(完整word版)塔吊分析报告—理论力学

塔吊分析报告——理论力学车辆工程(３)班李晓学号:********程驰学号:********乔同超学号:********张兴华学号:********总述1．塔吊综述1.1塔吊外型1.2塔吊的组成1.3我国塔吊发展历程1.4塔吊的作用1.5塔吊结构图1.6塔吊的分类示例２．塔吊分析2.1塔吊静力学分析2.2塔吊运动学分析2.3塔吊动力学分析3. 塔吊常见事故分析及对策3.1 塔吊重大事故分析3.2 对策4. 塔吊现存问题及发展前景4.1 我国塔式起重机存在的主要问题4.2 塔吊的未来发展前景5. 小组总结★1．塔吊综述1.1塔吊外型塔吊，即塔式起重机（如图1-1所示），机身很高，像塔，有长臂，轨道上有小车，可以在轨道上移动，工作面很大，主要用于建筑工地等处。

1.2塔吊的组成塔吊一般由外套架、回转轴承、塔冒、平衡臂、平衡臂拉杆、起重臂（吊臂）、起重臂拉杆、电源、支架、变幅小车，起重吊钩、驾驶室等几部分组成。

另外工作时塔机安全装置还应主要包括：行程限位器和荷载限制器。

行程限位器有：起升高度限位器、回转限位器、幅度限位器。

荷载限制器有:起重力矩限制器、起重量限制器此外还应包括风速仪。

1.3我国塔吊发展历程塔式起重机是我们机械建筑的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，图1-1 塔吊实物图我国的塔吊制造如今已跻身于当代国际市场。

五十年代初，我国塔机的制开始起步，生产的是一些小型塔机，六十年代自行设计制造了25TM、40TM、60TM、160TM四种机型，多以摆臂为主；七十年代，随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求。

于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式等都由我国自己设计并制造；八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的250TM塔机也应运而生。

特别是1984年，首先在北京建工集团建机厂引进世界先进的法国POTAIN（波坦）公司技术并于次年成功试制了FO/23B塔机，这可以说是我国塔机发展史的里程碑，它大大缩短了我国与国外的差距，使我国塔机发展步入快行道。

通过消化、吸收国外先进技术，我国自行研制的QTZ80、QTZ120两种机型已达到国外八十年代同类产品的水平；进入九十年代，现代化进程不断地加快，国内外市场对塔机的要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等工程不断增加，市场的要求加快了新产品开发的力度，先后有400TM、900TM水平臂和300TM动臂式塔机，主要性能达到了国外九十年代水平，这一系列的塔机的开发不但填补了国内空白，而且替代和减少了大型塔机的进口数量。

回顾50年发展史，我国塔机行业从无到有，从小到大，逐步形成了较为完整的体系，我国增幅最快的新兴行业之一，特别是改革开放以来，塔机行业在设计、制造、管理和市场开拓等方面已形成一套较为健全的机制，以目前我国300余家生产塔机厂家为计，取得生产许可证的达100余家，近几年，塔机产量高升不下，2001年产量9309台，2002年10580台，今年市场需求量在20000台，就总体而言，我国已成为世界民用塔机的生产大国，也是世界塔机主要需求市场之一。

1.4塔吊的作用塔吊一般用于建筑施工、货物搬运、部分事故现场处理等场合，主要作为材料、货物等的高空运输或质量较大物体的运送的工具。

1.5塔吊结构图根据塔吊的组成、用处及发展历程，我们可以对塔吊的结构有一个更加深入的了解。

如下图1-2塔吊的主体结构模型图所示，塔吊的各个部分均已经标出在图上。

图1-2 塔吊主体结构模型1.6塔吊的分类示例实际工作中的塔吊多种多样，现略仅举几例以示说明。

图1-3QTZ31.52系列塔吊图1-4QTZ40、100系列塔吊★２．塔吊分析2.1塔吊静力学分析：OW2W1WbF a F b图2-1 塔吊静力学模型如右图为塔式起重机受力分析图，各种参数均已在图中标出，对此进行受力分析。

对图2-1先考虑满载时的情形，对塔吊整体为研究对象．要保证机身满载是平衡而不向右倾倒，则必须∑M B=0, W2(a+b)-F A b-W1-W max l max=0；限制条件F A≥0．再考虑空载时的情形，这时W＝0. 要保证机身空载时平衡而不向左倾倒，则必须满足平衡方程：∑M A＝0， W2 a+F B b-W1限制条件F B≥0．对图2-2塔吊的平衡臂，由平衡条件得：∑F x=0, F1cosθ=F x；∑F y=0, F1sinθ+F y=W2+m1g； W2 ∑M=0， (F1sinθ-W2)l1=m1gl2；图2-2塔吊平衡臂受力情况图2-3 塔吊吊臂受力情况 图2-4 塔吊塔帽与拉杆的受力情况Ⅳ: 如图2-3塔吊吊臂，由平衡条件得：∑Fx=0, F x =F 2cos α F 2 F 3+F 3cos β； F X∑F y =0, F 2sin α+ F `y l 3F 2sin β+F `y =m 2g+W ； l 5 m 2g ∑M=0, F 2sin αl 3+ l WF 3sin βl 4=m 2gl 5+Wl ． l 4yⅤ：如图2-4塔吊吊帽与拉杆的受力 o情况，则由共点力的平衡条件可得 x 平衡方程如下：F 1 F F 2 F 3∑Fx=0, F 1cos α=F 2cos β+ F 3cos γ∑F y =0, F 1sin α+F 2sin β+ F 3sin γ=FF风力V2/a2MV1/a1FMg2.2塔吊运动学分析：★：如上图2-5塔吊的运动学模型图所示，塔吊的运动情况有几个分运动组成。

以下进行详细分析说明。

Ⅰ：重物分运动的情况：① 重物在塔吊吊索的提升下在竖直方向向上或向下平动； ② 重物在变幅小车的作用下沿水平方向向左或向右平动； ③ 在旋转机构的作用下塔吊吊臂在水平面内转动，从而 带动重物在水平面上转动。

Ⅱ：在三维空间坐标系下，重物相对于固定参考系的运动情况：z以地面作为固定参考系，连体基建立在塔吊吊臂上。

当重物同时参与三个分运动时，则重物的绝对运动是重物三 y个分运动的合运动，这种运动有点复杂，且不容易进行操控。

一般情况下塔吊在工作时，不同时参与三个分运动，基本上是x 一个或两个运动的合成，这样容易操控，且不容易出现危险。

O Ⅲ：重物运动时的速度分析：在塔吊工作时，重物一般情况下都应该是匀速运动，则根据速 度合成法重物的绝对速度就等于两个平动速度和一个转动速度的合 速度。

当有加速度时，同样根据 加速度合成法重物的绝对加速度就 等于两个平动加速度和一个转动加速度的合加速度。

Ⅳ：重物运动情况详细描述：★：重物在实现从一个地点到另一个地点的运动时，大致可以分为三种运动情况，先对其进行详细说明。

① 首先，重物在塔吊吊索的提升下竖直上升运动，先匀加速，后匀速，再匀减速，当到达所需高度时，重物停止上升；其次，变幅小车沿吊臂运动，带动小车平动，当到达所需位置时，重物停止平动；再次，吊臂在旋转装置的作用下旋转，带动重物旋转到所需位置的正上方，停止旋转；最后，吊索带着重物下降到所需地点。

图2-5 塔吊的运动学及动力学模型图2-6这种重物转移方式是最简单的方式，既容易操作，又很安全，但是有一点不好就是很费时间。

如下图2-7所示：该图表示的是这种运动情况下重物的运动路径。

zyxO图2-7②首先，重物在塔吊吊索的提升下竖直上升运动，先匀加速，后匀速，再匀减速，当到达所需高度时，重物停止上升；其次，变幅小车沿吊臂运动，带动小车平动，同时，吊臂在旋转装置的作用下旋转，带动重物旋转，直到将重物移动到所需要的位置的正上方为止。

最后，吊索带着重物下降到所需地点。

这种重物转移方式是有点相对复杂的方式，操作相对容易，也很安全，并且也很节约时间，使一种比较好的操作方式。

但是变幅小车和吊臂在同时运动时，应当尽量匀速，且速度不要太大，加速度要很小，防止产生过大的惯性力，造成危险事故。

如下图2-8所示：该图为变幅小车和吊臂在同时运动时重物运动的速度情况V=Ve+VrzyωVeO Vr x图2-8如下图2-9所示：该图为变幅小车和吊臂在同时运动时重物运动的加速度情况a=a e+a r+a czya e ωO a r xa c图2-9③重物在塔吊吊索的提升下竖直上升运动，同时，变幅小车沿吊臂运动，带动小车平动，吊臂在旋转装置的作用下旋转，带动重物旋转，直到将重物移动到所需要的位置的正上方为止。

然后，吊索带着重物下降到所需地点。

这种重物转移方式很复杂，虽然很节约时间，但操作很困难，且对操作人员的技术要求相当高。

另外这种转运方式也不很安全，容易出现事故，是一种不太好的操作方式，塔吊工作时应当尽量避免这种操作，防止产生危险事故。

如下图2-10、2-11所示：该图为重物、变幅小车和吊臂在同时运动时重物运动的速度和加速度情况zzy y a1v222 ω ωa3 xO v1 v3 x O a2 a42.3塔吊动力学分析：★：如上图2-5所示为塔式起重机的动力学模型图，塔吊所受各种动力及运动的情况均已在图中标出，现对此进行动力学分析。

Ⅰ：动力情况：①塔吊受到动力装置提供的动力矩M 的作用。

②重物自身受重力Mg 作用。

③塔吊工作时还要考虑风力的作用，即受F 风力的作用。

④重物受到吊索提升的力F 的作用。

Ⅱ：动力分析：① 变幅小车带动重物以速度V 0水平匀速运动，由于突然刹车，重物会因惯性绕O 点向前摆动，这时会产生很 Ｏ 大的惯性力。

F变幅小车刹车后，取自然坐标系如右图2-12所示， 列运动微分方程： Fmg dv/dt=-mg sin θ ① θ mg v/l=F-mg cos θ ②由式②得：F =mg (cos θ+v /gl)其中v 及cos θ均为变量。

由式①知重物做减速运动，故可判断出在初始位置θ=0时吊索的拉力最大，最大为： V ０ F max=mg (1+v 0 /gl) mg mg考虑到刹车前吊索拉力即为静拉力F 0＝mg ,于是动荷因数图2-10 图2-11图2-122Kｄ＝F max/ F0=1+v0 /gl可见，为了避免吊索产生过大的附加动拉力，变幅小车的行走速度不能太大，应力求平稳；在不影响塔吊工作安全的条件下，吊索尽量长些，以减小动荷因数。

②如图2-13所示重物在吊索的提升力F的提升下加速向上运动F=mg(1+a/g)可见在一般情况下，吊索动拉力由两部分组成，一部分是提升重物的静拉力，另一部分是由于加速度而引起的附加动拉力。

F以Kｄ表示动荷因数，则：a Kｄ＝1+a/g它表示重物加速运动时动拉力与静拉力之比值。

如果加速度越大，则动荷因数越大，吊索拉力就越大，因此在设计和使用塔吊时应注意动荷因数的影响。

图2-13mg③如下图2-14所示，重物在吊索的提升下随吊臂的旋转而做旋转运动。

ωθFω图2-142V mg当重物随吊臂以ω旋转时，要产生摆角θ来使F 与mg 的合力为重物的旋转提供向心力，由此可知：F=mg tan θ=ml sin θ ω则当吊臂旋转时，应该使角速度尽量的小，尽可能没有角加速度，以防止重物旋转时产生过大的向心力，对塔吊整体施加过大的惯性力和惯性力矩，从而降低工作危险。