《塔吊塔頂取力裝置設(shè)計(jì)案例》2400字

塔吊塔頂取力裝置設(shè)計(jì)案例綜述塔吊取力裝置主要由五部分組成：吊梁部分，保護(hù)拉板部分，銷軸部分，軸套部分，滑輪部分。提升機(jī)構(gòu)通過(guò)鋼絲繩連接取力裝置，從而有效控制臂架的高度。使其塔吊達(dá)到其生產(chǎn)需求。1.1取力裝置設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）必須符合塔吊取力裝置的基本參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)計(jì)算取力裝置的整體結(jié)構(gòu)的完整性合理性（2）設(shè)計(jì)中選擇合適的材料時(shí)，要依據(jù)性能和受力的極限要求選擇最為合適的材料。1.2塔吊塔頂取力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析1.2.1滑輪設(shè)計(jì)取力裝置的作用是控制臂架的高度，使其達(dá)到生產(chǎn)需求。則吊起臂架所需的力為：N1=（12000+5818+2500+28737+1634+980+10102+2000+2207+1180）×9.8=658148.4N又因臂架工作時(shí)受風(fēng)壓影響則計(jì)算時(shí)還要加入風(fēng)壓?？芍奂艿南卤砻娣e為S=（19940+38000）×1800=104292000mm2=104.292m2又因臂架系統(tǒng)的高度變化范圍為1.6m-76m，則最大工作風(fēng)壓為N2=7.6×30×104.292=23778.576N則總拉力為N3=658148.4+23778.576=681926.976N根據(jù)了解鋼絲繩最大拉力為80000N，而總拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼絲繩的最大拉力。故采用添加動(dòng)滑輪的方式減小總拉力。如下圖由圖可知，圖中存在兩個(gè)動(dòng)滑輪則總拉力N3變?yōu)樵瓉?lái)的1/4，即N0=681926.976÷4=170481.744N可知鋼絲繩最大拉力為80000N由上面的計(jì)算可知需3根鋼絲繩才能達(dá)到要求。通過(guò)UG軟件繪圖可知外切圓的直徑為56mm。即可知滑輪輪槽應(yīng)大于56mm。為保證滑輪能夠滿足生產(chǎn)所需的力學(xué)性能，參照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》滑輪的直徑選取650mm，寬度為81mm，槽寬為61mm，軸孔直徑為130mm保證滿足滑輪工作時(shí)所給軸帶來(lái)的彎矩。確保取力裝置的安全性能達(dá)標(biāo)。除此之外，由于塔吊塔頂取力裝置工作在高空環(huán)境。因此，滑輪需采用嚴(yán)密密封性滑輪，防止高空中的灰塵，雨水等等進(jìn)入滑輪導(dǎo)致滑輪生銹。致使滑輪無(wú)法正常工作。如圖1.2.2軸的設(shè)計(jì)由滑輪設(shè)計(jì)可得N0=170481.74N，則軸的力的大小為N0加上滑輪的重力即F=170481.74+（114.6-23）×9.8=171379.42N因滑輪軸為心軸，所以只承受彎矩而不承受扭矩。則滑輪軸的彎矩為M=F×L/2=171379.42×81/2=6940866.51N·mm式中M——軸所受的彎矩，N·mmF——總重力，NL——軸段總長(zhǎng)，mm則抗彎截面系數(shù)為W=0.1d3=0.2×1303mm3=439400mm3式中＝M/W=6940866.51/439400MPa=15.80MPaW——抗彎截面系數(shù)，mm3d——軸端直徑，mm——彎曲應(yīng)力，MPa由上文可知選定軸的材料為45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能查表得許用彎曲應(yīng)力=60MPa。因此，＜，故安全，符合設(shè)計(jì)要求。由滑輪設(shè)計(jì)可知軸孔直徑為130mm，滑輪與軸之間為間隙配合。因此軸的直徑應(yīng)比滑輪的軸孔小1~3絲。保證滑輪可以滑動(dòng)。為保證滑輪的定位。還需在軸的兩端加裝軸端和墊圈。并用兩個(gè)螺栓加以固定。保證其裝置穩(wěn)定性。即滑輪裝配如圖1.2.3銷軸設(shè)計(jì)取力裝置安裝在塔頂框架下，吊梁與框架通過(guò)銷軸固定，為過(guò)盈配合。故銷軸1選取直徑為50mm，長(zhǎng)為145mm。軸端直徑65mm，鍵槽寬度8mm。銷軸2選取直徑為50mm，長(zhǎng)為210mm，軸端直徑65mmm，鍵槽寬度8mm。如圖1.2.4吊梁設(shè)計(jì)塔吊塔頂取力裝置采用的是固定式吊梁，為防止吊梁在工作過(guò)程中出現(xiàn)變形，裂紋和異常聲響。選取20mm與8mm鋼板利用焊接的方法制作吊梁。如圖1.2.5保護(hù)拉板設(shè)計(jì)保護(hù)拉板采用板環(huán)式拉力傳感器，主要用于測(cè)量起重機(jī)是否超力矩，起到了保護(hù)滑輪組的作用，且有利于滑輪組的拆卸，從而避免碰撞滑輪組上的關(guān)鍵部位。因此應(yīng)選取12mm和6mm的鋼板制作。如圖1.2.6螺栓設(shè)計(jì)軸和吊梁是由兩個(gè)M16×45螺栓來(lái)完成固定的，因要確保連接的安全可靠性，連接螺栓應(yīng)施加相當(dāng)大的預(yù)緊力，同時(shí)螺栓也受傾覆力矩的作用，因此按照受軸向載荷緊螺栓來(lái)設(shè)計(jì)研究。螺栓的分布情況為了使每個(gè)螺栓的連接接合面間受力均勻，并且便于加工和裝配。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾方面的問(wèn)題：為了使螺栓組的對(duì)稱中心和接合面的形心重合，以此來(lái)保證接合面受力比較均勻。接合面的形狀通常都被設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱形狀，如圓形、矩形、多邊形等。螺栓的排列的間距、邊距。布置螺栓時(shí)，各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間最小距離，都應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來(lái)定。綜合考慮其螺栓分布如圖所示：螺栓的計(jì)算單個(gè)螺栓受傾覆力矩時(shí)受力的計(jì)算公式式中：——單個(gè)螺栓所受的力；——每個(gè)螺栓到力矩水平彎矩中心線的距離（mm）；——螺栓到墊片的距離。受軸向靜載荷螺栓的強(qiáng)度根據(jù)上式可以確定，在距離中心線最遠(yuǎn)處的螺栓承受的力最大，即 由于工作載荷過(guò)大導(dǎo)致預(yù)緊力太小的情況，此時(shí)就會(huì)在接合面出現(xiàn)縫隙的情況，該情況是絕對(duì)不可以發(fā)生的。應(yīng)使剩余預(yù)緊力＞0來(lái)確保連接面的緊密性。一般連接，當(dāng)工作載荷發(fā)生變化時(shí)，=（0.6-1.0）F.因此螺栓的總拉力Q等于剩余預(yù)緊力與工作拉力F的代數(shù)和。即 因此其危險(xiǎn)截面的的拉伸強(qiáng)度因素是： 式中：Q——總拉力；——螺栓的危險(xiǎn)截面直徑（取螺栓小徑）；——螺栓材料的許用應(yīng)力。根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)螺栓的規(guī)格為：10.9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)螺栓，直徑16mm，長(zhǎng)度45mm。查閱課本《機(jī)械設(shè)計(jì)》（高等教育出版社，濮良貴、陳國(guó)定、吳立言主編，第十版）表（5-9)得：屈服強(qiáng)度=900Mpa，表（5-10）得S=2.5，按GB/T5387-2000，螺栓公稱直徑取M16，螺距P=2mm，小徑=15.65mm。螺栓材料許用應(yīng)力如下計(jì)算所示：=900/2.5=360Mpa。將上面的數(shù)據(jù)帶入上式中得：=53242.384N則總拉力Q小于螺栓滿足的最大值，取消殘余預(yù)緊力，所以可以確定工作拉力F為總拉力Q的1/2。對(duì)一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力：對(duì)于碳素鋼螺栓來(lái)說(shuō)，；對(duì)于合金鋼螺栓來(lái)說(shuō)，。式中：——螺栓材料的屈服強(qiáng)度；——危險(xiǎn)截面的面積，。查表得=96.13N。接合面的強(qiáng)度計(jì)算為了有效防止接合面受力最大處出現(xiàn)裂縫或者被壓碎，所以要求受載后的接合面的擠壓應(yīng)力的最大值低于吊梁最弱的材料的許用值，即 式中：——接合面在受載荷之前由于預(yù)緊力而產(chǎn)生的擠壓力，；——接合面有效面積，；——因?yàn)榧虞d的作用而在地面接合面處產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力的最大值，且；——吊梁的相對(duì)剛度，；——螺栓的相對(duì)剛度，查機(jī)械設(shè)計(jì)課本可得金屬墊片值是0.2到0.3，這里取0.2；——吊梁接合面材料的許用應(yīng)力。接合面的許用應(yīng)力見(jiàn)表所示?？刹檫@里的許用應(yīng)力是螺栓材料屈服強(qiáng)度的80%，即=0.8。（2）預(yù)緊力的校核 式中：——施加的預(yù)緊力；——螺栓需要的最大預(yù)緊力。