塔式起重机无线遥测控制系统研究-开题报告及毕业论文

本科毕业设计（论文）告 开题报告 塔式起重机无线 遥测控制系统研究 学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程 班 级 XX 姓 名 XX 指 导 教 师 XX 2 2X 0XX 年 年 X XX X 月 课题来源 导师课题 课题类别 毕业论文

一、论文资料的准备 1 1、研究背景 起重机是现代工业在实现生产过程机械化，自动化，改善物料搬运条件，减轻劳动强度，提高劳动生产率必不可少的中套机械设备。随着经济建设的迅速发展，机械化和自动化不断提高，与此相适应的起重机技术也高速发展，产品种类不断增加，适用范围越来越广。

今天，起重机行业现状日渐繁盛，逐渐被越来越多的人士关注，发展也越来越好，现在中国是世界上最大的起重机市场。中国目前共有起重机械生产企业约500家。

从2001年开始，受益于出口持续高速增长、冶金行业的持续发展、高速增长的房地产市场等积极因素的拉动，中国起重机行业持续保持着快速发展，从产量上看，2001-2007年起重设备复合增长率高达36%。从2008年开始固定资产投资增速的持续高位运行，提升了对工程机械行业的需求。

2 2、存在以下的问题：

⑴产品结构不合理，品种型号大同小异。

技术法规限制了产品开发，由于早期中国制定的产品型号分类标准，将一些几何尺寸都进行了严格的规定，这样严重限制了塔机的技术进步。而用户群不稳定也制约了技术进步。因此，在发达国家广泛应用的运输便捷、架设迅速、使用安全的快速架设塔机在我国受到冷落。与此同时，企业创新能力不足也影响了产品发展，许多新建企业的研究开发能力较弱，大部分产品是与大专院校、科研单位联合开发的，同一个产品可以有几家甚至几十家生产，没有形成企业自己的特色。

⑵制造技术不适应，没有形成规模工业。

近20年来，我国塔机制造业的水平虽然有所提高，但相对其他一些行业的先进制造技术还是落后的，与我们相近的工程机械骨干企业相比差距也很大。大多数企业的管理模式和生产方式还是传统的多级递进的静态不变的模式，有的还是小而全或大而全，专业化程度、工艺装备和管理水平低，很难适应多品种批量化生产和商品经济的激烈竞争，难以形成自己的民族规模工业。

⑶研究表明在我国塔式起重机企业中，产业集中度低，缺乏规模经济效益。

近年来，由于市场竞争的不断加剧，企业间的兼并重组和品牌经营进程逐步加快，规模化经营初见成效。集团化作为规模化经营的主要模式，在扩大和稳定客源、提高用户忠诚度、降低成本等方面有较大的优势。

3 3、发展趋势 ①重点产品大型化，高速化和专用化 由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。

②系列产品模块化、组合化合标准化 用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。

③通用产品小型化、轻型化和多样化 有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。

④产品性能自动化、智能化和数字化 起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控 驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。

二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）本毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。

本课题主要对起重机的整机进行总体设计，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器的选用；运行机构减速器的设计计算和零件的校核计算及结构设计，使起重设备运行平稳，定位准确，安全可靠，技术性能先进。其主要目的是熟悉塔式起重机的结构和工作原理，掌握起重机的设计方法，通过学习起重机的设计方法和步骤，提高学生分析问题和解决问题的能力，将自己所学的理论知识应用到实际工作生产中，提高学生的综合能力。毕业设计是我们离开校园前最后一次综合性的测试，是我们四年了学习生涯的一次大总结，很能体现一个人的整体综合素质和能力。

要 解决的问题 1、在塔式起重机总体设计中，要考虑到起重机每个部件的合理及其安全性能。

2、减速器和电机，卷筒在起重机上的布局，因为三者之间距离的改变会影响到联轴器选用和制动器选用。

3、制动器的选择制动器必须能在重物上升时及时使电机输出停止，在重物水平移动时保持起升机构的停止，还要在卸货时及时停车，防止货物受损。所以制动器是起升机构里重要的安全保障装置，选择是要谨慎的。

4、在安全方面采用多种措施，能保证当同一轴线上的电动机发生故障时，另一轴线上的两个电动机仍可以继续工作；机构中在高速轴上装置有块式制动器，在卷筒上再设置夹钳盘式紧急制动器；在卷筒及电机轴上安装有脉冲发生器，根据脉冲信号的变化判断系统是否发生故障，并采用相应得紧急措施；采用手动操作对非常事故进行处理。

三、主要内容、研究方法、研究思路（1 1）主要任务 A：总体方案及总体参数的确定（包括方案的比较）B：设备组成及功能分析 C：重物起升、小车平移和塔身回转驱动能力计算及驱动元件的选择 电气系统设计 A：电气回路设计（应设有完备的安全保护装置）B：电器元件的选择计算 C：控制柜结构设计及布线图设计 遥控系统设计 A：微电脑控制多功能接口电路设计 B：可编程微机控制软件框图 C：发射器及接受器内部电路图

（2 2）技术 参数 最大额定起重力矩（kN·m）400 最大工作幅度（m）40 最大额定起重量（t）4 工作高度（独立/附着）（m）32/100 最大幅度的额定起重量（t）1 整机质量（t）<27 遥控装置 遥控距离（m）>100 遥控频率（MHz）70—470 工作温度（℃）-35—75 发射功率（mW）>1 输出接点 电压（V）300 电流（A）2（3 3）研究方法和思路 首先，通过查阅相关书籍和资料，学习塔式起重机的相关知识，认真阅读参考资料，继承或借鉴前人的设计经验和成果，了解塔式起重机的发展和应用现状，掌握塔式起重机结构的设计方法，掌握一般的绘图方法和计算分析步骤；其次，根据现今国内外生产塔式起重机采用的各种结构类型，结合课本知识和参考文献信息，设计遥控系统符合使用要求方面的设计；然后，对起重机的总体布置，起重机的稳定性计算进行校核；最后通过数据列表或绘制等值线图等方式查看并分析计算结果，检验结构的静刚度、强度和稳定性。此外，还对结构进行了 CAD 绘图，便于生产制造。

四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）2015.3.30-2015.4.2 做开题报告 2015.4.4-2015.4.20 总体参数确定及总体设计 2015.4.21-2015.5.3 电气原理图及控制柜设计 2015.5.4-2015.5.8 电气布线图设计 2015.5.9-2015.6.15 遥控系统设计 2015.6.16-2015.6.20 准备论文及答辩

五、主要参考文献 [1] 张质文、刘全德主编.起重运输机械.北京：中国铁道出版社，1988 [2] 机械设计手册.北京：化学工业出版社，1994 [3] 杨晋生主编.铲土运输机械.北京：机械工业出版社，1987 [4] 孙再鲁主编.塔式起重机应用技术.北京：中国建材工业出版社，1987 [5] 诸文农主编.底盘设计（上、下）.北京：机械工业出版社，1982 [6] 许镇宇、邱宣怀主编.机械零件.北京：人民教育出版社，1986 [7] 机械零件课程设计.贵州人民出版社 [8] 吉林工业大学主编.工程机械液压与液力传动.北京：机械工业出版社，1986 [9] 液压传动设计手册.上海科技出版社 [10]东北工学院编.机械零件设计手册.冶金工业出版社 [11]带式输送机械设计手册.北京：机械工业出版社 [12]何利民主编.电工手册.北京：中国建筑工业出版社，1993 [13]王俊峰、薛鸿德.现代遥控技术及应用[M].北京：人民邮电出版社，2005 [14]王为青.单片机KEIL CX51应用开发技术[M].北京：人民邮电出版社，2007 [15]沙占友.单片机外围电路设计(第2版)[M].北京：电子工业出版社，2006 指导教师意见：

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学院盖章）本科毕业设计（论文）塔式起重机无线 遥测控制系统研究 学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程 班 级 XX 姓 名 XX 指 导 教 师 XX 2 2X 0XX 年 年 X XX X 月

摘要 塔式起重机是一种塔身竖立而起重臂转动的起重机械。它具有适用范围广，回转半径大，效率较高、起升高度较高、操作简单，装卸较为方便等特点。目前在我国建筑工程中已得到广泛的应用，特别是在高层工业和民用建筑中，成为必不可少的施工机械之一。

本设计在参靠同类塔式起重机基础上，对 QTZ400 型塔式起重机进行总体设计及电气系统无线遥测控制系统设计。在塔身设计过程中，应用有限元法对塔身结构进行分析计算。首先按照整体主要技术参数，确定各个机构类型及钢结构型式，塔身的结构参数，设备组成及功能分析，重物起升、小车平移和塔身回转驱动能力计算、驱动元件的选择。

在电气部分中，电气原理图设计是为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制系统设计。电气控制系统的非正常运行将会造成事故甚至重大的经济损失。遥控系统是对电气系统进行远程控制。将起重机司机从高空移至地面，可直接与检修人员联系共同操纵起重机，从而提高了吊装的精确性和安全性。用遥控器控制起重机的难点在于必须保证设备运行安全、可靠、平稳和动作灵活准确，避免因高温、高粉尘和强电磁干扰等工业环境因素的影响造成遥控系统控制失常和误动作。

关键词：塔式起重机 ；无线遥测；电气系统；起升机构；

Abstract Tower crane is a minus its erect and hoist boom turned the hoisting machinery.It has a wide application, turning radius hoisting height is higher, high efficiency, easy operation, install and remove more convenient wait for a characteristic.At present in our country construction and installation project has been widely used, especially in the top industrial and civil, has become an indispensable construction machinery.This design is based on the similar tower crane, the overall design of the QTZ400 tower crane and the design of the wireless remote control system for the electrical system..In the process of tower body design, the finite element method is used to calculate the tower structure..First in accordance with the overall main technical parameters to determine the mechanism of each type and steel structure type, the structure parameters of the tower, equipment composition and function analysis, lift weights, translating trolley and the tower of the rotary drive capability calculation, a driving element.In the electrical part, electrical schematic design for the production of machinery and technology to meet the requirements of the electrical control system design.Non-electrical control system will cause an accident or even the normal operation of a major economic loss.Remote control system is the electrical system for remote control.Crane drivers will be moved to the ground from a height, can be directly linked with the maintenance staff to fix the crane, thereby increasing the lifting of the accuracy and security.Crane with a remote control device must be running the difficulty is safe, reliable, smooth and flexible movement accurate to avoid high temperature, high dust and strong electromagnetic interference and other environmental factors, industrial remote control system malfunction and cause malfunction.Keywords Tower crane;Electrical System;Remote control system;Lifting mechanism

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 目录 第 1 章 绪论塔式起重机总述·········································1 1.1 概论································································1 第 2 章 总体设计······························································2 2.1 概述································································2 2.2 确定总体设计方案·························································3 2.3 技术参数与设计原则·······················································5 2.4 塔机结构设计······.··················································16 2.5 塔机的工作机构设计.·················································20 2.6 塔机总体设计计算····················································24 第 3 章 电气控制系统·················································29 3.1 概述····································································29 3.2 电气系统的设计原则···················································29 3.3 电气元件的选择·······················································29 3.4 电气回路设计·························································32 3.5 控制柜设计·························································34 第 4 章 无线遥控系统·················································35 4.1 概述···································································35 4.2 总体设计································································35 4.3 发射器设计······························································36 4.4 接收器设计······························································37 设计小结·······························································39 致谢·······························································40 参考文献·······························································41 附录 外文原文 外文翻译 毕业实习报告 查重报告

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 第 1 章 绪论 1.1 绪论 塔式起重机简称塔机，也称作塔吊，最早起源于西欧。动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。作业空间较大，主要应用于建筑施工中材料的垂直和水平输送及建筑构件的安装，在建筑施工中有着着重要作用，我国只用了六十年左右的时间走完了发达国家上百年塔机发展的路程，现如今已达到发达国家二十一世纪九十年代末的塔机水平并跻身于当代国际塔机市场，占有一席之地。

据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于 1900 年。1905 年出现了塔身固定的装有臂架的起重机，1923 年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。1930 年，当时德国已经开始批量地生产塔式起重机，并将其应用于建筑施工。1941 年，和塔机相关的德国工业标准 DIN8770 公布于众。该标准规定塔机的起重能力以吊载(t)与幅度(m)的乘积(tm)得出的重力矩来表示。塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。其中上回转塔机的承受载荷能力要大于下回转塔机，我们通常所见到的许多施工现场上的塔机就是上回转式上顶升加节增高塔机。主要原因；此类塔机有以下优点：

1.随建筑物高度的增加而增加，对高层建筑物作业施工有较高的适应性； 2.在基础施工阶段就可以即装即用，使机械构件的利用率得以改善，缩短工期，提高工作生产率； 3.施工场地占用很小甚至可以不占用，特别适合于大城市改建时，施工现场狭窄的“插入式”建筑工程； 4.操纵室直接布置在塔顶下面，司机视野好； 5.塔机应用自行升高高度的方法，可以避免产生较大安装应力，也因此结构可避免很笨重，节约钢材料的用量； 6.方便安装和拆卸。

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 QTZ400 型塔式起重机简称 QTZ400 型塔机，是一种结构合理，性能比较优异的产品，比较国内同规格同类型的塔机具有更多的优点，能够满足高层建筑施工的需要，可用于建筑材料和预制构件的吊运和安装，并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施工。高层建筑施工中，它的幅度利用率比其他类型起重机高，其幅度利用率可达全幅度的 80%。

该机采用塔帽结构，上回转、水平臂架、小车变幅、液压自升塔机。起重力矩为400 KN m 。独立式起升高度为 30 米。附着高度可达 120 米，最大起重量为 4t，最大工作幅度为 40 米。该机设计合理，采用有塔帽结构，安装十分方便，质量安全可靠。它的最大特点是塔身可以架得很高，因此所有的高层和超高层建筑、桥梁工程、电力工程，都可以由它去作业完成。这种塔式起重机适应性很强，所以市场需求很大。

就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面：①整机性能：由于先进技术和材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻 20%左右；②高性能、高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥；③电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用；④操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善；⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 第 2 章 总体设计 2.1 概述 总体设计是塔机设计中最为关键的环节之一，它是对满足塔机技术参数及形式的总的构想，总体设计的成败关系到塔机的经济技术指标，直接决定了塔机设计的成败。总体设计指导各个部件和各个机构的设计进行，一般由技术负责人（总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入而细致的调查和收集国内外的同类的工程机械的相关资料，了解当前的国内外塔机的使用、生产、设计和科研的情况，并进行比较分析，制定总体设计原则。设计原则应当保证所设计的机型达到国家的有关标准的同时，力求结构合理，技术先进，经济性好，工艺简单，工作可靠。

总的设计原则：

1.遵循“三化”即零件标准化、产品系列化、部件通化。

2.采用“四新”：即新技术、新结构、新材料、新工艺。

3.满足“三好”：即好制造、好使用、好维修。

制定设计总则以后，便可以编写设计任务书，在调研的基础上运用所学的知识，确定总体设计方案，保证设计的成功。

2.2 确定整体设计方案 2.2.1 选择确定 总体参数 1.总体参数的选择 本次设计的课题是 QTZ400 级别的塔式起重机。

2.结构形式 本次设计的塔式起重机的结构形式为上回转平衡臂架液压自升式。

2 2.2.2 确定塔机的主要技术参数机 1.额定起重力矩：400 m Kn 2.最大起升重量：4 t 3.最大工作幅度：40 m 4.最小工作幅度：3 m 5.最大重量幅度 a=2 20.97 m a=4 10.96 m

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 6.最大幅度起升重量：1 t 7.基本臂 30 米处最大起升重量：1.34 t 8.起升高度：

9.独立：32 m 附着：

a=2 120 m a=4 30 m 10.起升速度：

倍率 a=2 a=4 速度(m/min)70 35 6.5 35 17.5 3.3 11.稳定下降速度：

倍率 a=2 a=4 速度(m/min)≤7 ≤3.5 12.起升功率 kw ：15/7.5/3.5 13.回转速度 min / r ：0.75/0.376 14.回转机构功率 kw ：3/4.5 15.变幅速度 min / m : 42.5/21 16.变幅机构功率 : 2.4/1.5 17.顶升速度 min / m ：0.5 18.配重 t : 6.6 3 2.2.3 设计原则 1.起重机的工作级别 根据 GB/T 13752-92《塔式起重机设计规范》选取本次设计的自升式建筑用塔机的工作级别为 A 4，利用等级为 U 4，载荷状态为 Q 2，起升等级为 H C2。

2.工作机构级别 根据参考书 GB/T 13752-92《塔式起重机设计规范》取定起升机构、回转机构、牵引机构的工作级别如表 2－1 所示：

起升机构 回转机构 变幅机构 顶升机构 T 4 L 2 M 4 T 3 L 3 M 4 T 3 L 2 M 3 T 1 L 2 M 1 表 2-1 工作机构级别 注：T―机构使用等级；L―机构载荷状态；M―机构工作级别

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 3.安全系数的选定 结构工作状态 n = 1.35； 工作状态整体稳定性：n ≥ 1.5； 非工作状态整体稳定性：n ≥ 1.1； 起升钢丝绳 n ≥ 5； 小车牵引钢丝绳 n ≥ 5。

结构非工作状态：n = 1.22； 2.4 2.4 塔机的金属结构 塔式起重机的金属结构主要由塔身、吊臂、平衡臂、上下支承座、转台等主要部件组成。金属结构是塔式起重机的重要组成部分之一，一般占整体塔机的 70%左右，对于个别特殊用途的塔式起重机，由于存在机构构造上的差异，有所增减个别部件金属分量。金属结构是塔式起重机的骨架。因而必须要使塔机金属结构的强度、刚度、稳定性及其他方面的安全性、可靠性得到一定的保证。金属结构设计是否合理对减轻起重机自重，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。

塔机金属结构的设计必须满足以下要求：（引用）1．重量轻、材料省。

2.塔式起重机的金属结构应适应建筑施工的作业空间大小，保证工作高度和作业半径满足作业要求，另外还要求适应塔机各工作机构的布置并且与之协调。

3.满足塔机安全可靠的要求 金属结构的重量占据着塔式起重机总重量的很大部分，而整个塔机的总重量是塔机的技术经济指标。因此降低金属结构的重量可以节约钢材，减轻工作及整机的负荷，降低整机的造价。

2.3 塔机结构设计 2.3.1 地基基础 对于固定式塔式起重机而言，可靠的地基基础是保证塔机安全使用的必备条件。实践证明有很多重大的安全事故都是因为塔吊基础存在问题而引发的，它是影响塔机整体稳定性的一个重要因素。在做塔机基础时，一定要确保耐力符合设计的要求，钢筋混凝土的强度应最少达到理论设计值的 80%。该基础应根据此设计参考书目《塔式起重机》-P176，不同地质情况要严格按照规定制作。除在坚硬岩石地段可采用锚桩地基（分块基础）外，在塔式起重机无线遥测控制系统的研究 一般情况下，均采用整体的钢筋混凝土作基础。

钢筋混凝土基础是有多种类型可以选择的。对于有底架的固定自升式塔式起重机，可以根据现场的工程地质，周围环境和施工现场的情况选用 X 形整体基础，四个条块分隔式基础或四个独立块体式基础，而对于无底架的自升式塔式起重机则应采用整体式方块作基础。如果这种塔机必须安装在深基坑近旁，而当塔机安装位置地质条件较差时，应采用钻孔灌注桩承台作为基础。

（1）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。如图 2-1 所示。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，轻型自升式塔式起重机一般采用此种形式。

图 2-1 X 形整体基础(2)长条形基础是由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁构成，其功能就像两条钢筋混凝土的轨道基础，分别支承着底架的支座和由底架支座传来的上部载荷。如果塔机安装在混凝土砌块的人行道上，可采用这样的钢筋混凝土作基础，如图 2-2 所示

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 图 2-2 长条型基础(3)分块式基础是由四个独立的钢筋混凝土块体构成的，分别承受自底架结构传来的整个塔机的自重和载荷。优点：构造简单，混凝土和钢筋的使用量较少，造价比较便宜，如图 2-3 所示。

图 2-3 分块式基础(4)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。构造特点：塔身结构有使塔身基础节、预埋塔身框架或着预埋塔身主角钢等方式固定在钢筋混凝土地基上，使塔身结构与混凝土基础联和凝固成一整体，并且将塔机上部分的载荷全部传递给地基。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力、地基承载力以及压重的需求而选定的，因而能够保证塔机在最不利工况下都可以安全正常的工作，不会发生倾翻重大事故，如图 2-4 所示

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 图 2-4 独立整体基础 1 预埋塔身标准节 2 钢筋 3 架设箍筋 综上所述本设计采用 X 形整体钢筋混凝土基础 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而成，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M35。混凝土外轮廓尺寸约为 5000×5000×1000mm（长×宽×高），基础表面平整。

图 2-5 长方条结构 2 2.3.2 塔身的结构 塔身结构也被称做塔架，是塔吊结构的主体部分，支撑着塔机上部结构的重量和承受载荷，并将这些载荷通过塔身传至底架或直接传递给地基基础。有转与不转之分，并有内塔身和外塔身之别。按高度不同可分为固定式、伸缩式、折叠式和接高式几类。根据构造的不同又可以分为整体式和分片拼装式两类。下回转快速安装塔机的塔身结构采用的整体构造是可转的并且是可以折叠的；上回转自升式塔机的塔身是固定不动的，但其最大的优点是可以顶升接高。

本次设计的 QTZ400 塔机采用的是上回转液压顶升结构，其塔身固定不转，但是可以顶升接高。

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 2．塔身结构断面形式 塔身结构断面有方形断面、三角形断面及圆形断面三种。圆形断面和三角形断面现在基本上不用，现金国内外生产的塔式起重机通常采用的断面结构为方形。按照塔身结构主弦杆材料的不同又可分为：角钢焊接格桁结构塔身，主弦杆为角钢铺以加强筋的矩形的断面格桁结构；无缝钢管焊接格桁结构的塔身和角钢拼接方钢管格桁结构的塔身。

3.塔身标准节 国内标准节的长度可分为 2.5m，3m，3.33m，4.5m，5m，6m，10m 等多种规格，而比较常用的规格为 2.5m 和 3m。

本次设计采用角钢拼接方钢管格桁结构塔身，其中塔身截面尺寸采用 1.5m×1.5m，标准节长度采用 2.5m。

图 2-6 标准节 塔身标准节用无缝钢管焊接而成，高 2500mm。在标准节下部管口处车有定位止口，而另一端则焊有定位凸台，靠相应的接合面定位。上下端各用 8 个 M27 的 40Cr 螺栓联结。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，承插销轴联接和瓦套法兰联接。本次设计的 QTZ400 塔机采用套柱螺栓联接，其特点是：套柱采用止口定位，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，虽加工工艺要求比较复杂，但安装速度比较快。

4.塔身结构腹杆系统 塔身结构主线杆可以是角钢，角钢拼焊方钢管，无缝钢管或实心圆钢，是由塔机的起

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 重能力，供货条件和开发系列产品的规划决定的。腹杆可焊装与角钢主弦杆内侧或焊装于角钢主弦杆外侧。斜腹杆和水平腹杆可采用同一规格，腹杆有三角形，K 字型等多种布置形式。腹杆不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定 塔身标准节腹杆选材多为角钢和圆管。相比而言，单肢角钢的力学特性不如圆管，相同截面面积的腹杆，角钢的承载能力小于圆管，且管结构的迎风面积小于角钢，但角钢的价格远低于圆管。本次设计腹杆采用三角形布置。适合于中等起重能力塔身结构采用的腹杆布置方式。

5.塔身结构设计 1）中型自升塔机和内爬式塔机的塔身标准节一般采用整体式。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标准节一般采用拼装式。拼装式塔机塔身标准节一定的缺点：加工精度高，制作难度大，零件多并且拼装麻烦，但拼装式塔身标准节也有着良好的优点：运输方便。

2）为减轻塔身的自重，充分发挥钢材的承载能力，对于起升高度达到 40m 的塔机塔身应采用两种不同规格的标准节，而对于达到 60m 起升高度的塔机塔身应采用 3 种不同规格的标准节。

3）塔身的主弦杆可以是角钢、角钢拼焊方钢管、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）塔身节内需要设置有爬梯，以方便司机及机工人员可以上下爬动。爬梯的宽度不应比 500mm 小，梯级之间的间距应该上下大小相等，并且其大小不应大于 30mm。当爬梯的高度大于 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.。当爬梯高度超过 10m 时，爬梯应分阶段段转接，且在转接处添加设置一休息平台。

休息平台应该能够承受相当于 3000N 大小的移动且集中载荷。休息平台的铺板可以用防滑花纹的钢板或穿孔板、拉网板。休息平台应必须设置有非常牢固的护栏，护栏的立柱高度大小应该不小于 1000mm，立柱间距不宜过大，立柱之间需设置有水平的横栏杆，第一道水平栏杆距铺板的高度宜为 450mm，立柱的底部需设置有高度不小于 70mm 的挡脚板。护栏的任何一处都应能承受任何方向 1kN 的载荷而不发生破坏。

6．塔身的接高问题 当遇到塔身需要接高时，应按下述两种情况处理：

1）在额定的最大的自由高度范围内，依据工程吊装对象增加塔身标准节，使低塔机高度得以增加变为高塔机。

2）根据施工需要，增加塔身标准节，使塔身高度略超越固定式塔机的规定最大自由高度。必须请生产厂商进行合作，以确认能否安全的接高，并要求提供所需要的标准节等必要部件。同时在进行实际的接高工作之前，还应该制定相应的安全操作流程规范，以保证拆装作业中的安全。

3 2.3.3 套架和液压顶升机构

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 1.爬升架 爬升架主要由套架，平台，液压顶升装置及标准节引进装置等组成。套架是套在塔身标准节外部。套架用无缝钢管焊接而成,上部用销轴与下支座相连，高 6.961 米，截面 2.0×2.0 米2，外侧设有平台和套架爬升导向装置—爬升滚轮。

2.液压顶升 1）按顶升接高方式的差异，可分为上顶升加节接高、中顶升加节接高和下顶升加节接高三种形式：上顶升、中顶升、下顶升 本次设计的 QTZ400 塔式起重机采用的是中顶升接高 方式。中顶升加节接高的工艺是由塔身一侧引入标准节，可适用于不同形式的臂架，内爬，外附均可，而且顶升时无需松开锚固装置，应用面比较广。

2）根据顶 升机构的传动方式，可分为绳轮顶升机构、链轮顶升机构、齿轮顶升机构、丝杠顶升机构和液压顶升机构等五种。

绳轮顶升机构的特点是构造简单，但不平稳。链轮顶升机构与绳轮顶升机构类似，采用较少。齿条顶升机构在每节外塔架内侧均装有齿条，内塔架外侧底部安装齿轮。齿轮在齿条上滚动，内塔架随之爬升或下降。丝杠爬升机构的丝杠装在内塔架中轴线处，或装在塔身的侧面内外塔架的空隙里。通过丝杠正、反转，完成顶升过程。

本次设计的 QTZ400 塔式起重机采用液压顶升机构。

3）顶升液压缸的布置，顶升接高可分为中央顶升和侧顶升这两种方式。

所谓中央顶升，就是指顶升液压缸布置在塔身的中央，并设上，下横梁各一个。液压缸上端固定在横梁铰点处。顶升时，活塞杆外身，通过下横梁支在下部塔身的托座或相应的腹杆节点上。

所谓侧顶升，是将顶升液压油缸设在套架的后侧。顶升时，压力油不断流入油缸大腔，小腔里的液压油则回流入油箱。活塞杆外伸，通过顶升横梁支撑在焊接于塔身主弦杆上的专用踏步块间距视活塞有效行程而定（一般取 1  1.5m）。

本次设计的 QTZ400 塔式起重机采用的为侧顶升接高方式。

液压顶升机构包括液压泵、管路、工作油缸、电动机等，是目前应用最广的一种。其主要优点是构造简单、工作可靠、平稳、安全、操作方便、爬升速度快。

液压顶升系统如图 2-7。

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 图 2-7 液压顶升示意图 1 虑油器 2 齿轮泵 3 电动机 4 手动换向阀 5平衡阀 6 顶升油缸 7 精虑油器 8 压力表 9 溢流阀 10油箱 2 2.3.4..塔顶 自升塔机塔身向上延伸的顶端是塔顶又称塔幅或塔尖。其功能是承受起重臂拉杆和平衡臂拉杆传来的上部载荷，通过回转塔架转台，轴承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。

塔顶高度与起重臂架承载能力有密切关系，一般取为臂架长度的 1/7-1/10，长臂架应配用较高的塔尖。但是塔尖高度超过一定极限时，弦杆应力下降效果便不显著，过分加高塔尖高度不仅导致塔尖自重加大，而且会增加安装困难需要换用起重能力更大的辅助吊机。因此，设计时，应权衡各方面的条件选择适当的塔顶高度。

本设计采用主弦杆为角钢拼焊的前倾截锥柱式塔顶，腹杆采用圆钢管。断面尺寸为0.94m×0.94m。腹杆采用圆钢管。塔顶高 6 米。顶部设有连接平衡拉杆和起重臂拉杆的铰销吊耳，以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮。塔冒用无缝钢管焊接而成。塔顶结构如下图所示 图 2-8 塔顶示意图 5 2.3.5平衡臂 平衡臂的构造设计必须保证所要求的平衡力矩得到满足。

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 短平衡臂的优点是：可以保证塔机在狭窄的空间里进行安装和拆卸，适合在城市建筑比较密集的区域承担施工任务的塔机使用，不易受到附近建筑物的干扰，自重较轻。

长平衡臂的优点是：可以减少平衡臂的用量，可以减少相应的塔身上部的垂直荷载。

1.常用的平衡臂有以下几种结构：

（1）平面框架式平衡臂是由两根槽钢的纵梁或有槽钢焊接成的德箱形的断面组合梁和系杆构成的。在框架的上平面上铺有走到板，走道杆两旁设有防护栏。

（2）矩形断面格桁架结构平衡臂，其特点主要是根部与座在转台上的回转塔架连结成一体，可适用于小车变幅水平臂架超长的超重型自升塔机。

（3）三角形断面桁架式平衡臂，又可以分为正三角形和倒三角形两种。这种平衡臂的结构与起重臂的构造类似，但较为轻巧，可应用于平衡臂长度较大的塔机中。

2.平衡臂的结构选择 在平衡臂结构选择要考虑的因素是：加工简单，自重较轻，造型美观与起重臂配合良好。QZT400 的臂架不超过 50 米，起升重力矩没有超过 1600m kn的自升塔机采用平面框架式平衡臂较为合适。在框架的上平面铺有走道板，走道板两旁设有防护栏杆。平衡臂的构造设计必须保证所要求的平衡力矩得到满足。平衡力矩的计算公式：

L q Q a G l B M       )(21)(平式中 B→平衡重（t）l →自平衡重重心至塔机回转中心线的水平距离（m）G→起重臂自重（t）a→自起重臂重心至塔机回转中心线的水平距离（m）Q→吊载（最大幅度吊载）（t）q→变幅小车及吊钩及滑轮重量（t）L→自起重臂端头变幅小车重心至塔机回转中心线水 3.平衡臂长度的确定 平衡臂重的用量与平衡臂长度成反比，而起重臂长度与平衡臂长度之间的关系如表 2-2所示。

表 2-2 起重臂与平衡臂长度比的变化关系 塔式起重机类型 起重臂的长度/m平衡臂与起重臂的长度比 承担城市建设改建，施工的塔机 一般高层建筑施工用塔机长臂架、重型 超重型塔机 40~50 0.15~0.22 55~60 0.2~0.25 50~60 0.25~035 60~80 0.3~0.36

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 则根据 QZT400 的技术要求臂长选择的平衡臂长度与其匹配的起重臂的长度比为 0.2。已知臂架的总长度为 45 m，则初选平衡臂的长度为 9 m 6 2.3.6平衡重 平衡重属于平衡臂系统的组成部分，它的用量甚是可观，轻型塔机一般至少要用 3～4t，重型自升式塔机要装有近30t平衡重。因此在设计平衡重过程中，应对平衡重的选材、构造以及安装进行认真考虑并作妥善安排。

平衡重可分为固定式和活动式两种类型。活动平衡重主要适用于自升式塔机，它的优点是方便移动，使塔身上部的作用力矩处于良好的平衡状态，可以的进行顶升接高等作业。缺点是，结构复杂，加工困难，成本高。所以本次设计的 QTZ400 型塔式起重机均采用固定式平衡重。

平衡重一般采用钢筋混凝土或铸铁制成。钢筋混凝土平衡重的主要缺点是体积大，迎风面积大，对塔身结构和稳定性均有不利影响。但是结构简单，制造生产方便，可当场浇注，并且不受天气影响，方便推广。铸铁平衡重的结构复杂，制造困难，加工成本高，但体积小，迎风面积较小，有利于减少风载荷的不利影响。因此，本次设计的 QTZ400 塔式起重机采用钢筋混凝土式平衡重。平衡重如图 2-9 所示。

图 2-9 混凝土式平衡重 2.3.7..起重臂 1.起重臂的结构形式 起重臂简称臂架或吊臂，按构造形式可分为：

1）小车变幅水平臂架 2）俯仰变幅臂架，简称动臂 3）伸缩式小车变幅臂架 4）折曲式臂架 综合考虑各构造形式的优缺点，本设计采用小车变幅水平臂架。

小车变幅水平臂架又概分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车变幅臂架。单吊点小车变幅臂架是静定结构，而 双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重

塔式起重机无线遥测控制系统的研究 性能的单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻 5%～10%。小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。

本 QZT400 设计采用双吊点小车变幅水平臂架，拉索吊点设在上弦处。

2．臂架构造设计的几个问题 1）分节问题； 小车臂架常用的标准节长度有 6、7、8、10、12m，为便于...

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开题报告-P360塔式起重机塔身结构设计