1.1.2 塔式起重机的类型 移动式塔吊、根据行走装置的不同又可分为轨道式、轮胎式、汽车式、履带式四种。轨
道式塔吊、塔身固定于行走底架上，可在专设的轨道上运行，稳定性好，能带负荷行走，工 作效率高，因而广泛应用于建筑安装工程。轮胎式、汽车式和履带式塔吊、无轨道装置，移 动方便，但不能带负荷行走、稳定性较差，目前已很少生产。
《机电系统分析与设计》
专业：机械设计及理论 学院：机械工程与自动化学院 日期：2012 年 11 月 2 日
1
塔式起重机的设计与分析
摘要：本论文主要涉及塔式起重机的机械设计和电器原理设计部分。塔式起重机的机械设计 是通过理论上的分析计算选出满足生产要求的塔式起重机结构，确定合理的运行参数，或者 对确定的部件参数进行验算，并完成施工现场的宏观设计以及塔式起重机的安装。最后进行 塔式起重机的保护装置及其电器原理设计。 关键词：塔式起重机，驱动装置，可编程控制器
FQ ——最大起升载荷； ——电动机台数； v ——额定起升速度，m/min；
当基准接电持续率 Jc 40% 时，电动机的额定功率 PE 55kw；
4、电动机发热校核
PE
Tr nm 9550 Kz
（4）
式中：
PE ——基准接电持续率时电动机的额定功率， PE =55kw；
——机构总传动效率 ， =0.828；
Pj FQ (KW) 60 1000
（1）
式中： F0 ——起升载荷 N， F0 P Gd ， P 为起升载重， Gd 为吊钩组重
Gd 2.5% P ， p 100kw
V ——额定起升速度 m/min；由设计要求可知V 23m / min ——机构总传动效率
组 导 卷 机 0.97 0.927 0.98 0.94 0.828
最大转矩倍数（50Hz） 转动惯量 重量
1.5~2 2.9 1.65 592kg
（2）
3、电动机过载能力校验
PE
H M
FQ 60 1000
j
（3）
式中： PE ——基准接电持续时电动机的额定功率（kw）
M ——电动机转矩的允许过载倍数； =机构总传动效率；
H——考虑电压降及转矩允差以及静载试验超载的系数（绕线异步电机取 2.1）
塔身结构也称塔架，是塔机结构的主体。现今塔机均采用方形断面，断面尺寸应用较广 的有：1.2m×1.2m、1.4m×1.4m、1.6m×1.6m、2.0m×2.0m;塔身标准节常用尺寸是 2.5m 和 3m。塔身标准节采用的联接方式，应用最广的是盖板螺栓联接和套柱螺栓联接，其次是 承插销轴联接和插板销轴联接。标准节有整体式塔身标准节和拼装式塔身标准节，后者加工 精度高，制作难，但是堆放占地小，运费少。塔身节内必须设置爬梯，以便司机及机工上下。 爬梯宽度不宜小于 500mm，梯步间距不大于 300mm，每 500mm 设一护圈。当爬梯高度超 过 10m 时，梯子应分段转接，在转接处加设一道休息平台。
故电机的静功率为：
Pj
FQ v 60 1000
61 .90 k w
2、初选电动机
8
PE G Pj 50.0KW
因此选择型号：YZP280M-8
表 5 电机参数（YZP280M-8）
标称功率
55kW
起动转矩倍数（1Hz）
额定电流 额定转矩 额定转速
121A 714 Nm 735 r/min
3.97
3.53
3.29
3.15
2.83
重重量
塔式起重机作为一种成熟的工程设备，其设计规范和标准早已完善给出，因此在本例中 可以参考以下规范：
塔式起重机设计规范 GB／T13752－1992； 塔式起重机技术条件 GB／T9462－1999； 起重机设计规范 GB／T3811-2008。
1.4 塔式起重机的部件计算和校核 一、电动机功率的确定需要进行以下三个步骤 1、计算电动机的静功率
固定式塔吊、根据装设位置的不同，又分为附着自升式和内爬式两种，附着自升塔吊、 能随建筑物升高而升高，适用于高层建筑，建筑结构仅承受由起重机传来的水平载荷，附着 方便，但占用结构用钢多；内爬式起重机在建筑物内部（电梯井、楼梯间），借助一套托架 和提升系统进行爬升，顶升较繁琐，但占用结构用钢少，不需要装设基础，全部自重及载荷 均由建筑物承受。
图 5 塔式起重机基本结构 1-固定基础；2-固定支腿；3-附着装置；
5
图 6 塔式起重机基本结构 4-顶升机构；5-下支座；6-上支座；7-回转机构；8-回转塔身；9-司机室；10-变幅机构；
11-载重小车；12-吊钩；13-起重臂；14-起重臂拉杆；15-塔顶；16-平衡臂拉杆； 17-平衡臂；18-平衡重；19-起升机构；20-电控柜；21-塔身
图3 4
以塔吊中心 O 点为基点计算： M=Mmax=1766KN·m,M2=2Rb*5.25 设 M=M2，则 Rb=168KN，根据单桩承载力设计值 Rb<10600KN。 （满足要求） 3、Z 方向，受力简图 4 如下：
图4
以塔吊中心 O 点为基点计算： M=Mmax=1766KN·m,M2=Rb*7.258 设 M=M2，则 Rb=244KN，根据单桩承载力设计值 Rb<10600KN。 （满足要求） 1.2 塔式起重机的基本机构介绍 本案例中采取固定支腿式塔式起重机，其基本结构如下图 5、6 所示
1.3 塔式起重机参数选择 1、整机性能参数
表 1 整机性能参数
机构工作级别
起升机构——M5 变幅机构——M4
最大起升高度
54m
额定起重力矩 最小/最大工作幅度
最大起重量
2500kNm 4m/70m
10t
平衡重
21t
2、起升机构性能参数指标
表 2 起升机构性能参数指标
最大牵引力
35000N
规格——35x7-18-1870 6
1 塔式起重机的机械设计
1.1 塔式起重机的设计实例 1.1.1 设计原始资料：
工程建筑类别为一类高层建筑，抗震设防烈度为 7 度，工程总建筑面积约 9.2 万 m2， 包括两层（局部三层）地下室和四层裙楼，其中地下室面积约 4.1 万 m2，裙楼面积约 5.1 万 m2。本工程合理使用年限为 50 年，屋面防水等级为二级，地下室防水等级为二级，人防 防护等级为六级。塔机基本参数选择为最大载重 10t，最高速度 30m/min，最小/最大工作 幅度 4m/70m。
钢丝绳 卷筒
电机 减速机速比
制动器
最大线速度——200 m/min
转速——47.27 r/min 绳容量——400m（5层）
型号——YZP280M-8 功率——55kW
转速——735 r/min 15.55
YWZ3 -315/90-16 制动力矩——1800Nm
3、变幅机构性能参数指标
表 3 变幅机构性能参数指标
KZ ——系数， KZ 1 Z /1000 0.85 ； T r ——起重机构最不利工作循环的等效平均阻力矩，
塔式起重机是指机身为塔形刚架，能沿轨道行走，配有全围转臂的一种起重机。在大型 塔机的塔架下部可通行混凝土运输车辆。是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。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 国已开始批量生产塔机，并用于建筑施工。塔式起重机由于作业空间大，主要用于房屋建筑 施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。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。
4
20
22.3
28
30
35
38
40
7
2倍率起重 6
6
6
6
6
6
6
6
重量
4倍率起
10
重重量
幅度
45
2倍率起重 5.33 重量
10 50 4.67
10 53 4.34
9.21 55 4.14
8.49 60 3.7
7.05 63 3.46
6.38 65 3.32
5.99 70 3
4倍率起 5.16
4.5
4.17
塔尖的功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部荷载，并通过回转塔架、转台、承 座等的结构部件式直接通过转台传递给塔身结构。自升塔顶有截锥柱式、前倾或后倾截锥柱 式、人字架式及斜撑架式。
凡是上回转塔机均需设平衡重，其功能是支承平衡重，用以构成设计上所要求的作用方 面与起重力矩方向相反的平衡力矩。除平衡重外，还常在其尾部装设起升机构。起升机构之 所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一则可发挥部分配重作用，二则增大绳卷筒与塔尖导 轮间的距离，以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳现象。平衡重的用量与平衡臂的长度成反比 关系，而平衡臂长度与起重臂长度之间又存在一定比例关系。平衡重的用量相当可观，轻型 塔机一般至少要 3～4t，重型的要近 30t。平衡重可用铸铁或钢筋混凝土制成：前者加工费 用高但迎风面积小;后者体积大迎风面大对稳定性不利，但简单经济，故一般均采用这种。 通常的做法是将平衡重预制区分成 2 ～3 种规格，宽度、厚度一致，但高度加以调整，以 便与不同长度臂架匹配使用。
1.1.4 塔机的零部件
每台塔机都要用许多种起重零部件，其中数量最大，技术要求严而规格繁杂的是钢丝绳。 塔机用的钢丝绳按功能不同有：起升钢丝绳，变幅钢丝绳，臂架拉绳，平衡臂拉绳，小车牵 引绳等。钢丝绳的特点是：整根的强度高，而且整根断面一样大小，强度一致，自重轻，能 承受震动荷载，弹性大，能卷绕成盘，能在高速下平衡运动，并且无噪声，磨损后其外皮会 产生许多毛刺，易于发现并便于及时处置。钢丝绳通常由一股股直径为 0.3～0.4mm 细钢丝 搓成绳股，再由股捻成绳。塔机用的是交互捻，特点是不易松散和扭转。就绳股截面形状而 言，高层建筑施工用塔机以采用多股不扭转钢丝绳最为适宜，此种钢丝绳由两层绳股组成同， 两层绳股捻制方向相反，采用旋转力矩平衡的原理捻制而成，受力时自由端不发生扭转。塔 机起升钢丝绳及变幅钢丝绳的安全系数一般取为 5～6,小车牵引绳和臂架拉绳的安全系数取 为 3,塔机电梯升降绳安全系数不得小于 10。钢丝绳的安全系数是不可缺少的安全储备系数， 绝不可凭借这种安全储备面擅自提高钢丝绳的最大允许安全荷载。由于钢丝绳的重要性，必 须加强对钢丝绳的定期全面检查，贮存于干燥面封闭的、有木地板或沥青混凝土地面的仓库 内，以免腐蚀，装卸时不要损坏表面，堆放时要竖立安置。对钢丝绳进行系统润滑可以提高 使用寿命。