工程塔吊中的理论力学

工程塔吊中的理论力学塔吊，即塔式起重机。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。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。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。1塔吊静力学分析塔吊静止时（考虑有载荷情况，且忽略风力），其主要受四个力作用，左侧重物，右侧重物的重力，机构自身重力，地面对其的约束力（可分解为沿x轴Fx的和y轴的Fy）,以及一个附加力偶。空载时为保证塔吊不会向左倾倒，整个构件必须满足平衡方程：∑MA＝0，W2a+FBb-W1(b+e)=0；限制条件FB≥0．安全的前提下，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．如图对塔吊左侧的平衡臂，由平衡条件得：∑Fx=0,F1cosθ=Fx；∑Fy=0,F1sinθ+Fy=W2+m1g；∑M=0，(F1sinθ-W2)l1=m1gl2；2塔吊工作时的运动情景分析动力情况：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。运动情况：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。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个分运动的合运动。过程分析：第一阶段，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；第二阶段，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；第三阶段，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。我们仅对第二阶段分析：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O222点向前摆动，这时会产生很大的惯性力。变幅小车刹车后，取自然坐标系列运动微分方程：mgdv/dt=-mgsinθ①mgv/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：Fmax=mg(1+v0/gl)可见，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。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。