起重臂设计

摘要
本设计说明书主要是以GB/T13752-92《塔式起重机设计规范》和《塔式起重机设计手册》为依据。

采用先设计后验算的思路，将起重臂的大致尺寸设计出来后再对设计的尺寸进行修改和校核，选取危险截面进行强度，弯矩等数据的验算。

只要确保危险截面的数据达到要求，则其他截面也是合格的。

关键词起重臂校核截面
目录
第一章绪论 (4)
一﹑塔机组成 (4)
二﹑塔机自身升高 (4)
三﹑塔机的型号 (4)
四﹑专业塔机生产企业 (6)
五﹑塔机的安装于拆卸技术 (6)
第二章塔式起重机的设计 (10)
一﹑起重臂的主要材料及各零部件的用途和形状 (10)
二﹑起重臂的主要尺寸 (10)
三﹑起重臂吊点的确定 (13)
四﹑吊臂的载荷和内力的计算 (14)
第三章塔式起重机的设计 (24)
第四章上下弦杆的验算 (25)
第五章整体强度的计算 (27)
第六章零部件的选择 (28)
第七章起重臂焊缝要求 (29)
参考文献 (31)
致谢 (32)
内力组合表格 (Ⅰ)
附件 (Ⅱ)
第一章绪论
塔机的基本介绍
随着经济的发展，房地产行业是越来越火爆，然而房子的建筑却离不开必要的器械——塔机。

塔机的存在给建房子的人减少了很多不不必要的麻烦。

通过的塔机组成，塔机自身升高，塔机的型号，专业塔机生产企业，塔机的安装与拆卸技术使我们可以更进一步了解塔机
一、塔机组成
一般来说塔机按各部分的功能可以分为：基础、塔身、顶升、回转、起升、平衡臂、起重臂、起重小车、塔顶、司机室、变幅等部分。

塔机安装在地面上需要基础部分；塔身是塔机身子，也是升高的部分；顶升部分是使得塔机可以升高；回转是保持塔机上半身可以水平旋转的；起升机构用来将重物提升起来的；平衡臂架是保持力矩平衡的；起重臂架一般就是提升重物的受力部分；小车用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，也是直接受力部分；塔顶当然是用来保持臂架受力平衡的；司机室是操作的地方；变幅是使得小车沿轨道运行的。

二、塔机自身升高
塔机自身的升高靠顶升套架实现顶升，在顶升时套架先向上升高，升高以后相对于塔身高了以后，塔身和套架中间就会有一个空间，这时将塔身的标准节安装在这个空间里面，套架在此升高，再次的在腾空的套架内部安装进去标准节，这样，随着标准节不断的增加，塔机就可以实现顶升。

三、塔机的型号
TC5613的塔机型号
其中TC表示是垂头是塔机，表示带有塔头
数字56表示起重臂的总长为56m
数字13是表示起重臂臂尖最大能够吊起1.3t的重物。

TCT5613型号的塔机
其中TCT表示是平头式塔机，不带有塔头
数字56表示起重臂臂长56m
数字13表示起重臂臂尖能够承受的最大物重为1.3t。

四、专业塔机生产企业
在三十年前，我国的塔机大多还靠进口，在上世纪七八十年代，国家组织当时国内生产塔机的三大主机厂（北京建机、四川建机、沈阳建机）和多个配套件厂生产从法国波坦引进技术的F023B和H3/36B塔机，给我国塔机的设计生产技术提高了一个档次，在上世纪九十年代后，国产塔机基本取代进口。

现在国内塔机生产厂家很多，取得生产资质的企业约有400家左右，大部分生产QTZ63以下的小型塔机，生产中大型的塔机厂家约占30%左右。

五、塔机的安装与拆卸技术
（一）塔机架设
1、准备工作
a、确定塔机架设位置，确定原则为能够最大限度发挥塔机施工能力，方便塔机进出场及安装、拆卸。

b、选择恰当的基础型式。

压重及砼基础均应提前制作并达到标号，基础地面地耐力不小于20T每平方米。

c、开通现场通道，清理现场，找平基础平面。

2、架设程序
1、底甲安装：在基础上组装底架，用水准仪找平支脚病锁紧地脚固定螺栓。

2、标准节安装
a、将1标准节安放在底架上固定好。

b、平衡臂对正塔身标准节放置并锚固好。

c、将吊杆穿好器重绳并固定在标准节靠近平衡臂一端的主旋杆上，用卡具固定好。

d、将第二标准节吊至第一标准节上固定好，然后将吊杆上升1M。

注意提升前先在上部固定导向卡具。

e、将支撑节吊到第二标准节上固定好，再将吊杆提升一节的距离固定好
f、安装三根斜支撑杆，固定吊杆的一端暂时不安装第四根。

g、吊起一节加固节至支撑节上部固定好，再将吊杆提升一节的距离固定好。

此时吊杆脱离支撑节的支撑点。

h、安装第四根斜支撑，然后用经纬仪校正塔身垂直度达到1/1000。

3、下转台与回转支撑架设：将回转机构组装在上转台上，用吊杆一次架设在回转支撑上固定好，注意吊杆的悬臂高度不得超过2.5M。

4、塔顶架设
a、将上转台固定节的一端主弦杆对准吊杆，在固定节的主弦杆上固定卡与吊杆套在一起，将吊杆升至塔身最高位固定。

5、驾驶室架设
a、下落吊杆，使吊杆上端高出塔身顶部2.6M，此时拆除固定节上的固定卡，改使用固定塔身上的短固定卡。

b、回转机构接电，使固定节前段对准吊杆。

c、吊起吊起司机室坐落在上转台右侧支座上固定，上部与固定节用螺栓相连。

6、平衡臂架设
a、将吊杆落至下转台以下，将吊杆横端贴紧塔身固定，收起起重绳，
b、在塔顶顶端，平衡臂及平衡重吊架前端，各固定1吨滑轮一个，穿上起重绳，最后固定于平衡臂前端，臂架尾部栓一根溜绳。

c、启动升起机构，慢慢拉紧起重绳，将平衡臂缓缓拉起，使其跟部交点接近固定节交点，当两交点对正后，销上销轴。

注意提升臂架时，溜住溜绳，以避免平衡臂便转和碰撞臂架。

d、松开平衡臂跟部的起重绳。

将起重绳固定在塔顶。

启动起升机构慢慢拉紧起重绳，同时上后拉紧溜绳。

将起重臂拉起一个角度。

将连接平横臂拉杆，销上销轴。

e、栏杆连接完毕，慢慢松动刹车，放松起重绳，使拉杆缓缓拉紧。

f、吊起两块平衡重安放在平衡臂尾部。

7、起重臂架设
a、起重臂在地面对接并安装上起重跑车，穿绕并拉紧变幅钢丝绳，将跑车固定于臂架首节。

安装起重臂前后拉杆，用铁丝固定在上弦杆上。

b、起重臂跟部和塔顶顶部各固定一个滑轮。

第五节臂前部固定1T滑轮两个，臂架尾部栓上溜绳。

c、将起重绳从塔顶起重滑轮穿下，穿绕臂架根部1T滑轮，向上至塔顶顶部固定，卸下固定节前端的滑轮组。

d、启动起升机构，慢慢拉紧起重绳，将臂架拉起，使架臂根部交点与固定交点对正,销上销轴。

注意溜住溜绳，防止臂架反转和塔身碰撞。

e、解下起重绳，退出跟部滑轮，按倍率为4将起重绳穿绕过起重臂第5
节的滑轮组和塔顶顶部的滑轮组，最后固定于塔顶上。

f、慢慢收紧器重绳，同时拉紧溜绳，使臂架向上拉起穿过死点，起重臂随之拉起臂架向上拉起一个角度停住。

连接起重臂前后拉杆，销上销轴。

g、松动刹车，慢慢放下起重臂，缓缓拉紧拉杆。

h、解下起重绳，回收卷筒。

卸下塔顶及起重臂上的滑轮组。

装上固定节前段的滑轮组。

8、平衡重吊装。

9、按通全部电源、安全装置及回转锁车装置。

10、穿绕钢丝绳，按从塔顶滑轮、固定节、起重跑车、钓钩的顺序最后固定于起重臂首端。

11、空载实验3次。

12、额定载荷实验
a、最大幅度、吊重，升降、回转、变幅各3次。

b、幅度、吊重，升降、回转、变幅各3次。

进行上述实验时，同时调整好力矩、起重量限制器，高度、变幅、回转限制器等。

（二）塔机拆卸
塔机拆卸与架设程序正好相反
1、放下钓钩，拆下起重绳固定端，钢丝绳收回卷筒。

2、起重小车收回至臂架跟部固定，变幅绳收回卷筒，拆下变幅机构电缆。

3、拆下3块平衡重。

4、拆卸起重臂。

5、拆下最后一块平衡重。

6、拆下平衡臂。

7、拆卸司机室。

8、拆卸塔顶。

9、拆卸上转台固定节及回转机构。

10、拆卸下转台固定节及回转机构。

11、拆除塔身：按架设塔身的相反程序拆除塔身。

12、拆除底架。

13、拆除的塔机部件，按要求分解并分解运离现场。

（三）塔身安装、拆卸时安全注意事项
1、全体作业人员必须持有效证件上岗，未取证人员一律不得参与。

2、全体作业人员必须听从总指挥的统一指挥。

3、总指挥必须听从技术人员的技术指导，接受安全监护人员的安全监护。

4、作业人员必须佩戴安全帽，人员必须穿防滑鞋，危险部位作业必须系好安全带。

5、所有作业吊车必须严格遵守安全操作规程。

6、拆装期间一律禁止饮酒。

7、工作中集中精力，不得随意开玩笑和打闹。

8、上下交叉作业时，要注意工具和零部件放置位置必须安全可靠，防止坠落伤人。

9、吊车指挥人员应熟悉吊车起重性能、吊物的起重量以及构件安装部位。

10、指挥人员应与吊车司机统一手势信号。

11、大件物品起重高度超过两米要系拖拉绳。

12、所用吊绳必须符合安全规定，所吊构件重心必须准确，符合说明书的要求。

13、组装的总成件及附属装置必须按规定上足所有的螺栓及销，确保使用的安全性。

14、作业区所有的裸体电线必须停电，专人守护。

15、凡大雨、大雪、大雾、大风（风速达8.3ｍ/ｓ）等天气禁止拆装塔吊。

16、夜间工作必须有足够的照明灯光。

17、作业现场应禁止闲杂人员的进出，临街作业时，要采取临时保护措施。

第二章塔式起重机起重臂的设计
一、起重臂的主要材料及各零部件的用途和形状
起重臂是根据三角形具有稳定性来确定。

一台塔机的起重臂组合在一起组成一个可达一定长度的起重臂，由于设计要求总臂长达到56m。

其形状可看做是三角形的，上面是一根上弦杆，下面两根下弦杆，上下弦杆间用多根斜腹杆连接，都是采用的焊接的方法，将他们衔接在一起。

塔式起重机的起重臂主要零件有上弦杆，下弦杆，斜腹杆，斜撑杆，双耳板，单耳板，封板，公接头，母接头，吊耳，安全环，加强板等。

根据其应力和刚度及强度的要求大多材料都是采用钢材其中：
上弦杆 16Mn
下弦杆 16Mn
其它是 Q235A
上弦杆的形状是四方的矩形，内部空心，规格为118x8。

这种设计主要是可以分散应力，有的型号在上弦杆上加有一块加强板，主要是加强上弦杆的强度和刚度。

其中第一节起重臂和臂尖的上弦杆只有一边带有双耳板，另一边只有封板
下弦杆的形状和上弦杆一样，可是精度要求不一样，下弦杆的上表面要走载重小车，其要求是是上表面足够平整，强度和硬度达到一定要求就行了。

双耳板和单耳板分别在上弦杆的两端是像耳朵一样的，在起重臂上弦杆间起到连接作用，单耳板与双耳板间用销轴连接，销轴再用插下连接，保证销轴不脱落。

封板就是一块四方形状班，厚度为4mm左右，其中用是保证上下弦杆内部不生锈，起到封密的作用
斜腹杆是用一根圆形的钢管制作的，将钢管的两端冲压后变成扁形的形状，便于和上下弦杆的焊接，主要是支撑上下弦杆。

公接头和母接头是安装在下弦杆的两端，用于衔接起重臂的下弦杆与下弦杆。

吊点是用来吊起时给一个点，保证吊起时的方便。

吊耳是用来连接上弦杆和拉杆的，把起重臂吊起与平衡臂保持平衡。

吊耳间用销轴连接，其尺寸大多是ф60mm的销轴。

然后销轴用小销轴插入，小销轴尺寸有ф10和ф9的。

小销轴然后再用插销插入，防止销轴滑落。

其尺寸为ф8
安全环就是一个铁环一样，当人爬上塔机时用于扣住安全绳，起保护安全的作用。

安全绳是用于操作人员爬上起重臂上时起保护作用的。

二、起重臂的主要尺寸
根据设计的强度与宽度及结构可以确定起重臂的设计尺寸
上弦杆与下弦杆间的距离h=1.2（h/L=1/35）
两下弦杆间的距离h=1.38m
1.起重臂第一节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为106mmX106mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头销孔直径为50mm。

第一节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为60mm，后面的直径为50mm，斜撑杆的直径为30mm与双耳板相连。

下弦杆的双耳板直径为60mm
2.起重臂第二节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为106mmX106mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头销孔直径为50mm。

第二节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为60mm，后面的直径为50mm，斜撑杆的直径为30mm。

3.起重臂第三节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为106mmX106mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头
销孔直径为50mm。

第三节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为60mm，后面的直径为50mm，斜撑杆的直径为30mm与。

4.起重臂第四节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为86mmX86mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公母接头销孔直径为50mm。

第四节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为50mm，后面的直径为45mm，斜撑杆的直径为30mm。

5.起重臂第五节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为86mmX86mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头销孔直径为45mm。

第五节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为50mm，后面的直径为45mm，斜撑杆的直径为30mm。

6.起重臂第六节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为50mm 下主弦杆的规格为80mmX80mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头销孔直径为45mm。

第六节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为50mm，后面的直径为45mm，斜撑杆的直径为30mm。

7.起重臂第七节的长度计算
上主弦杆受力较大，受拉杆的拉力，下弦杆的拉力及自重，其规格为118mmX118mm的方管，其厚度为8mm。

上主弦杆上的双耳板的销孔直径为60mm 下主弦杆的规格为80mmX80mm方管，其厚度为6mm。

下主弦杆公接头销孔直径为40mm。

第七节吊臂的第一根和第二根斜腹杆的直径为45mm，后面的直径为40mm，斜撑杆的直径为30mm
8.起重臂第八节,九的长度计算和第七节是一样的。

9.起重臂臂尖的长度计算
上主弦杆的长度为1100mm，其规格为118mmX118mm，其厚度为8mm。

斜腹杆的直径为40mm
下主弦杆的长度为2200mm，其规格为80mmX80mm，其厚度为6mm 三、起重臂吊点位置的确定
确定起重臂吊点位置的原则：当小车行驶到吊臂端部时，在吊点处产生最大应力，吊点设在上弦杆上。

其中臂长为L=56m，采用吊点结构取L2/L1=2.457
L1=16200mm，
吊臂运输单元的划分
本吊臂划分为十个运输单元，其中前九节每节的长度为6000mm，最后一节的长度为2200mm。

吊臂自重 16800kg
变幅机构重 330kg
力矩传感器及装置 10kg
总重=16800+330+10=17140kg
四、吊臂的载荷和内力的计算
吊臂的计算包括小车在不吊臂不同地方的载荷所受的内力
吊臂的受力分析分三种工作情况
a在最大幅度吊定额载重，即在臂尖56m处所吊的额定载重1.3t 作用点C
b在跨中位置额定载荷，即幅度在38m处吊的最大物重 2.5t，作用点B.
c在最小幅度吊额定载重，即在幅度为8m处吊最大载重为6t，作用点A
能够吊起的重量
幅度56mm 38mm 8mm
1.3t
2.5t 6t
1.计算吊臂的截面
a臂架根部截面A点，该处起升平面内Mx=0，但在回转平面的弯矩My 最大
b臂架吊点截面B点，该处起升平面内负弯矩最大
c臂架中截面D点，该处起升平面内弯矩最大
1.吊臂自身重小车及变幅机构引起的内力
先假设吊臂自重为均匀载荷q=2352N/m，小车变幅机构均自重P1=3243N,感应装置P2=98N,
吊臂所受力矩=Fsina×35+Fcosa×2-QL.L/2-P1×8-P2×70=0
拉杆拉力F=68371N
Fcosa=68371X cos127170N
H=672088N
A点的支反力V=qL+P1+P2-Vh=40802N
剪切力Q=40802NQ=40802-3234-2352×16=-64N.m
弯矩M1=40802×16-16×2352×8-3234×8=32590N.m
弯矩M2=2352×35×35/2+98×35=1444030N.m
2.吊重引起的内力
第一种工作情况的受力分析：起重臂长度L=56m ,载荷 Q=3.3t 吊具重q1=2Q=6.6t，起重小车q2=0.4t，v=0.8m/s
起升动载系数ф=1.05+0.4（v-0.02）=1.29m/s
Qc=ф（Q+q1）g+qg=1.29×（3300+6600）×9.8+400×9.8=46473N 力矩M=0 得 Va×28+Qc×28=0
Va=-46473N
Fy=0，Va+Vb-Qc=0.
Vb=92946N
Hb=491313N
Fb=49957N
剪力 Qab=46473N
Qb=46473N
弯矩 Mn=-Qc×L/2=-46473×28=-1301244N.m
M =-Qc×H=-46473×16=-743568N.m
轴力 Nab=-491317N
Nb=0
第二种工作情况的受力分析：R=16m ,载荷 Q=6t 吊具重
q1=2.5%Q=300kg，起重小车q2=0.4t，
起升动载系数ф=1.05+0.4（v-0.02）=1.29m/s
Qc=ф（Q+q1）g+q2g=1.29×（6000+300）×9.8+400×9.8=312207N
力矩M=0 得 Qc×（28-16）=Va×28
Va=133803N
Fy=0，Va+Vb-Qc=0.
Vb=178404N
Fb=49957N
剪力 Qab=91473N
Qb=-82351N
弯矩 Mn=-Qc×L/2=-312207×16=-4995312N.m
轴力 Nab=-485264N
第三种种工作情况的受力分析：R=3m ,载荷 Q=6t 吊具重
q1=2.5%Q=300kg，起重小车q2=0.4t，
起升动载系数ф=1.05+0.4（v-0.02）=1.29m/s
Qc=ф（Q+q1）g+q2g=1.29×（6000+300）×9.8+400×9.8=312207N 力矩M=0 得 Qc×（28-3）=Va×28
Va=278756N
Fy=0，Va+Vb-Qc=0.
Vb=33451N
Fb=91455N
剪力 Qab=223651N
3.水平反力HA产生的偏心力
吊臂自重 M
B =H
B
×2=683711×2=1344167 N﹒m
工况1： M
B =H
B
×2=491313×2=982626 N﹒m
工况2： M
B =H
B
×2=385223×2=770446 N﹒m
4.风载引起的内力（1）吊臂风载
风载荷计算公式
F
W =C
W
P
W
A
按工作状态最大计算风压选P
W
=250Pa
依据《塔式起重机设计规范》表 8 单片结构的风力系数Cw，选Cw=1.5 迎风面积按结构件在与风向垂直平面上的投影面积计算
A=wA
1
式中：A — 结构的迎风面积;
w — 结 构 充 实率，按表9选取w=0.3； A 1— 结构外形轮廓面积A 1=70×2=140m 2。

A=0.3×140=42m 2
风载荷F W =1.5×250×42=15750 N 。

均布风压q= F W /L=15750/70 N=225 N 。

剪力 Q AY =15750N
Q DY =225×(70-16)=12150N Q BY =225×35=7875N 弯矩 M AY =225×702/2=551250N
M AY =225×542/2=328050N M BY =225×352/2=137813N
(2)吊重引起的风载
起吊物品的迎风面积按其实际外形尺寸在垂直风向平面上的投影计算。

当迎风面积无法确定时，作用在物品上的风载荷按额定起重量的3%计算，沿最不利载荷组合方向水平作用于物品上，但其值不小于500N 。

工况1：Q=3.3t ，估算风载F W =3300×9.8×3%=970N 剪力AC 段 Q AY =970N
弯矩 M AY =970×70=67900N ·M
M DY =970×54=52380 N ·M M BY =970×35=33950 N ·M
工况2：Q=12t ，估算风载F W =12000×9.8×3%=3528N 弯矩 M AY =3528×16=56448 N ·m
5.回转水平惯性力
（1）吊臂自身重量产生的回转惯性力
G n L 2a
F 30gt 2
π+=
∙惯 吊臂重G=17140×9.8=167972N ；
塔机回转机构额定转速n=0.7r/min ； 回转机构起、制动时间t=4s ；
吊臂根部销轴中心到塔机回转中心的距离a=2m 。

167972 3.140.77022
11616N 309.842
F ⨯⨯+⨯=
⨯=⨯⨯惯
每米惯性力q 惯=F 惯/70=166N/m ； 剪力 Q A =11616N Q D =166×54=8964N Q B =166×35=5810N
弯矩 M A =166×702/2=406700N ·m
M D =166×542/2=242028N ·m M B =166×352/2=101675N ·m
(2)吊重的惯性力
工况1：Qc=（3300+66+400）×9.8=36907N
Q F n R
369070.7 3.1470
F 482930gt 309.84
π⨯⨯⨯===⨯⨯惯Ｎ
考虑其它因素F 惯=4829×1.5=7243N 。

剪力 Q AC =7243N
弯矩 M A =7243×70=507010N ·m
M D =7243×54=391122N ·m M B =7243×35=253505N ·m
工况2：Q D =(12000+300+400)×9.8=124460N
Q F n R 0.7 3.14F 30gt 309.84
π⨯⨯⨯===⨯⨯惯１２４４６０１６３７２２Ｎ
考虑其它因素F 惯=3722×1.5=5583N
剪力 Q AD =5538N
弯矩 M A =5583×16N ·m=89328N ·m 6.起升绳牵引力产生的轴心压力 工况1：吊重在C 处
S C =１
２
×1.29×（3300+66）×9.8=21276N
工况2：吊重在D 处
S D =1
４
×1.29×（12000+300）×9.8=38874N
7.小车轮压产生下弦杆的局部弯矩 每一轮压为：
P=1
８
×1.29×（12+0.3+0.4）=2.048t=20069N
Mmax=1.4P （0.86-0.55）-P ×0.32=16196N
M 局=2/3Mmax =10796N
8.吊臂截面的选择计算 吊臂的几何特征尺寸计算 截面A 、D
上弦杆为等边角钢118×118 4
410490.664
I cm π=
= 2578.5A π=⨯=
下弦杆 等边角钢∟106×106×60,b=140mm,d=16mm A=42.539cm 2, A 下取的比2A 稍大为A 下=2A=86cm 2
44
414(14 1.6)1231.212
X I cm --== 41231.2Iy cm =
3I 1231.2
175.9/27
X X W cm b ===下 3175.9W cm =y 下 X I 1231.2=3.8cm r 3.8cm A 85.1
x y r ===下
下下
A=78.5+2×86=250.5cm 2
C 78.5
Y 20062.67cm 250.5
=
⨯= C h-Y 20062.67137.33cm =-=
()2
2X X x 224
I I h Yc A 2I Yc A 78.521231.5241862158961cm =++⨯⨯+⨯+⨯=下下总上上（-）（+）
=490.6+137.33
3
x x 3
x X I 2158961
W 15721cm h Yc 137.33I 2158961W 34450cm Yc 62.67
===-===总总上总总下
22X Y Y 3
b I I 2I A 490.622cm ⎡
⎤=+⨯+=+⨯⨯⎢⎥⎣⎦
下下总上（）（1231.2+9086）
=1396153
3Y Y I 1396153W 15513cm b /290
===总总
构件截面对x 轴回转半径
y X y I I 2158961139615392.84cm 74.66cm A 250.5A 250.5
x r r ======总总
起升平面，吊臂可看作两端简支外伸梁，其计算长度
CX 121122 L =1H 1L
μμμμμμ-=-=支承条件长度系数，对于两端简支构件；变截面长度系数，参考《塔式起重机设计规范》表4
选择。

1233AB 3OB 1*123L 35
1=1-=0.527
2L 237
2 1.054CY L
μμμμμμμμμμ=-=-
⨯===在回转平面内，吊臂可看做悬臂梁，其计算长度
L 刚拉杆对吊臂侧向位移的约束的长度影响系数，
对于悬臂构件； ，
*CX x x y y 1.2x y L 350037.7r 92.84Ly 1.2350056.26r 74.66
μλλ====⨯===考虑实际构造情况取臂架截面对、轴的长细比
吊点B 处
上弦杆118mm,16Mn 等边角钢
4
48.5256.164
I cm π== 224.2556.7A cm π== 下弦杆 等边角钢∟106×106×60,b=140mm,d=16mm A=42.539cm 2, A 下=86cm 2
41231.2X I cm = 41231.2Iy cm =
3175.9X W cm =下 3175.9W cm =y 下 =3.8cm r 3.8cm x y r =下下 A=56.7+2×86=228.7cm 2
C 56.7Y 20049.58cm 228.7
=⨯=
C h-Y 20049.58150.42cm =-=
()2
2X X x 223
I I h Yc A 2I Yc A 56.721231.5249.5886cm =++⨯⨯+⨯+⨯下下总上上（-）（+）
=256.1+150.42 =1708429 3
x x 3
x X I 1708429
W 11358cm h Yc 150.42
I 1708429W 34458cm Yc 49.58
===-===总总上总总下
22X Y Y 3
b I I 2I A 256.122cm ⎡
⎤=+⨯+=+⨯⨯⎢⎥⎣⎦
下下总上（）（1231.2+9086）
=1395919
3Y Y I 1395919
W 15510cm b /290
=
==总总 构件截面对x 轴回转半径
y X y I I 17084291395919
77.14cm 78.13cm A 228.7A 228.7
x r r ======总总
CX x x y y x y L 3500
40.5r 86.43Ly 1.2350053.76r 78.13
λλ===⨯=
==臂架截面对、轴的长细比
第三章起重臂的稳定性计算
塔机的臂尖承受能力是整条臂承受能力最小的，因此要对塔机的最小的臂进行受力分析。

工作中起重臂挠度过大会影响牵引小车的工作性能，因此在塔机设计中，必须合理控制塔机各个部分的刚度，使起重臂挠度在一定的范围内。

但由于起重臂臂尖挠度是塔机变形的综合结果，必须对塔臂的各个地方进行受理分析。

根据起重机设计规范GB3811-83规定，塔式起重机工作状态抗倾覆稳定性需要验算一下两种情况：
第一种情况是在无风静载工作状况，起重机自重与起升载荷对倾覆边力矩之和大于或等于零，则认为起重机稳定。

验算公式为：
0.95G(b+c)-Pq(Rmax-b)＞0或
0.95G(b+c)-Pq(Rmax-b)=0
其中Rmax——最大吊重是的幅度Rmax=25 （m）
G ——起重机自重，独立时G=330×9.8=3234（KN）
Pq——吊重 Pq= 16800x9.8=1646(KN)
b，c——距离，b=8（m） c=M/G=2.5（m）
0.95G(b+c)-Pq(Rmax-b)=0.95x3234(8+2.5)-1646x(25-8)=4277＞0
故稳定性可靠
第二种情况是有风动载工况，验算式是：
0.95G(b+c)-0.95Ghsinr-1.15Pq(Rmax-b)-1.15Pqh2sinr-Pph2-W1h1-W2h2
其中h——起重机中心高度，h=30m
r——轨道坡度，r=1
W1——作用在起重机上的风力，W1=57.33KN
W2——作用在吊重上的风力80t的物重的面积约为30㎡
W2=c.A.p=1.3×30×250=9.75KN
Pp——吊重离心力，Pp=0.11KN
h1 ，h2——风力作用点，h1=40m,h2 =30m.
0.95G(b+c)-0.95Ghsinr-1.15Pq(Rmax-b)-1.15Pqh2sinr-Pph2-W1h1-W2h2 =0.95X3234X(8+2.5)-0.95X3234X30Xsin1-1.15X0.11x30xsin1-0.11x40- 57.33x40-9.75x30=13585＞0
同理稳定性可靠。

第四章 上下弦杆的验算
分肢稳定性校核：
[]N
A
σϕ≤ 式中min
l r λ=
，其中l 是分肢计算长度，可取缀条节点间的长度，r min 是分肢
型钢截面的最小回转半径。

（1）截面A ： 工况1验算：
My=1532860N ·m ， N=1184677N 下弦杆轴心压力：
A My 1184677861532860
+A b 250.5 1.81054947N N N ⨯=
=+=下下
166
11.114.9
λ=
= 0.994ϕ= 4
1054947
246.8MPa A 0.9944310
N σϕ-=
==⨯⨯下下 （2）截面B ： 工况2验算：
左面Mx=-2087959N ·m ，My=526886N ·m ，N=-1184681N 右面Mx=-3070585N ·m ，My=526886N ·m ，N=-21276N 左面，上弦杆轴心压力：
x NA M 2087959118468156.7
748978h A 2228.1
N N ⨯=
-=-=上上 右面，上弦杆轴心压力： Mx 2087959
N 1043980N h 2
=
==上
4N 1043980
184.12MPa A 56.710
σ-=
==⨯上上 左面，下弦轴心压力：
NA M N 2A
208795952688611846818622 1.8228.7
N
y x M h b =++
⨯=++⨯下
下 =1261361
4
N 1261361160.12MPa A 0.9168610σφ-===⨯⨯下下
截面D ： 工况2验算:
Mx=1710560N ·m ,My=589444N ·m ,N=1096185N 上弦杆轴心压力：
x NA M 1710560109618578.5
1198795N h A 2250.5
N ⨯=
+=-=上上
132
26.54.98
X Y λλϕ==
= ，查表得=0.969 4
N 1198795157.6MPa A 78.510σ-===⨯上上
弦轴心压力：
NA M N 2A
171056058944410961858622 1.8250.5
N y x M h b =
+-⨯=+-
⨯下
下 =378773 轮压产生的下弦杆局部弯矩： M 局=10797N ·m
46N M 37877310797
A Wx 8610175.910MPa
σ--=
+=+
⨯⨯下局 =105.42
第五章 整体强度的计算
截面A
46
11846771532860
250.5101551310.1MPa
y
x i jx jy
M M N A W W σ--=
+++⨯⨯ =
=1462
截面B
46-611846773070585526886+
228.71034458101551010=51.8+89.11+33.97174.88MPa y
x i jx jy
M M N A W W σ--=++
+⨯⨯⨯ =
=
截面D
6
4610961851710560589444
250.51034450101551310MPa
y
x i jx jy
M M N A W W σ---=
++++⨯⨯⨯ =
=43.76+49.65+38.0
=131.41 故所选截面安全！
第六章零部件的选择
起重臂的零件中，大多是销轴，螺栓，螺母，垫圈。

螺栓，螺母，垫圈的选择：
a防扭装置中的螺栓为六角头螺栓，还因为要有扭转，起扭转时的螺栓直径要大，足够在里面的的轴力旋转，选取直径为30mm。

根据表格的选取选规格分别为GB/T5782 M30X169 螺母为GB/T41 M30。

直径为10的螺栓张紧规格为GB/5783 M10x40.螺母的规格为GB/T41 M10。

B缓冲块中的螺栓用于连接缓冲块和限位支板，其尺寸要求是有足够的强度就行，选取GB/T 5782M10x55。

螺母的规格为GB/T41 M10。

C第一节起重臂的上部连接用的是螺母为GB/T41 M10 GB/5783 M12x120规格的螺栓。

D障碍灯上的螺栓用于连接灯与起重臂，将两者连接起来，其中用力不是很大，选取规格为GB/T 5782 M8x16。

轴承的选择：
在起重臂的零件中只有防扭装置和滑轮组件中有轴承，其中防扭装置的轴承选取是根据绳子的受力但是由于受力较为复杂，选取原则是够用就行。

滑轮的轴承规格选取6208 GB/T 276-1994 大直径为80mm 小直径为40mm。

防扭装置中轴承的选择是6208 GB/T 276-1994 大直径为80mm 小直径为40mm 。

第七章起重臂焊缝的要求
钢结构件的焊缝主要是检验焊缝的外观成型质量,检验内容一般为焊脚高度,咬边,焊接变形,焊瘤,弧坑,焊缝直度等，当然还有焊缝的内在质量，如夹渣,气孔,未焊透,裂纹,未熔合等。

而这些问题都是需要经过处理才能成为合格的产品。

外观检验的器具有直尺，焊接检查放大镜等,内在质量检验主要是着色探伤,和磁粉探伤. 焊缝检查分为：外观质量和内部质量检查，外观检查：焊接尺寸；有无焊接陷等；内部质量：主要采用无损检测的方法。

焊接质量的保证，主要是严格落实焊接评定试验条件的过程控制。

一、可以用眼观察，看是否有气孔、残留的焊渣。

有这些情况的话根据焊接评定标准判定是否合格。

二、做焊缝探伤不仅可以检验焊缝的质量还可以测出焊缝的高度是否合要求。

焊接缺陷与焊接质量检验:
（1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。

其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。

焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。

热裂纹有沿晶界分布的特征。

当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。

（2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。

其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。

焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。

裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。

所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。

三、焊接的检验
对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。

因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。

焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。

这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。

四、外观检查
外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。

通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。

焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。

五、无损探伤
隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。

目前使用最普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。

X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。

再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。

超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折。