QTZ40塔式起重机总体及变幅机构的设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 QTZ40塔式起重机总体及变幅机构的设计 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 1 指导教师： 课题来源 导师课题 课题类别 工程设计 一、论文资料的准备 (一) 塔式起重机概述 塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。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。1941年，有关塔机的德国工业标准DIN8770公布。该标准规定以吊载(t)和幅度(m)的乘积(tm)一起以重力矩表示塔机的起重能力。 塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。自塔式起重机在建筑施工中显露身手并逐渐成为工程机械一个重要分支以来，已经有50余年历史，其间利经了曲折复杂的发展阶段。70年代末，由于种种原因，国外塔式起重机制造业陷入了低谷，不少中小工厂纷纷停业或转产，仅少数大厂得以维持。直至80年代末才呈现逐渐复苏态势，1994年为复苏年头，复苏势头最好的国家为德国。据有关资料介绍，在塔机制造业鼎盛的70年代，西德拥有各式塔机48500台，80年代总量减至1/3，而近几年，东西德合并，基建规模扩大，塔机产量上升，现有塔机近40000台，其中半数机龄不足5年。 如今世界塔机市场最为红火的地区为东欧和亚太（特别是东南亚）。活跃在塔机市场上的著名产商是；德国的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法国的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comansa ，芬兰的 Betrox ，丹麦的KRφLL澳大利亚的Favco。这些大厂为了在国际塔机市场上占有更多份额，莫不注重总结经验，认真分析市场动态，下大力气进行产品的更新和开发 (二) 我国塔式起重机的发展 在中国塔式起重机的生产与应用已有40多年的历史，历经了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。 20世纪50年代，为满足国家经济建设需要，中国引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。1954年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试制成功了中国第一台TQ2—6型塔式起重机。随后又仿照前苏联样机，研制了15t与25t塔式起重机，这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量都较少。 20世纪60年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构中采用了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力偶合器等。在此时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。1961年，首先在北京试制成功了红旗-11型塔式起重机，它也是中国最早自行设计的塔式起重机。随后，中国又自行设计制造了TQ-6型塔式起重机，至1965年全国已经有生产厂10余家，生产塔式起重机360多台。这些塔式起重机都是下转动臂式，可整体拖运，能满足六层以下民用建筑施工的需要。 20世纪70年代，塔式起重机服务对象更为广泛。塔式起重机的幅度、起重量和起升高度均有了显著提高。为了满足市场各方面的要求，塔式起重机又向一机多用方向发展。中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。1972年中国第一台下回转的轻型轮胎式轨道两用起重机问世：同年为了北京饭店施工，中国又自行设计制造了QT-10型自升式塔式起重机，该机的起重力矩为1600kN·m。这一时期还先后开发了ZT 100、ZT 120、ZT 280等小车变幅自升式塔式起重机、QT-20小车变幅内爬式塔式起重机，QTL 16、TQ 40、TQ 45、TD 25、QTG 40、QTG 60 下回转动臂自行架设快装塔式起重机等，其年产量最高超过900台，标志着中国塔式起重机行业进入一个新的阶段。 20世纪80年代，中国塔式起重机相继出现了不少新产品，主要有QTZ 100、QZT 120等自升式塔式起重机，QT 60、QTK 60、QT 25HK 等下回转快装塔式起重机等。这些产品在性能方面已接近国外70年代水平，这一时期的最高年产量达1400台。与次同时，随着改革开放和国际技术交流的曾多，为满足建筑施工的需要，也从国外引进了一些塔式起重机，其中有联邦德国的 Liebherr、法国的Potain 以及意大利的 Edilmac等公司的产品。由于这些塔式起重机制造质量较好，技术性能比较先进，极大地促进了中国塔式起重机产品的设计与制造技术的进步。 20世纪90年代以后，中国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。全国塔式起重机的总拥有量也从20世纪50年代的几十台截至2000年约为6万台。现全国有300多个生产厂家，取得生产许可证的有241家；年产量9000台左右：产值超亿元、利税超千万的企业已达十多家。自1992年至今，塔机年出口量均大于进口量均大于进口量，年出口金额均大于进口金额，到目前为止年贸易顺差已达800多万美元，在基本上满足国民经济发展需要的前提下述可以出口创汇。至此，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度衡量，中国均堪称塔式起重机大国 (三) QTZ40型塔式起重机的简单介绍及其市场前景 QTZ40塔式起重机是由张家口建筑机械厂设计制造的，该QTZ40自升式塔吊为上回转、水平臂架、小车变幅、液压自升 式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4T，独立架设时最大起升高度可达29米，加附着最大起升可达120米，最大幅度分46.8米、42米 和50米。 QTZ40塔式起重机充分利用成组技术、组合设计技术及有限元分析技术，以“塔式起重机微机设计平台”为工具设计的国内最新型的起重运输机械。QTZ40塔吊为水平臂架、小车变幅、上回转液压顶升式起重机。最大有效幅度47m。是该种机型国内唯一达到此幅度的塔机。塔机独立使用时，起升高度27.8m，附着起升高度为120m（2倍率）。该机各项速度指标均达到或优于国家标准。 该机自重（不含配重及附着装置）21.46吨，总装机容量25.82KW，该机参数先进，性能优良可靠，造型美观，质量精良，结构简单实用，设有先进的安全装置，维修方便，使用安全，价格合理，是广大中小建筑企业理想的建筑施工机械。 QTZ40塔吊布置合理，外型美观，司机室独立侧置，视野好，给操作者创造了良好的工作环境。使用方便，维修简单，是广大建筑施工企业理想的建筑施工机械。具有起升、回转、变幅、顶升四种工作机构，可单独或复合动作，可以获得较高的工作效率。顶升机构用于塔身接高或降塔。起升机构采用多速电机，有快速、中速和 慢就位多种速度，充分满足用户各种工况的需要。起重臂可左、右作540度全回转，回转、变幅灵活可靠，起吊就位准确，可满足建筑施工中垂直及水平运输的需 要。该机设有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回转限制器等安全保护装置齐全，灵敏可靠，确保塔机正常工作。另外，还设有休息平台、护栏等安全保护设施。司机室独立侧置，造型美观，视野开阔，内部空间大，操作方便。该机适用性好，广泛用于中高层以下的各类工业与民用建筑和滑模施工的吊装，可用于港口、货场的装卸 (四) 起重机变幅机构的简单介绍 变幅机构变幅机构变幅机构变幅机构变幅机构的用途是改变起重机的幅度或伸距，即改变吊钩(或抓斗)中心至起重机旋转中心轴线的水平距离，以适应起重机在不同条件下装卸货物。变幅机构按作业要求分为非工作性变幅和工作性变幅两种，按性能要求又可分为非平衡变幅和平衡变幅两种。非平衡变幅就是在臂架摆动时，臂架的重心和物品的重心都要升高或降低，在减少幅度时，需要耗费很大的驱动功率；而在增大幅度时，则引起较大的惯性载荷，影响使用性能。因此，非平衡变幅大多用在桅杆起重机、塔式起重机或流动起重机等非工作性变幅，即不带物的变幅。其变幅的速度较低，一般在10～20米份。工作性变幅的起重机在每--I作循环中都要变幅，为提高生产率，节约驱动功率和使操作平衡可靠，需要采用平衡变幅。即应用各种方法使起重机在变幅过程中物品的重心沿水平线或近似水平线移动，而臂架系统的重量由活动平衡重所平衡，两者的合成重心也沿水平线移动。这种起重机的变幅可以较大，用于安装工作时，变幅速度为10～35米／分：用于装卸作业时，变幅速度为40～90米／分或更高；小起重量时，取较高速度；大起重量时，取较低速度平衡变幅的臂架系统须与起升绳的卷绕和布置方式同时考虑，根据不同的工作要求合理选择臂架的型式及其杆件尺寸，当臂架摆动时，使起升绳的伸缩补偿吊钩的垂直位移，达到吊钩作水平移动的茸的。根据补偿原理，臂架的型式可分为单臂架系统和组合臂架系统两种。在单臂架系统中，都采用绳索补偿法补偿吊钩的垂直位移，以使吊钩作近似水平移动。根据结构不同，又分滑轮组补偿法、转柱导向滑轮补偿法、平衡滑轮补偿法和平衡卷筒补偿法等四种。其中，平衡滑轮补偿法的结构简单、钢丝绳磨损小，目前在大中起重量门座起重机上应用较多。绳索补偿法都具有一些共同的特点，如钢丝绳长，缠绕的滑轮多，在交幅时钢丝绳要在滑轮上滚移，因而加速了钢丝绳的磨损。但由于钢丝绳长，在起升物品时缓冲性能较好，这能减少结构的振动；同时这类补偿都使用单臂架，重量轻，设计也简单。近年来，随着钢丝绳质量的提高，滑轮组补偿法和平衡滑轮补偿法都应用的较多。若不用伸缩补偿法，便要用组合臂架系统。组合臂架由臂架、象鼻梁和拉杆等组成。起升绳从吊钩引至卷筒时，可以平行或不平行于拉杆轴线或臂架轴线。总的来说，组合臂架系统的显著优点是不需要单臂架那样的补偿滑轮，因此起升绳长度短、卷绕滑轮少、钢丝绳寿命长；其吊钩位移曲线要比单臂架的吊钩位移曲线平滑；吊钩至象鼻梁端点的距离(即悬挂高度)短，且在变幅时基本不变，这有助于减少物品的摆动，改善变幅工作的性能。详细的介绍可以看第二部分变幅机构的方案选型 (五) 课题意义 通过对该课题的研究，可以对我在本科期间的所学知识进行一个全面的巩固，比如计算机绘图、力学分析、各个机械方面软件的应用，专业语言面描述能力。加强我学以致用的能力。同时也是对我查阅资料能力、外语水平的再一次提高，也扩大了我对本专业领域的了解。并提高我的创新能力、团队精神和沟通能力，树立良好的学术思想和工作作风。 二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 本次毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神的最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创新、解决相关技术问题。通过毕业设计，使学生掌握塔式起重机的总体设计、变幅机构的设计、变幅小车的设计和计算等内容，为今后步入社会工作岗位打下良好的基础。重点解决包括总体参数的选择，结构形式的确定。然后按照总体设计的要求进行各项参数的计算，包括主要技术参数性能，设计原则，平衡重的计算，塔机的风力计算，整机倾翻稳定性的计算。而关键问题解决在于变幅机构的设计和计算，这里包括选择变幅机构的形式，确定卷筒尺寸，接下来再选择电动机的型号，以及减速器、制动器、联轴器的选择。在这个过程中我们一定要认真选择合适的型号，以免影响后面的设计。接着还要验算实际变幅速度，验算起、制动时间。以及电动机发热验算。卷筒强度的计算。到这里大部分的设计任务基本上已完成，我们要回过头重新看一看，检查一下哪里是否出现错误，及时改正。最后一项任务是变幅小车的设计，包括变幅小车的形式，变幅小车的强度计算。计算过程中要细心，仔细计算每一个结果，确保设计任务符合标准。 三、主要内容、研究方法、研究思路 主要内容： （1） 设计任务： ① 总体参数的选择（QTZ40级别） ② 结构形式 （2） 总体设计 ① 主要技术参数性能 ② 设计原则 ③ 平衡重的计算 ④ 塔机的风力计算 ⑤ 整机倾翻稳定性的计算 （3） 变幅机构的设计和计算 ① 变幅机构的形式 ② 确定卷筒尺寸 ③ 选择电动机、减速器、制动器、联轴器 ④ 验算实际变幅速度 ⑤ 验算起、制动时间 ⑥ 电动机发热验算 ⑦ 卷筒强度的计算 （4） 变幅小车的设计 ① 变幅小车的形式 ② 变幅小车的强度计算 研究方法：①类比法：参考国内同类型塔式起重机设计； 研究思路：对变幅机构进行设计计算（力的分析、强度校核，寿命的预算）1、设计任务①总体参数的选择②结构形势2、总体设计①主要技术参数性能②设计原则③平衡重的计算④塔机的风力计算⑤整体倾翻稳定性计算3、变幅机构的设计和计算①变幅机构的形式②确定卷筒尺寸③选择电动机、减速器、制动器、联轴器④验算实际变幅速度⑤验算起、制动时间⑥电动机发热验算⑦卷筒强度计算4、变幅小车设计①变幅小车的形式②变幅小车的强度计算 四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 3.21-3.27：熟悉整理资料 3.28-4.10：方案选择与总体设计 4.11-4.17：绘制总图 4.18-5.15：变幅机构、变幅小车的设计 5.16-6.5： 绘制变幅机构、变幅小车装配图 6.6-6.17： 绘制零件图纸 6.18-6.22：准备论文及答辩 五、主要参考文献 【1】 董刚　李建功　潘风章主编　《机械设计》（第3版）　北京：机械工业出版社　1998 【2】 张质文，虞和谦等.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社.1997. 【3】 《机械设计手册》（第1卷）（新版）机械设计手册编委会编著　 北京：机械工业出版社　2004.8 【4】 《机械设计手册》（第2卷）（新版）机械设计手册编委会编著　 北京：机械工业出版社　2004.8 【5】 成大先主编《机械设计手册》（第4版）北京：化学工业出版社　2002 【6】 顾迪民主编《工程起重机》（第2版）北京：中国建筑工业出版社　1988 【7】 刘品主编《互换性与测量技术基础》（第2版）哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社　2001 【8】 徐灏主编《机械设计手册》（第2版）　北京：机械工业出版社　2000 【9】 曹双寅主编《工程结构设计原理》　南京：东南大学出版社　2002 【10】刘鸿文主编《材料力学》（第4版） 高等教育出版社 【11】《QTZ400塔式起重机使用说明书》 【12】张青 张瑞军 编著《工程起重机结构与设计》北京：化学工业出版社，2008.7 【13】中华人民共和国国家标准GB/T　13752-92　《塔式起重机设计规范》　北京：中国标准出版社　1993 指导教师意见： 指导教师签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系意见： 系领导签名： 日期： 系盖章 课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他 课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。