QTZ40塔式起重機總體及臂架優化設計開題報告

畢業設計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及臂架 優化設計 系 別： 機械工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 課題來源 導師課題 課題類別 工程設計 一、論文資料的準備 1 塔式起重機概述 塔式起重機又稱塔機，從西歐發源，具有適用范圍廣，回轉半徑大，操作方便，工 作效率高以及安裝與拆卸比較簡便等特點，從而廣泛的使用在建筑安裝工程中，并成為 重要的施工機械之一。同時，塔式起重機在水利建設，造船以及電站施工等部門也有應 用參考。 塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉的起重機械，簡稱塔機，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉半徑大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點。主要完成在高層建筑施工中預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機應具備下列特點： ① 起升高度和工作幅度較大、起重力矩大； ② 工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調速性能； ③ 要求拆裝運輸方便迅速，以適應頻繁轉移工地的需要。 2我國塔式起重機的發展現狀 塔式起重機在我國的生產與應用已經有50余年的歷史，經歷了以個從測繪仿制到自行設計制造的過程，特別是進入20世紀90年代以后，我國塔式起重機行業隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個興盛時期，年產量連年猛增，而且有部分產品出口到國外。 現在我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機的應用。近20年來，市場的需求，有力的促進了技術的進步，通過研究開發、技術創新、引進消化，我們的設計手段和配套件生產能力也有了很大的進步，計算機輔助設計、微電子技術、程控語言控制技術都在塔機上得到了應用。當然也不可否認，我國的塔機產品的技術性能、制作質量和品種型號規格，與發達國家產品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產設備和檢測手段等，差距更大。這就影響了我們整機產品的質量和可靠性，增加了事故隱患。對此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創新、嚴格把關、趕超國際水平。 二、塔式起重機的研究現狀及發展趨勢 塔式起重機(簡稱塔吊)是一種塔身直立、起重機臂鉸接在塔帽下部且能夠作360°回轉的起重機,通常用于房屋建筑和設備安裝的場所,具有適用范圍廣、起升高度高、回轉半徑大、工作效率高、操作簡便、運轉可靠等特點。因此它在建筑安裝施工中已經得到了廣泛的應用,特別對于高層建筑施工來說,更是一種不可缺少的重要施工機械。 塔式起重機起源于歐洲。據記載，第一項有關建筑用塔機專利頒發于1900年。1905年出現了塔身固定的裝有臂架的起重機，1923年制成了近代塔機的原型樣機，同年出現第一臺比較完整的近代塔機。1930年當時德國已開始批量生產塔機，并用于建筑施工。1941年，有關塔機的德國工業標準DIN8770公布。該標準規定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機的起重能力。 我國的塔機行業于20世紀50年代開始起步,已有50多年的歷史，經歷了一個從測仿制到自行設計制造的過程。 20世紀50年代，為滿足國家經濟建設的需要，中國引進了前蘇聯以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。這個時期中國生產與使用的塔式起重機的數量較少。 20世紀60年代，由于高層、超高層建筑的發展，廣泛使用了內部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構中采用比較先進的技術，如直流調速、可控硅調速、渦流制動器、在回轉和運行機構中安裝液力偶合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。 20世紀70年代，塔式起重機服務對象更為廣泛。塔式起重機的幅度、起重量合起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機又向一機多用方向發展。中國塔式起重機進入了技術提高、品種增多的新階段。這一時期還先后開發了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機、QT-20小車變幅內爬式塔式起重機，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉動臂自行架設快裝塔式起重機等，其年產量最高超過900臺，標志著中國塔式起重機行業進入一個新的階段。20世紀90年代以后，中國塔式起重機行業隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，年產量連年猛增，而且有部分產品出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也從20世紀50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺。至此，無論從生產規模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。 三﹑QTZ40塔式起重機的整體簡介 QTZ40塔式起重機具有起升、回轉、變幅、頂升四種工作機構，可單獨或復合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構用于塔身接高或降塔,起升機構采用多速電機，有快速、中速和 慢就位多種速度，充分滿足用戶各種工況的需要。起重臂可左、右作540度全回轉，回轉、變幅靈活可靠，起吊就位準確，可滿足建筑施工中垂直及水平運輸的需 要。該機設有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回轉限制器等安全保護裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機正常工作。另外，還設有休息平臺、護欄等安全保護設施。司機室獨立側置，造型美觀，視野開闊，內部空間大，操作方便。該機適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業與民用建筑和滑模施工的吊裝，也用于港口、貨場的裝卸。 四. 此次我設計吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重機起重臂簡稱臂架或吊臂，按構造形式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。本次設計采用小車變幅水平臂架，小車變幅水平臂架又概分為三種不同形式：單吊點小車變幅臂架、雙吊點小車變幅臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車變幅臂架。單吊點小車變幅臂架是靜定結構，而雙吊點小車變幅臂架則是超靜定結構。雙吊點小車變幅臂架結構自重輕，據分析與同等起重性能的單吊點小車變幅臂架相比，自重均可減輕5%-10%。小車變幅臂架拉索吊點可以設在下弦處，也可設在上弦處，現今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，正三角形截面臂架。這種臂架的下弦桿上平面均用作小車運行軌道。塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩型截面。小車變幅水平臂架大都采用正三角形截面。 五、ANSYS介紹 “有限元”這個詞語于1965年首次被提出，經過大約40多年的不斷發展和完善，到今天已經廣泛應用于各種不同的工程之中，理論也已經相當成熟。有限元思想的核心就是把實際結構離散化，假想地使實際的結構離散為有限數目個類似結構的個體，然后通過分析這些有限個體的性能來求出滿足實際工程要求的計算結果，從而代替對于具體復雜實際結構的求解。經過離散化，應用有限元思想，可以解決很多實際復雜的工程問題，并在理論研究和工程應用兩方面都具有極其重要的實用價值。 1970年，美國著名力學專家、匹茲堡大學教授John Swanson創建了ANSYS公司，通過四十余年的發展壯大，已經逐漸成為全球CAE行業中最大的公司。在發展過程中，ANSYS軟件不斷改進提高，性能也不斷增強，可靠性也不斷得到保證，在易用性和適應運行環境等其他方面也日趨完善，基本上完全能夠滿足當前用戶對于有限元分析軟件的要求，當下，已發展到了14．0版本。 ANSYS作為一個大型通用軟件，可以廣泛的應用于結構、流體、聲場、熱、耦合場、 電磁場上面，其使用用戶也能夠涵蓋機械、土木建筑、水利、生物、醫學、能源、航空 航天和交通運輸等各行各業的不同領域，利用ANSYS軟件，能夠將實際模型置于各種各 樣不同的復雜實際工況之中，準確并合理的分析，優化設計，減少實際試驗的物質和人 力投入，提高工作效率，縮短研發周期從而能夠為提高利潤做出貢獻。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個過程：建立模型、劃分網格、加載和求解、結果后處理。若在實際應用過程中想對其中的某一個步驟進行改動和變化，則依然需要重新完成其中的每一個步驟，無形中浪費了太多的工作時間。針對現實情況，ANSYS提供了APDL參數化設計語言來處理類似問題，通過APDL語言及UIDL語言或類似VB、VC編程語言開發應用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發。 二次開發已經在國外得到了很多方面的應用。例如： AlexeyI．Borovkv開發了兩款軟件，分別應用于散熱器穩態3D熱分析及轉子體剛度不對稱補償。使用者只需面對初始參數輸入界面，而軟件自動完成建立模型、劃分網格、加載和求解等復雜步驟，還可以在專用軟件中生成符合用戶要求的報告，這一系列開發，無形中減少了用戶建模的工作量，無疑會提高相當的效率，大大節省了用戶的時間。 而相對而言，國內關于ANSYS的二次開發方面才剛剛起步，在很多方面與國外先進 水平存在相當的差距，但一些高校和科研機構也相應的開發了很多產品，取得了一定的 研究成果，并在實際應用方面也做出了很大的貢獻。這系列研究和實際大致取得的成果有：針對具體實際工程應用問題而開發的專用系統，例如水利工程、土木建筑以及機械的結構和優化設計；針對商業化發展的具體模塊，例如壓力容器自動化分析軟CPV-ANSYS，基于ANSYS的應用柴油機鑄造成型專用軟件等。總體而言，國內關于二次開發的研究也已經取得了很好的效果，同時也存在發展的空間，是一個具有相當潛能，大有可為的新興科研項目。 六、主要內容、研究方法、設計要求 1、主要內容 （1） 設計任務： ① 總體參數的選擇（QTZ40級別） ② 結構形式 （2） 總體設計 ① 主要技術參數性能 ② 設計原則 ③ 平衡重的計算 ④ 塔機的風力計算 ⑤ 整機傾翻穩定性的計算 （3） 吊臂的設計和計算 ① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點） ② 吊臂的強度、穩定性及剛度驗算 2、 研究方法 （1）資料的準備 通過上網和畢業實習，搜集同類已研發產品相關資料，了解國內外塔式起重機總體設計和塔頂的設計的已研發的產品，借鑒這些產品的設計思路為自己的設計做準備。了解所做設計中的標準部件的相關信息，為以后設計做好準備。 （2）參數確定 根據所查資料，了解到起重機的相關參數，和對標準部件的了解，選擇能免租條件的相關零件。根據傳統設計方法并結合相似的產品結構進行具體的設計，在設計中確定個關節的合理尺寸和形狀。整體和各個部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出個主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產品的具體具體設計尺寸和形狀。 3、 設計要求 ① 主要任務：學生應在指導教師指導下獨立完成一項給定的設計任務，編寫符合要求的設計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業論文，并繪制有關圖表。 ② 知識要求：學生在畢業設計工作中，應綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學習、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領域、延伸專業技能。 ③ 能力培養要求：學生應學會依據技術課題任務，完成資料的調研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養學生掌握有關工程設計的程序、方法與技術規范，提高工程設計計算、圖紙繪制、編寫技術文件的能力；培養學生掌握實驗、測試等科學研究的基本方法；鍛煉學生分析與解決工程實際問題的能力。 ④ 綜合素質要求：通過畢業設計，學生應掌握正確的設計思想；培養學生嚴肅認真的科學態度和嚴謹求實的工作作風；在工程設計中，應能樹立正確的生產觀、經濟觀與全局觀。 ⑤ 設計成果要求： 凡給定的設計內容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應出現缺頁、少圖紙現象。 1） 對設計的全部內容，包括設計計算、機械構造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結構與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等也有一定了解。 2） 說明書、計算書內容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設計計算步驟正確，數學計算準確，各項說明要有依據，插圖、表格及字跡均應工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。 3） 對國內外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。 其他各項應符合本資料有關部分提出的要求。 五、畢業設計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）： ① 計算說明書一份 內容包括：設計任務要求的選型、設計計算內容、畢業實習報告等。作到內容完整，論證充分（包括經濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規（分別進行統一編號）、批準，字數要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學生應用計算機進行設計、計算與繪圖。 ② 圖紙一套 不少于四張零號圖紙量。 七、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期） 2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料 2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設計 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 吊臂設計 20135.16-2013.6.5 繪制吊臂裝配及結構圖紙 2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙 2013.6.20-2013.6.21 準備論文及答辯 八、主要參考文獻 [1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業出版社 [2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業出版社 [3] 機械設計手冊.化學工業出版社（5冊） [4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規范 [6] GB5144—1994 塔式起重機安全規程 [7] 邢靜忠．ANSYS應用實例與分析．科學出版社．2006． [8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國防工業出版社．2005． [9]GB/T9462—1999 塔式起重機設計條件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規程 指導教師意見： 指導教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領導簽名： 日期： 系蓋章