塔吊分析报告—理论力学

塔吊分析报告1塔吊分析报告——理论力学车辆工程(３)班李晓学号:20052654程驰学号:20052735乔同超学号:20052682张兴华学号:20052660塔吊分析报告2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.小组总结塔吊分析报告3★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，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。图1-1塔吊实物图塔吊分析报告4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。塔吊分析报告5图1-2塔吊主体结构模型塔吊分析报告61.6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1-5单主梁门式吊钩起重机图1-6QTZ63系列塔吊图1-3QTZ31.52系列塔吊图1-4QTZ40、100系列塔吊塔吊分析报告7★２．塔吊分析2.1塔吊静力学分析：OW2W1WbFaFb图2-1塔吊静力学模型塔吊分析报告8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∑MB=0,W2(a+b)-FAb-W1-Wmaxlmax=0；限制条件FA≥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：∑MA＝0，W2a+FBb-W1(b+e)=0；F1限制条件FB≥0．Fx对图2-2塔吊的平衡臂，由平衡l2条件得：m1gFy∑Fx=0,F1cosθ=Fx；l1∑Fy=0,F1sinθ+Fy=W2+m1g；W2∑M=0，(F1sinθ-W2)l1=m1gl2；图2-2塔吊平衡臂受力情况塔吊分析报告9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,Fx=F2cosαF2F3+F3cosβ；FX∑Fy=0,F2sinα+F`yl3F2sinβ+F`y=m2g+W；l5m2g∑M=0,F2sinαl3+lWF3sinβl4=m2gl5+Wl．l4yⅤ：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：F1FF2F3∑Fx=0,F1cosα=F2cosβ+F3cosγ∑Fy=0,F1sinα+F2sinβ+F3sinγ=F塔吊分析报告10F风力V2/a2MV1/a1FMg图2-5塔吊的运动学及动力学模型塔吊分析报告112.2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。OⅢ：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。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。图2-6塔吊分析报告12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。zyxO②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+VrzyωVeOVrx图2-7图2-8塔吊分析报告13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=ae+ar+aczyaeωOarxac③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zzyya1v2ωωa3xOv1v3xOa2a4图2-9图2-10图2-11塔吊分析报告142222.3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V0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：Fmgdv/dt=-mgsinθ①θmgv/l=F-mgcosθ②由式②得：F=mg(cosθ+v/gl)其中v及cosθ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：V０Fmax=mg(1+v0/gl)mgmg考虑到刹车前吊索拉力即为静拉力F0＝mg,于是动荷因数Kｄ＝Fmax/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。图2-12塔吊分析报告15图2-14②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：aKｄ＝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。mg③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。ωθFωVmg图2-13塔吊分析报告162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=mgtanθ=mlsinθω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。④当重物同时参与运动学中的三个运动，即以上所说的①②③三个运动时，动荷情况很复杂，且要考虑到风力所施加的附加动荷的作用，塔吊的动力学分析更加复杂，在塔吊操作过程中应尽量避免这种情况的出现，保证塔吊工作的安全性。⑤根据塔吊的动力学分析情况可知，在塔吊操作时，应当尽量使运动保持平稳，加速度要尽可能的小，以避免产生过大的附加动荷，即惯性力或惯性力力矩。另外也应当避免多种运动情况同时出现，这样既有利于操作又有利于安全。塔吊分析报告17★3.塔吊常见事故分析及对策随着我国经济建设和改革开放进一步深入，建筑业的不断发展，各大中城市高层建筑建设不断增多，塔式起重机的应用越来越广泛，塔吊已成为高层建筑施工垂直运输的主动脉，但是重大塔吊事故频频发生，据统计全国每年发生的机毁人亡的重大事故不下百起。3.1塔吊重大事故分析1.塔吊本身质量在发生塔机事故和故障中，国产塔机占相当大的比重。尤其是一些小型塔机生产企业，在塔吊安全运行电气控制存在较多问题。2.塔吊运行时倾倒原因（1）塔吊起吊超重。塔吊吊装违反操作规程，包括钭吊重物、重物与下面物体钢筋钩等并未脱离，对起重时吊物重量不明（明显超重）、突然改变塔吊操作