TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第1页 目 录 第一部分： 总体设计 1．主要技术性能 2．计算原则 3．平衡重的计算 4．塔机的风力计算 5．整机倾翻稳定性计算 第二部份： 结构设计计算 1．塔身的计算 2．塔顶的计算 3．爬升架的计算 4．起重臂的计算 5．起重臂拉杆的计算 6．回转支承的计算 7．回转塔身的计算 8．平衡臂的计算 9．平衡臂拉杆的计算 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第2页 第一部份：总体设计 一 主要技术性能参数 1. 额定起重力矩: 97t.m 2. 最大起重力矩: 116t.m 3. 最大起重量: 6t 4. 起升高度: 固定式45m 附着式200m 5. 工作幅度: max60m min2.5m 6. 小车牵引速度: 20/40m/min 7. 空载回转速度: 0~ 0.62r/min 8. 最大起升速度: 80m/min(α=2时) 40m/min(α=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2×3.7kw 牵引电机功率3/4.5kw 11. 起重性能曲线 α= 4时, 依据总体要求 R = 60m时, Q = 1.0t R = 51m时, Q = 1.7t Q = 95.75/(R-0.)-0.62 Q = 116.2/(R-0.)-0.62 R = 56m时, Q = 1.3t R = 46m时, Q = 2.1t Q = 105.8/(R-0.)-0.62 Q = 122.7/(R-0.)-0.62 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第3页 附表一: R=60m R 2.5～15.3 α＝4 α＝2 6 16 5.71 18 4.97 20 4.39 3 40 1.83 1.90 42 1.71 1.78 44 46 1.6 1.67 1.5 1.57 48 1.41 1.48 50 1.33 1.40 52 1.25 1.32 22 3.92 24 3.52 26 28 30 32 2.66 2.73 54 1.18 1.25 34 2.27 2.34 58 1.05 1.12 36 2.1 2.17 38 1.96 2.03 60 1.0 1.07 m t t m t t 3.19 2.91 2.45 2.52 56 1.11 1.18 R α＝4 α＝2 R=56m 2.5～16.8 6 R α＝4 18 5.56 20 4.91 22 24 26 28 30 3.01 32 34 36 m t t 4.39 3.95 3.29 3.28 3 2.78 2.57 2.39 2.85 2. 2.46 α＝2 R α＝4 38 2.23 2.30 40 2.28 42 1.95 44 1.83 46 1.72 48 50 52 54 56 m t t 1.62 1.53 1.45 1.37 1.3 1.69 1.60 1.52 1.44 1.37 α＝2 2.15 2.02 1.90 1.79 R=51m R α＝4 α＝2 2.5～18.4 6 19 5.8 21 5.15 23 4.63 25 4.2 27 3.83 29 3.51 31 33 3.24 3.0 35 2.78 2.85 49 1.79 51 1.7 m t t 37 2.6 2.67 m t t 3 39 2.42 41 2.27 43 2.14 45 2.01 47 1.9 R α＝4 α＝2 2.49 2.34 2.21 2.08 1.97 1.86 1.77 R=46m R α＝4 2.5～19.4 6 21 5.48 23 4.93 25 4.47 27 4.08 29 3.74 31 33 3.45 3.2 m t t 43 2.29 45 2.16 46 2.1 m t α＝2 R α＝4 α＝2 35 2.97 3 37 2.77 39 2.6 41 2.44 3 2.85 2.67 2.51 2.36 2.23 2.17 t 二 计算原则 1. 起重机的工作级别 根据GB/T13752-92《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 = 0.25 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第4页 2. 工作机构级别 项目 机构 起升机构 T5 L2 M5 0.25 回转机构 T4 L3 M5 0.15 牵引机构 T4 L2 M4 0.25 利用等级 载荷状态 工作级别 Kp 3. 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 0~20m q3.2=1100N/m2 20~100m 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、制动时间 回转机构 t = 8S（0.2→0 r.P.m） 牵引机构 t = 2S（19.5→0 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n≥5 牵引钢丝绳n≥5 工作状态整体稳定性 n≥1.15 非工作状态整体稳定性n≥1.1 5. 主要材料的许应用力 〔σ〕= 2350 / 1.34 = 1700kg / cm2 a. Q235-C 〔τ〕= 1700 / 3 = 980kg / cm2 〔σjy〕= 1700×3 = 2940kg / cm2 〔σ〕= 3450 / 1.34 = 570kg / cm2 b. 16Mn 〔τ〕= 2570 / 3 = 1480kg / cm2 〔σjy〕= 2570×3 =4400kg / cm2 〔σ〕= 2480 / 1.34 = 1800kg / cm2 c. 20＃ 〔τ〕= 1800 = 3 = 1000kg / cm2 〔σjy〕= 1800×3 = 3200kg / cm2 〔σ〕= 3480 / 1.34 = 2600kg /cm2 d. 45＃ 〔τ〕= 2600 / 3 = 1500kg / cm2 〔σjy〕= 2600×3 = 4500kg / cm2 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第5页 〔σ〕= 7200 / 1.34 = 4000kg / cm2 e. 40Cr 〔τ〕= 5400 / 3 = 2300kg / cm2 〔σjy〕= 5400×3 = 7000kg / cm2 f. Q235-C 非工作状态 〔σ〕= 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 顶目名 称 Gi（t） Xi（m） Gi × Xi 序号子 1 平衡臂 4.088 -7.11 -29.06 2 起升机构 1.8 -8.88 -15.98 3 平衡臂拉杆 0.4 -5.85 -2.34 4 塔顶 1.41 0.2 0.28 5 力矩器 0.01 0 0 6 司机室 0.34 1 0.34 7 牵引机构 0.35 8.2 2.87 8 起重臂拉杆 1.9 18.5 35.19 9 起重臂 5.56 27.5 152.9 10 载重小车 0.255 60/2.5 15.3/0. 11 吊钩 0.4 60/2.5 24/1 12 回转机构 2x0.3 0 0 13 回转塔身 1.079 0 0 14 上支座 1.996 0 0 15 下支座 1.62 0 0 16 套架 4.1 0 0 17 塔身 18.09 0 0 18 底架 1.05 0 0 19 回转支承 0.6 0 0 20 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 2×12.3 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第6页 G平 =15.33（t） 取 G平 = 15.3t 2. 臂长55m臂长时: M空 = 121.4– 12.3G平 M满 =217.7 – 12.3G平 令– M空 = M满 G平= 121.4+217.7 2×12.3 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 2×12.3 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 2×12.3 G平 = 9.t 取 G平 = 9.6t 综合上述结果 60m、臂长时,平衡重15.3t 60m臂变56m臂长时,取掉1.5t×1的配重块。 55m臂长时,平衡重13.7t 50m臂长时,取掉1×1.5 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2×2.1 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2.4t×4、 2块2.1t×2、 一块1.5t×1； 四. 塔身的风力计算 1. 工作工况I a. 平衡臂 q2 = 250N/m2 CW = 1.2 A实 = 12.44×0.32= 3.98m2 PW = 1.2×250×3.98 = 1194N XC = 7.11m YC = 47m b. 起升机构 A = 1m2 PW = 1.2×250×1= 300N XC = – 9.22m YC = 47m c. 平衡重 A ≥2m2 PW = 1.2×250×2 = 600N TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第7页 XC = – 12.3m YC = 47m 平衡臂部份综合: ∑A =6.98 ∑PW = 2094.6N ∑MXW =∑PW×Xi = 16150.2N.m ∑MYW =∑PW×Yi =98446N.m XC = –∑Mxw∑Myw = – 7.71m YC = = 47m ∑Pw∑Pwd. 起重臂 C = 1.3 A实= 29.67m2 PW = 1.3×250×29.67=93N XC = 26.5m YC = 47m e. 牵引机构 A = 0.32m2 PW = 1.2×250.×0.32 = 96N XC = 8.2m YC = 47m 起重臂部份综合 ΣPW = 9936N ΣMXW = 2.56×105N.m ΣMYW = 4.67×105N.m ΣMxwΣMyw XC =ΣPw =26m YC = ΣPw =47m f. 塔顶 1 A轮 = 2 ×1.48×6.5= 4.81m2 ω= 0.38 η= 0.43 C = 1.3 A实 = 1.43×0.38×4.81= 2.61m2 PW = 1.3×250×2.61 = 850N X = 0 YC = 47.5m g. 回转塔身 A轮 = 1.48×1.91 = 2.812m2 ω= 0.21 η= 0.69 CW = 1.6 A实 = 1.69×0.21×2.812 = 1m2 PW = 1.6×250×1= 400N XC = 0 YC = 45m h. 上、下支座 ΣA = 1.29m2 PW = 1.2×250×1.29 = 387N XC = 0 YC =45m i. 塔身 A轮 = 44.8×1.8 = 80.m2 ω= 0.357 η= 0.57 C = 1.6 (15节标准节, 1节底节) A实 = 1.57×0.357×80.= 45.22m2 PW = 1.6×250×45.22 = 18088N XC = 0 YC = 22.5m j. 司机室 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第8页 A = 3m2 PW = 1.2×250×3 = 900N 2. 工作工况Ⅱ a. 平衡臂 A = 2m2 PW = 1.2×250×2 = 600N XC = 0 YC = 47m b. 起升机构 A = 1m2 PW = 300N XC = 0 YC = 47m 平衡臂部份综合 ΣA = 3m2 ΣPW = 900N c. 起重臂 1 A轮 = 2 ×1.2×1.38 =0.828m2 ω= 0.235 η= 0.65 A实 = 1.65×0.235×0.828= 0.321m2 PW = 1.3×250×0.321×1.333 = 139N XC = 0 YC = 47m d. 牵引机构 A = 0.32m2 PW = 96N XC = 0 YC = 47m e. 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 = 1.2×80. = 96.77m2 A实 = 1.57×0.357×96.77= 54.23m2 PW = 1.6×250×54.23=21695N XC = 0 YC =22.5m 3. 非工作工况 a. 平衡臂部份: PW =900×4.4 = 3960N b. 起重臂部份: PW = 235×4.4 = 1034N TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第9页 c. d. e. f. g. 塔 顶: PW =850×4.4 = 3740N 司 机 室: PW = 900×4.4 = 3960N 回转塔身 : PW =400×4.4 = 1760N 上、下支座: PW = 387×4.4 = 1703N 塔 身: 20m以下, PW = 3.2×21695×(20÷45)=30855N 20~45m, PW = 4.4×21695×(25÷45)= 53032N 风载荷综合表 表(三)60m臂长时 (单位:N.m) 序号 部 件 C qⅡ A PW Xi MXW 1 平衡臂部1.2 250 6.98 2094 -7.71 -16150.2 份 2 起重臂部1.3 250 29.99 9936 26 256000 份 3 塔顶 1.3 250 2. 850 0 0 4 司机室 1.2 250 3.0 900 0 0 5 回转塔身 1.6 250 1 400 0 0 6 上、下支座 1.2 250 1.29 387 0 0 7 塔身 1.6 250 45.22 18088 0 0 Σ 32655 Yi 47 47 47.5 47 45 45 22.5 MYW 98446.2 466992 40375 42300 18000 17415 406980 1090508 表(四) 序号 部 件 C qⅡ A 1 平衡臂部份 1.2 250 3 2 起重臂部份 1.3 250 1.148 3 塔顶 1.3 250 2.6 4 司机室 1.2 250 3.0 5 回转塔身 1.6 250 1 6 上、下支座 1.2 250 1.29 7 塔身 1.6 250 54.23 Σ PW 900 235 850 900 400 387 21695 25367 Xi 0 0 0 0 0 0 0 MXW 0 0 0 0 0 0 0 Yi 47 47 47.5 47 45 45 22.5 MYW 42300 11045 40375 42300 18000 17415 488137 659572 表(五) 序号 部 件 1 平衡臂部份 2 起重臂部份 3 塔顶 C 1.2 1.3 1.3 qⅡ 1100 1100 1100 A 3 1.148 2.6 PW 3960 1034 3740 Xi 0 0 0 MXW 0 0 0 Yi 47 47 47.5 MYW 186120 48596 177650 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第10页 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 47 186120 45 79200 45 76635 32.5 1723540 10 308550 27811 4 5 6 7 Σ 司机室 回转塔身 上、下支座 20-45m塔身 0-20m塔身 1.2 1.6 1.2 1.6 1100 1100 1100 1100 800 3 1 1.29 3960 1760 1703 53032 30855 103345 整机倾翻稳定性计算 1. 固定式底架 a. 工作工况 Fh = 2..54t FV = 74.4t M满 = 42t.m MW = 66t.m M坡 = 30.5t.m F×h+ΣMhbe = F+G ≤3 Mhx = 45.3t.m v基 2.54×1.4+183.8 be = ___________________ =0.8 ≤3 =2.3 74.4+2.3×7×7×1.4 b. 非工作工况 Fh = 10.3t Fv = 61.6t ΣM = 315.7t.m F×h+ΣMhbe = F+G ≤3 v基 10.3×1.4+315.7 be = ___________________ =1.5 ≤3 =2.3 61.6+2.3×7×7×1.4 故整机稳定。 第二部份 结构设计计算 1．塔身的结构计算 1.1 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。 ①工作状态的载荷 M=1838KN.m FV =744KN 1.4TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第11页 PH1=4KN q风=0.33KN/m q重=4 KN/m Mn=320 KN.m PH2=14.5 KN （计算腹杆时用） ②非工作状态 M= - 1187KN.m PH=19.2 KN q风1=1.06KN/m q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 1.2 塔身的几何特性计算 1—1、2—2截面截面 方钢管 □ 1352×12 单肢几何特性 AII = 55.33cm2 III = 1345cm4 WII = 199.2cm3 rII = 4.93cm 整体结构的几何特性 AI = 221.3cm2 II= 1539165.6cm4 WI= 18488cm3 RI= 83.4cm 斜腹杆的几何特性 方钢管 □ 702×5 A腹= 13cm2 I腹= 92cm4 W腹 = 26.2cm3 r 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 2025TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第12页 r——结构的惯性半径 1.3 材料 单肢：Q235-C 整个塔身看作Q235—C 腹杆： Q235-C钢 1.4 强度计算 选塔身底截面C为计算的危险截面。 1.4.1整个结构的强度计算 工作状态 C截面 3 3 NC MC 744×101838×10 σC = —— + —— = ————— + —————— =133MPa ＜[σ]=170MPa -4-6 AⅡ WⅡ 221.3×10 18488×10非工作状态（只须计算C截面） 3 NC MC 616×102350×103 σC = —— + —— = ————— + —————— =155MPa ＜[σ]=170MPa -4-6 AⅡ WⅡ 221.3×10 18488×10 综上计算，整体强度足够。 1.4.2 腹杆的强度计算 斜腹杆N=153.2KN φ=0.75 σ=(12.2×103)/(0.75×13)=125MPa＜[σ]=170MPa 直腹杆N=320/（2×1.665）=96KN σ=N/φA= (9.6×103)/(0.75×10)=128MPa＜[σ]=170MPa 综合以上计算可知塔身强度足够。 1.5 塔身稳定性计算 1.5.1 塔身整体稳定性计算 结构的欧拉临界载荷FE π2×EI π2×2.1×103×1539165 FE = ————— = ———————————— = 3934KN 22 (μl) (2×45) 结构要稳定须满足下列两式 FN 1 COMO+CHMH ——— + ——————（—————）≤[σ] AⅡφψ 1-FN/（0.9FE） φw W FN ——— ≤[σ] AⅡφ 其中： FE ——结构的欧拉临界载荷 FN ——计算轴力 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第13页 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 φ——轴压稳定修正系数 ψ——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 ψ=1.602 φw=1 而λh=111.54 → φ=0.529 FN 1 COMO+CHMH σ= ——— + ——————（————） AⅡφψ 1-FN/（0.9FE） ψ.W 744×107 103 1178+668 = ———————— + ———————————（————————） 1.602×0.529×221.3 1-744/(0.9×3934) 18488×10-6 = 166MPa＜ [σ]B=170MPa FN 又：σ=—— ΦA 744×103 ∴σ= —————————— =73.8MPa＜ [σ]B -4 0.529×221.3×10 工作状态塔身稳定 1.5.2 非工作状态 载荷FN=616KN MO= -434KN.m MH= 2350KN.m 因2MO＜MH 则取MO=0 616×103 2350×103 ∴σ= ——————+ ———————————— =1867MPa＜ [σ]C=1920MPa -4 -6 221.3×10 0.80×18488×10 FN 又：σ=—— 不必计算 φA ∴ 在非工作状态塔身整体稳定。 1.5.3 单肢稳定性计算 因单肢为压力构件，其稳定性公式为：σ= FN/（φA） l 140 λ=—— = ————— = 28.4 r 4.93 →φ =0.96 工作状态 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第14页 单肢稳定性计算 FNB1=NB1=740KN FNB1 740×103 σ= ———— = ———————— = 139MPa＜[σ]B -4 φIIA II 0.96×55.33×10 非工作状态 FNC1=NC1=859KN FNC1 859×103 σ= ———— = ———————— = 161MPa＜[σ]B -4 φII IA II I 0.96×55.33×10 综合以上计算单肢稳定 1.5.4 腹杆稳定性计算 1.9 λ = ———— = 72 2.66×10-2 → φ=0.778 6653 F腹 153×10 σ腹= ———— = —————————————— -4 φ腹A 腹 2×0.778×13×10 = 75MPa＜[σ]B 其中：[σ]B=250/1.34=186.6MPa 综合以上计算塔身安全。 1.6 塔身接头计算 1.6.1螺栓计算 螺栓工作拉力 P=368KN Po=14KN P外=381KN M36螺栓强度级别10.9 As=865mm2 螺栓强度有 F1+ KCFN σL = ———— ≤[σL] A dL F1= K1.FN K1=1.45 FN=381 KC=0.25 （1.45×381 +0.25×381）×103 ∴σL = ————————————————— =662MPa＜ [σL] =750MPa -6 865×10 1.6.2 接头处焊缝计算 P=381KN l=20cm δ=4cm M=381×0.11=41.9KN.m 6M σ= ——— = 142MPa[σL] =750MPa 2 lδ 2.8TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第15页 1.7 顶升踏步计算 P=245KN 6M 6×8.5×245×103 σ= ——— = —————————— l2δ 2.5×282 = 63.7MPa 1.8 顶升时塔身主弦局部强度 P M σ= —— + —— F W 24.5×103 24.5×103×15.2 = ————— + ———————— 55.33 2×199.2 = 137.7MPa 2. 塔顶计算 2.1 几何参数 塔帽高：h=6355mm 底部销孔连接处中心尺寸：a×b=1380×1380 前后主弦皆选用两L1002×10角钢拼焊成□1082×10 主弦杆单肢断面特性 a、断面尺寸：108×108 b、壁厚：t=10mm c、截面积：A=39.2cm2 d、回转半径：i=（I/A）1/2=4.02 e、长细比：λ=200/4.02=49.75 f、单肢最大长度L0=200cm g、折减系数：φ=0. 材料：Q235-C 斜腹杆选用□702×4 Q235钢管 斜腹杆断面特性 a、断面尺寸：□702×4 b、截面积：A=10.56cm2 c、回转半径：i=（I/A）1/2= 2.69cm d、单肢最大长度L0=147cm e、长细比：λ= L0/i=54.4 f、折减系数：φ=0.87 2.2 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 2.3 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 σ=N/φA=492×10/(0.×39.2)=141MPa＜ [σ]=170MPa 85280TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第16页 主弦杆单肢稳定性足够 σ=N/φA=86×10/(0.87×10.56)=93.6MPa＜ [σ]=180MPa 斜腹杆单肢稳定性足够 所以塔顶安全 3．爬升架的计算 3.1 爬升架的载荷 FN=490KN MK=62KNm Q=8KN My=24KNm q=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 3.2 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 cm2 Ix=Iy=2430229.6cm4 Wx=Wy=22093cm3 rI=111cm 腹杆的几何特性 腹杆I：A腹I=15cm2 I腹I=141.25cm4 W腹I=35.3cm3 r腹I=3.07cm 2 腹杆Ⅱ：A腹Ⅱ=10.56cmI腹Ⅱ=76.9cm4 W腹Ⅱ=21.9cm3 r腹Ⅱ=2.69cm 3.3 爬升架的强度计算 3.3.1 整体强度计算 N M 490×103 （24+1/2×0.4×6.42）×103 σ= —— + —— = —————— + ——————————— =26.4MPa＜ [σ]B -4 A W 196.8×10 22093 强度足够 3.3.2 单肢强度 00TC6010塔式起重机设计计算说明书 N M NI = —— + ————— = 250.4KN 2 2×2.2 NI 250.4×103 σ= —— = ——————— = 51MPa＜ [σ]B -4 A 49.2×10I TC6010 - JS 共28页 第17页 强度足够 3.3.3 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) NⅡ =220.8KN（拉） 腹杆I： 3 NI 145×10 σ腹I = —— = ——————— = 96MPa＜ [σ]B -4 A腹I 15×10腹杆I： 3NⅡ 220.8×10 σ腹Ⅱ = —— = ——————— = 147MPa＜ [σ]B -4 A腹I 15×10 强度足够 3.4 稳定性计算 3.4.1 整体稳定性计算 2 29-2πEI π×210×10×2.439×10 FEX=FEY= ———— = ————————————— =122×104KN L2 6.42 FN 1 （COMO+CHMH） σ= ——— + ——————[—————] Aφψ 1-FN/（0.9FE） W 其中：CO=1 CH=1 φ×ψ=1 490×103 1 24×103+62×103 σ= ——————— + ———————————[—————————] 196.8×10-4 1-490 /（0.9×1220000） 22093×10-6 =28.8MPa＜ [σ]B ∴整体稳定 3.4.2 单肢稳定性计算 FNI =NNI=250.2KN λI = L/rI=310/5.03=61.6 → φ=0.83 FNI 250.2×103 σ= —— = ————————— = 61.2MPa≤ [σ]B -4 φAI 0.83×49.2×10 ∴单肢稳定 3.4.3 腹杆稳定性 只有承压的情况下才需计算稳定性 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第18页 130 λ= ———— = 42.3 → φ=0.92 3.07 NI 145×103 又：σ= —— = ————————— = 105MPa≤ [σ]B -4 φA腹 0.92×15×10 综合以上计算，爬升架稳定。 4． 起重臂计算 4.1 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： φ1=1.1——载重小车冲击系数 φ2=1.2——中高档速度起吊时，吊重（包括吊具）冲击系数 φ3=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[σ]=180MPa 下弦杆16Mn，安全系数n=1.34，许用应力[σ]=240MPa 斜腹杆20#无缝钢管，安全系数n=1.34，许用应力[σ]=175MPa 稳定性验算公式： FN 1 （COXMOX+CHXMHX） ——— + [———————]—————— ARφψ 1-FN/（0.9FEX） WX 1 （COZMOZ+CHZMHZ） + [———————]—————— ≤ [σ] 1-FN/（0.9FEZ） WZ 公式中参数说明 FN ——轴压力 φ、ψ ——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+0.4×Mmin/Mmax≥0.4 MOX、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。 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第19页 WX、WZ ——结构件抗弯模量。W=I/h [σ] ——结构件许用应力。[σ]= σS/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μ3（包括变截面和双轴向力作用影响μ2=μ4=1 强度验算条件： σ=N/AR+MX/WX+MZ/WZ＜ [σ] 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： σ=N/φA＜ [σ] 式中： N——单肢压力 φ——稳定性系数 A——截面积 当所有的计算应力σ＜ [σ]，整个起重臂是安全的。 注：起重臂验算是以最长臂60m验算的。 4.2主要参数 6013.88529.21 21.157.156.56.56.56.56.56.55542.4 牵引机构G1=3.5KN 载重小车G2=2.5KN，吊钩G3=2.65KN，钢丝绳G4=1KN Ⅰ节臂自重q1=1.12KN/m Ⅱ、Ⅲ节臂自重q2=1.12KN/m Ⅳ、Ⅴ节臂自重q3=1.03KN/m Ⅵ、Ⅶ节臂自重q4=0.9KN/m TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第20页 Ⅷ、Ⅸ节臂自重q5=0.7KN/m 长拉杆ZP2=15KN 短拉杆ZP1=4KN 夹角α1=21.15°，α2=7.15° 4.3 几何特性 4.3.1 节Ⅰ、节Ⅱ、节Ⅲ截面 上弦L802×8→□862×8 A=24.96cm2 下弦L1002×8→□1062×8 A=31.36cm2 W上X=3009.8 cm3 W下X =7563 cm3 Wy= 4346 cm3 B=1380 h=1200 4.3.2节Ⅳ、节Ⅴ 上弦L802×8→□862×8 A=24.96cm2 下弦L802×8→□862×8 A=24.96cm2 W上X=3004.8 cm3 W下X=6009.6 cm3 Wy= 3455 cm3 B=1380 h=1200 4.3.3节Ⅵ、节Ⅶ 上弦L802×8→□862×8 A=24.96cm2 下弦L752×6→□802×6 A=17.76cm2 W上X=3000.8 cm3 W下X=4270 cm3 Wy= 2461 cm3 B=1380 h=1200 4.3.4节Ⅷ、节Ⅸ、节Ⅹ、节Ⅺ 上弦L802×8→□862×8 A=24.96cm2 222下弦L75×6→□80×6 A=17.76cm W上X=3142 cm3 W下X=4472.5 cm3 Wy= 2756.7 cm3 B=1380 h=1200 4.4 内力及校核 4.4.1 工况Ⅰ TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第21页 R=60m Q=18.77KN 整体强度 截面9-9 截面1-1 上弦处 σ=141MPa 下弦处 σ=121MPa 单肢稳定 截面9-9 N上=267KN σ=150MPa N下=201KN σ=113MPa 4.4.2工况Ⅱ R=36m Q=32KN 整体强度 截面7-7 截面1-1 上弦处 σ=85MPa 下弦处 σ=136.7MPa 单肢稳定 截面7-7 截面1-1 N上=212KN N下=241KN σ =98MPa σ=156MPa 4.4.3 工况Ⅲ R=24m Q=49KN 整体强度 截面5-5 截面1-1 上弦处 σ=100.6MPa 下弦处 σ=113.2MPa 单肢稳定 截面5-5 截面1-1 N上=249KN N下=282KN σ =115MPa σ=125MPa 4.4.4 工况Ⅳ R=15.3m Q=75.6KN 整体强度 截面4-4 截面1-1 上弦处 σ=106MPa 下弦处 σ=96MPa 单肢稳定 截面4-4 截面1-1 N上=2KN N下=239KN σ =117MPa σ=110MPa 4.4.5 工况Ⅴ R=12m Q=75.6KN 整体强度 截面3-3 截面1-1 上弦处 σ=53.4MPa 下弦处 σ=104MPa 单肢稳定 截面3-3 截面1-1 N上=133KN N下=326KN σ =66MPa σ= 119MPa TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第22页 4.4.6 工况Ⅵ R=6m Q=75.6KN 整体强度 截面2-2 截面1-1 上弦处 σ=87MPa 下弦处 σ=85MPa 单肢稳定 截面2-2 截面1-1 N上=217KN N下=266KN σ =108MPa σ= 106MPa 4.4.7工况Ⅶ R=2m Q=75.6KN 整体强度 截面4-4 截面1-1 上弦处 σ=50MPa 下弦处 σ=MPa 单肢稳定 截面4-4 截面1-1 N上=124.8KN N下=279KN σ =62MPa σ= 98MPa 起重臂整体稳定校核 lC=60m r=（I/A）1/2=59.5cm 2lc 60×10 λ1= —— = —————— = 101 r 59.5 λ=[(λ1)2+42A/A1(1.5-cos2θ)]1/2 θ为构件截面内斜腹杆与X-X轴的夹角 R=60m Q=31KN时 N=470KN MX=112KN My=215KN σ=148MPa 4.4.8 腹杆验算 4.4.8.1 斜腹杆 ①截面1-1，2-2，3-3，4-4 φ60×4 无缝管 材质20# 29.552A =7.03cm λ=80 1570ψ=0.73 Qmax=78KN N=KN σ=124.7MPa ②截面5-5，6-6，7-7，8-8 φ50×4 钢管 材质20# A =5.78cm2 1384TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第23页 λ=90 ψ=0.67 Qmax=51KN N=36KN σ=93MPa ③截面9-9 φ38×4 20# A =4.2cm2 Qmax=36KN N=27.8KN σ=110MPa 4.4.8.2 水平桁架 均采用φ45×4 A =5.15cm2 λ=126 ψ=0.426 Qmax=7.5KN N=10KN σ=45MPa 5.起重臂拉杆 5.1 主要参数 P拉=441KN 5.2 强度计算 拉杆φ60 A=28.26 cm2 20# 441×103 σ= ————= 156 MPa＜ [σ] 28.26 5.3销轴 d=60mm 40Cr τ=78MPa＜ [τ] 6 回转支承选择 Cp=P+（4.37M/D0）+3.44H C0=f0.d02.Z.Sinα d0=40 Z=134 α=50° f0=38N/ mm2 P=499KN H=14.5KN M=910KN.m C0=3319KN Cp=6241KN fS= C0/ Cp=6241/3319=1.88＞[fS] =1.15 选HSW1435.40型单排球式回转支承是可行的。 7．回转塔身的计算 7.1 几何参数 7.1.1 长×宽×高=1380×1380×1940 主弦杆选用方钢管 □ 1352×12 主弦杆单肢断面特性 a、断面尺寸 135×135 b、壁厚 t=12 8301.381.94TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第24页 c、截面积 A=55.33cm d、回转半径 i=(I/A)1/2=4.93 cm e、长细比 λ=l/i=194/4.93=39.3 f、折减系数 φ=0.93 2 7.1.2 斜腹杆选用□ 70×5钢管 a、断面尺寸 702×5 b、截面积 A=13cm2 c、回转半径 i=2.66 cm d、长细比 λ=56.4 e、折减系数 φ=0.86 7.2 工况：R=60m Q=1t（α=4） 工作风压 WP=250MPa 回转速度 n=0.6r/min 7.3 主要载荷（如上图所示） 7.4 内力 7.4.1 主弦杆单肢最大轴向力（压）N1=660×103 N 7.4.2 斜腹杆最大轴向力 （压） N2=140×103 N 7.5 强度及稳定性 7.5.1 主弦杆单肢稳定σ= N1/φA=（660×103）/(0.93×55.33)=1282kg/cm2=128.2MPa 7.5.2 斜腹杆单肢稳定σ= N2/φA=（140×103）/(0.86×13)=125.2MPa 7.6 重要零件校核 7.6.1 支板（δ20/16Mn） 吊臂单肢最大作用力P=53t 塔帽单肢最大作用力P′=49.2t 7.6.2 销轴 φ50/40Cr A=2×(π/4)×52=39.25 cm2 τ=P/A=（53×108）÷39.25=1350 kg/cm＜[τ]=2100 kg/cm2 焊缝剪切面积 A=4×16×1.5×0.7=67.2cm2 焊缝剪应力： τ=（53+49）×108/67.2=1520 kg/cm2＜[τ] 综上计算，回转塔身安全。 8．平衡臂的计算 8.1 主要参数和载荷 2TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第25页 在起升平面内的受力简图 8070155562.6 601075012470回转速度n=0.62r/min P1=18KN（起升机构） q1=1.9KN/m(自重) q2=80KN/m(平衡重) 在回转平面内的受力简图 8070 8.2 几何特性的计算 ① A1=57.5cm2 WX1=510.2 cm2 W y1=49.157 cm r X1=12.15cm r y1=2.47cm ② 组合截面的几何特性 210750124701380 A=115cm2 WX=1020cm2 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第26页 W y=7800cm2 r X=12.15cm r y=52.3cm λX=88 λy =24.3 λhy= 其中λ——长细比 λh——计算长细比 其中符号与4.2的符号含义一样。 8.3 内力计算 ① 平面内（即对X-X轴） S=400KN N=355KN Mxmax=110KN.m ② 平面外（即对y-y轴）在A处 Qymax=8.75KN Mymax=98KN.m 其中S——平衡臂拉杆力 N——轴力 M——弯矩 8.4 强度计算 8.4.1 整体强度计算 N Mxmax Mymax σ=————+ ———— + ————— A Wx Wy 333355 ×10 110×10 98×10 =——————— + ———————— + ——————— -4-6-6 110.2×10 1020×10 7613×10 =152Mpa. 在平衡重处加封板δ10 单肢强度计算 N1 Mx1max σ1=————+ ———— A1 Wx1 N My1max N1 =————+ ———— = 248KN 2 1.48 N1 Mx1max → σ1= ————+ ———— A1 Wx1 248×103 110 ×103 = ——————— + ———————— =151MPa＜[σ] B -4-6 57.5×10 2×510×10 综合以上计算，平衡臂强度足够。 8.4.2 整体稳定性计算 在起升平面内，其力学模型如“在起升平面内的受力简图”所示，其结构的临界压力： TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第27页 π EAR π×210×10×115×10-4 FEX = ———— = —————————————— = 3006KN λX2 2 在回转平面内，将其看作悬臂梁 其结构的临界压力 π2 EAR π2×210×109×115×10-4 FEY = ———— = —————————————— = 40KN λy2 24.32 其稳定性验算的公式为 FN 1 COXMOX+CHXMHX 1 COyM0y+CHyMHy ———+[————————]—————+[————————]—————≤[σ] ARφψ 1- FN /（0.9 FEX ） WX 1- FN /（0.9 FEy ） Wy FN ———— ≤[σ] ARφψ 其中：COX= 0.6 CHX= 1 φψ= 1MHX COy= 0.6 CHy= 1 FN=355KN MOX=0 MHX=110KN.m M0y=80.57KN.m MHy=0 FN 1 MHX 1 MHy →σ=———+[————————]——+[—————————]——— AR 1- FN /（0.9 FEX） WX 1- FN /（0.9 FEy） Wy 229 355×103 1 110×103 =—————— +[———————————]——————— -4 -6 115×10 1- 355 /（0.9×3006） 1020×10 1 80.57×103 +[————————————]——————— = 165MPa＜[σ]B =175MPa -6 1- 355 /（0.9×40） 7800×10 FN 355×103 又：σ= ——— = —————————— = 46MPa ＜[σ]B -4 φA 0.676×115×10 综合以上计算，平衡臂稳定。 8.4.3 平衡臂拉杆及销轴计算 8.4.3.1 平衡臂拉杆计算： 主要参数 TC6010塔式起重机设计计算说明书 TC6010 - JS 共28页 第28页 N=200KN A=19.625cm2 ( φ50圆钢) 材料Q235 强度计算 最弱处： N 200×103 σ拉= ——— = —————— = 125MPa ＜[σ]B= 240MPa -4 A1 16×10 销孔处： N 200×103 σ压= ——— = —————— = 222MPa ＜1.5[σ]B= 360MPa -4 dδ 4.5×2×10 平衡臂拉杆强度足够 8.4.3.2 销轴计算 主要参数 N=200KN φ45的销轴 材料40Cr钢 强度计算 销轴主要承受剪力 N N 200×103 τ= ——— = —————— = —————— =62MPa＜[τ] = 240MPa 2A 2×π×d2/4 π×0.0452/2 所以销轴的抗剪强度足够。
