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【摘 要】塔式起重机是工程起重机的一个种类，可以直立的固定在建筑工地上，进行非连续性搬运作业，由于起重臂是垂直连接在塔身上部，工作幅度和起升高度幅度都比较大。因其利用率高、回转半径大、方便安装拆卸等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用。本文主要论述探讨了组合式塔式起重机塔身、塔帽和吊臂的设计。
【关键词】塔式起重机；组合式；吊臂
1.组合式塔机的设计任务
在设计组合式塔机时需要遵循一定的设计原则，设计理念以满足使用要求为导向，并对设计工况和载荷组合进行分析。
1.1设计准则
塔式起重机的设计必须要符合基本参数系统标准（JJB-80），其计算依据以起重机设计规范（GB3811-2008）和塔式起重机设计规范（GB/T 13752-92）为准。
1.2性能设计要求
塔式起重机的设计要满足各项使用性能要求，首先，是要确定最大额定起重量.最大额定起重量是指当塔机基本臂处于最小幅度时，起重机所能吊起的最大重量；其次，是起重力矩。起重力矩是指起重机工作幅度与在该幅度下的吊重载荷乘积，它是塔式起重机起重能力指标，需要考虑到吊重和幅度两方面因素；再者，是起重高度，起重高度是指塔机空载时吊钩所能上升到的最高位置，一般指吊钩中心到支撑面的距离。最后，是区分工作级别。塔式起重机的工作级别包括各机构工作级别和整台工作级别，所以要区分好。
1.3分析塔机设计工况及载荷组合
塔式起重机一般高度很高，而支撑面积并不大，二者的尺寸差别很大，而塔机活动的范围很大，所以为了保证塔机在使用过程中不会因为重心不稳而发生倒塌事故，在设计过程中需要分析惯性载荷组合，充分考虑到稳定性问题。
2.结构设计
组合式塔式起重机的塔机结构部分是主要受力载体，是塔机的主要构成部分，其设计是否合理、科学以及制造工艺好坏会大大影响到起重机使用过程中的性能，所以在设计的过程中要充分考虑到对塔身、平衡臂、吊臂等主要部位的设计。
2.1塔身结构的设计
金属是组合式塔式起重机塔身的构成主体，在设计的时候需要充分考虑到金属结构件的强度、刚度和稳定性，并依照使用性能要求进行计算。首先，需要确定出塔身的许用应力、剪切许用应力以及端面承压的许用应力，以确定金属构件的强度；其次，是分析塔式起重机的稳定性。由于塔式起重机的塔身是由金属材料通过焊接各个杆件的格构式结构，对杆件的计算工作十分复杂，所以就必须等效为实腹式结构。塔式起重机的根部是塔身受力的最危险点，它除了受到轴向力和横向力的作用外，由于塔身上部吊臂和平衡臂的受力不均衡会对塔身产生一个弯矩作用；最后，是分析塔身的剛度。刚度性能的好坏关系到塔机在使用过程中是否会因为承受压力过大而产生变形，进而恶化到发生倾倒，所以要严格控制好塔机刚度与整体的受力程度相匹配。
2.2组合式塔式起重机吊臂设计
（1）确定吊臂截面的形式和尺寸。塔式起重机的吊臂由于使用需要，往往设计的都比较长，其自身重量也非常的重，所以说吊臂结构形式的设计对塔式起重机的工作性能有着重大的影响，如果吊臂自身重量过轻了会影响刚度，过重了既浪费材料又增加安全隐患，所以一般采用的是正三角形截面，上主弦采用圆形管，下主弦采用角钢焊接而成的方钢。
（2）确定吊臂吊点形式及位置。组合式塔式起重机的吊臂一般由多节手臂组成的，为了能使到变幅小车能够进行大幅度工作，过去一般采用的是单吊点方式，但单吊点在承载能力一定的前提下，对吊臂强度、刚度和稳定性的要求比较高。因此，现在基本都采用增加一个支承吊点的方式来解决这个问题。
（3）吊臂材料与主弦腹杆设计。由于吊臂设计成正三角形结构，对材料的选用上主弦用Q235圆管，下主弦用方管，用两个角钢拼接而成。由于吊臂根部弯矩要比端部大的多，鉴于对材料进行充分利用的考虑，可以将吊臂分为根部、中部和端部，按照吊臂总长为8米来计算，根部和中部可以设计为3米，端部设计为2米，吊臂宽度和高度均为300米，将吊臂的斜腹杆设计在吊臂两侧面，底腹杆设计在吊臂横截面底边。
2.3平衡臂的设计
平衡臂的设计跟配重有着重要的联系。塔式起重机的配重主要是用于平衡其工作和非工作状态时塔机上部各力产生的力矩。所以在设计平衡臂的时候要充分考虑到和配重的比例关系，才能保持整个起重机的平衡度。平衡臂结构中主弦一般采用方钢、腹杆采用圆钢管，上表面则铺设一层钢板，整体上来讲平衡臂的设计方法有点类似于吊臂的设计，因此可以参照平衡臂的设计方式。
3.结束语
总的来说，不管采用何种设计思路，塔式起重机的最基本结构包括有金属结构、工作机构和驱动控制系统三个部分。金属结构式塔式起重机的主要组成部分，是整个起重机的主心骨，有了金属结构才可承载各种工作机构和驱动控制系统。本文基于起重机设计的原则，重点是分析了塔式起重机塔身结构设计、吊臂设计以及平衡臂设计的思路，旨在设计出质量稳定、强度高、安全可靠、操作方便的起重机。
【参考文献】
[1]李欣.塔式起重机产品组合设计方法研究[J].建筑机械，2012（32）：24.
[2]林贵瑜.受压架式吊臂设计原理的研究[J].中国科技纵横，2011（2）：15.
[3]马海锋.塔式起重机改造设计[J].中国新科技产品，2011（13）：17.
【关键词】塔式起重机；组合式；吊臂
1.组合式塔机的设计任务
在设计组合式塔机时需要遵循一定的设计原则，设计理念以满足使用要求为导向，并对设计工况和载荷组合进行分析。
1.1设计准则
塔式起重机的设计必须要符合基本参数系统标准（JJB-80），其计算依据以起重机设计规范（GB3811-2008）和塔式起重机设计规范（GB/T 13752-92）为准。
1.2性能设计要求
塔式起重机的设计要满足各项使用性能要求，首先，是要确定最大额定起重量.最大额定起重量是指当塔机基本臂处于最小幅度时，起重机所能吊起的最大重量；其次，是起重力矩。起重力矩是指起重机工作幅度与在该幅度下的吊重载荷乘积，它是塔式起重机起重能力指标，需要考虑到吊重和幅度两方面因素；再者，是起重高度，起重高度是指塔机空载时吊钩所能上升到的最高位置，一般指吊钩中心到支撑面的距离。最后，是区分工作级别。塔式起重机的工作级别包括各机构工作级别和整台工作级别，所以要区分好。
1.3分析塔机设计工况及载荷组合
塔式起重机一般高度很高，而支撑面积并不大，二者的尺寸差别很大，而塔机活动的范围很大，所以为了保证塔机在使用过程中不会因为重心不稳而发生倒塌事故，在设计过程中需要分析惯性载荷组合，充分考虑到稳定性问题。
2.结构设计
组合式塔式起重机的塔机结构部分是主要受力载体，是塔机的主要构成部分，其设计是否合理、科学以及制造工艺好坏会大大影响到起重机使用过程中的性能，所以在设计的过程中要充分考虑到对塔身、平衡臂、吊臂等主要部位的设计。
2.1塔身结构的设计
金属是组合式塔式起重机塔身的构成主体，在设计的时候需要充分考虑到金属结构件的强度、刚度和稳定性，并依照使用性能要求进行计算。首先，需要确定出塔身的许用应力、剪切许用应力以及端面承压的许用应力，以确定金属构件的强度；其次，是分析塔式起重机的稳定性。由于塔式起重机的塔身是由金属材料通过焊接各个杆件的格构式结构，对杆件的计算工作十分复杂，所以就必须等效为实腹式结构。塔式起重机的根部是塔身受力的最危险点，它除了受到轴向力和横向力的作用外，由于塔身上部吊臂和平衡臂的受力不均衡会对塔身产生一个弯矩作用；最后，是分析塔身的剛度。刚度性能的好坏关系到塔机在使用过程中是否会因为承受压力过大而产生变形，进而恶化到发生倾倒，所以要严格控制好塔机刚度与整体的受力程度相匹配。
2.2组合式塔式起重机吊臂设计
（1）确定吊臂截面的形式和尺寸。塔式起重机的吊臂由于使用需要，往往设计的都比较长，其自身重量也非常的重，所以说吊臂结构形式的设计对塔式起重机的工作性能有着重大的影响，如果吊臂自身重量过轻了会影响刚度，过重了既浪费材料又增加安全隐患，所以一般采用的是正三角形截面，上主弦采用圆形管，下主弦采用角钢焊接而成的方钢。
（2）确定吊臂吊点形式及位置。组合式塔式起重机的吊臂一般由多节手臂组成的，为了能使到变幅小车能够进行大幅度工作，过去一般采用的是单吊点方式，但单吊点在承载能力一定的前提下，对吊臂强度、刚度和稳定性的要求比较高。因此，现在基本都采用增加一个支承吊点的方式来解决这个问题。
（3）吊臂材料与主弦腹杆设计。由于吊臂设计成正三角形结构，对材料的选用上主弦用Q235圆管，下主弦用方管，用两个角钢拼接而成。由于吊臂根部弯矩要比端部大的多，鉴于对材料进行充分利用的考虑，可以将吊臂分为根部、中部和端部，按照吊臂总长为8米来计算，根部和中部可以设计为3米，端部设计为2米，吊臂宽度和高度均为300米，将吊臂的斜腹杆设计在吊臂两侧面，底腹杆设计在吊臂横截面底边。
2.3平衡臂的设计
平衡臂的设计跟配重有着重要的联系。塔式起重机的配重主要是用于平衡其工作和非工作状态时塔机上部各力产生的力矩。所以在设计平衡臂的时候要充分考虑到和配重的比例关系，才能保持整个起重机的平衡度。平衡臂结构中主弦一般采用方钢、腹杆采用圆钢管，上表面则铺设一层钢板，整体上来讲平衡臂的设计方法有点类似于吊臂的设计，因此可以参照平衡臂的设计方式。
3.结束语
总的来说，不管采用何种设计思路，塔式起重机的最基本结构包括有金属结构、工作机构和驱动控制系统三个部分。金属结构式塔式起重机的主要组成部分，是整个起重机的主心骨，有了金属结构才可承载各种工作机构和驱动控制系统。本文基于起重机设计的原则，重点是分析了塔式起重机塔身结构设计、吊臂设计以及平衡臂设计的思路，旨在设计出质量稳定、强度高、安全可靠、操作方便的起重机。
【参考文献】
[1]李欣.塔式起重机产品组合设计方法研究[J].建筑机械，2012（32）：24.
[2]林贵瑜.受压架式吊臂设计原理的研究[J].中国科技纵横，2011（2）：15.
[3]马海锋.塔式起重机改造设计[J].中国新科技产品，2011（13）：17.