 2.主要参数 牵引机构G1=3.5KN载重小车G2=2.5KN，吊钩G3=2.65KN，钢丝绳G4=1KN节臂自重q1=1.12KN/m、节臂自重q2=1.12KN/m、节臂自重q3=1.03KN/m、节臂自重q4=0.9KN/m、节臂自重q5=0.7KN/m长拉杆ZP2=15KN短拉杆ZP1=4KN夹角1=21.15，2=7.15 3.几何特性3.1 节、节、节截面 上弦L80288628 A=24.96cm2下弦L1002810628 A=31.36cm2W上X=3009.8 cm3W下X =7563 cm3 Wy= 4346 cm3B=1380 h=1

38、2003.2节、节 上弦L80288628 A=24.96cm2下弦L80288628 A=24.96cm2W上X=3004.8 cm3W下X=6009.6 cm3 Wy= 3455 cm3B=1380 h=12003.3节、节上弦L80288628 A=24.96cm2下弦L75268026 A=17.76cm2W上X=3000.8 cm3W下X=4270 cm3 Wy= 2461 cm3B=1380 h=12003.4节、节、节、节上弦L80288628 A=24.96cm2下弦L75268026 A=17.76cm2W上X=3142 cm3W下X=4472.5 cm3 Wy= 2756.7 cm3B=1380 h=1200 4.内力及校核 4.1 工况R=60m Q=18.77KN整体强度截面9-9 截面1-1上弦处 =141MPa 下弦处 =121MPa 单肢稳定截面9-9N上=267KN =150MPaN下=201KN =113MPa4.2工况R=36m Q=32KN整体强度截面7-7 截面1-1上弦处 =85MPa 下弦处 =136.7MPa单肢稳定截面7-7 截面1-1N上=212KN N下=241KN =98MPa =