QTZ40塔式起重机总体及臂架优化设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 QTZ40塔式起重机总体及臂架 优化设计 系 别： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 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 1 塔式起重机概述 塔式起重机又称塔机，从西欧发源，具有适用范围广，回转半径大，操作方便，工 作效率高以及安装与拆卸比较简便等特点，从而广泛的使用在建筑安装工程中，并成为 重要的施工机械之一。同时，塔式起重机在水利建设，造船以及电站施工等部门也有应 用参考。 塔式起重机是一种塔身树立起重臂回转的起重机械，简称塔机，也叫塔吊，起源于西欧。具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起升高度大、操作方便以及安装与拆卸比较简便等特点。主要完成在高层建筑施工中预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作。塔式起重机应具备下列特点： ① 起升高度和工作幅度较大、起重力矩大； ② 工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能； ③ 要求拆装运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需要。 2我国塔式起重机的发展现状 塔式起重机在我国的生产与应用已经有50余年的历史，经历了以个从测绘仿制到自行设计制造的过程，特别是进入20世纪90年代以后，我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兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。 现在我国的建筑用塔式起重机已越来越普遍，从普通的多层民用建筑、房地产工程、高层建筑到大型的铁路工程、桥梁工程、电力工程、水利工程等，到处都有塔机的应用。近20年来，市场的需求，有力的促进了技术的进步，通过研究开发、技术创新、引进消化，我们的设计手段和配套件生产能力也有了很大的进步，计算机辅助设计、微电子技术、程控语言控制技术都在塔机上得到了应用。当然也不可否认，我国的塔机产品的技术性能、制作质量和品种型号规格，与发达国家产品相比，仍然存在较大的差距，特别是基础零部件的可靠性、电气元件、液压元件、工艺安装、生产设备和检测手段等，差距更大。这就影响了我们整机产品的质量和可靠性，增加了事故隐患。对此我们绝不可以掉以轻心，要加倍努力、敢于创新、严格把关、赶超国际水平。 二、塔式起重机的研究现状及发展趋势 塔式起重机(简称塔吊)是一种塔身直立、起重机臂铰接在塔帽下部且能够作360°回转的起重机,通常用于房屋建筑和设备安装的场所,具有适用范围广、起升高度高、回转半径大、工作效率高、操作简便、运转可靠等特点。因此它在建筑安装施工中已经得到了广泛的应用,特别对于高层建筑施工来说,更是一种不可缺少的重要施工机械。 塔式起重机起源于欧洲。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。 我国的塔机行业于20世纪50年代开始起步,已有50多年的历史，经历了一个从测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的需要，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。这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量较少。 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比较先进的技术，如直流调速、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。 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、起重量合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。这一时期还先后开发了ZT100、ZT120、ZT280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，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60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。至此，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度来衡量，中国均堪称塔式起重机大国。 三﹑QTZ40塔式起重机的整体简介 QTZ40塔式起重机具有起升、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，也用于港口、货场的装卸。 四. 此次我设计吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重机起重臂简称臂架或吊臂，按构造形式可分为：小车变幅水平臂架；俯仰变幅臂架，简称动臂；伸缩式小车变幅臂架；折曲式臂架。本次设计采用小车变幅水平臂架，小车变幅水平臂架又概分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车变幅臂架。单吊点小车变幅臂架是静定结构，而双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重性能的单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻5%-10%。小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。塔机臂架的截面形式有三种：正三角形截面、倒三角形截面和矩型截面。小车变幅水平臂架大都采用正三角形截面。 五、ANSYS介绍 “有限元”这个词语于1965年首次被提出，经过大约40多年的不断发展和完善，到今天已经广泛应用于各种不同的工程之中，理论也已经相当成熟。有限元思想的核心就是把实际结构离散化，假想地使实际的结构离散为有限数目个类似结构的个体，然后通过分析这些有限个体的性能来求出满足实际工程要求的计算结果，从而代替对于具体复杂实际结构的求解。经过离散化，应用有限元思想，可以解决很多实际复杂的工程问题，并在理论研究和工程应用两方面都具有极其重要的实用价值。 1970年，美国著名力学专家、匹兹堡大学教授John Swanson创建了ANSYS公司，通过四十余年的发展壮大，已经逐渐成为全球CAE行业中最大的公司。在发展过程中，ANSYS软件不断改进提高，性能也不断增强，可靠性也不断得到保证，在易用性和适应运行环境等其他方面也日趋完善，基本上完全能够满足当前用户对于有限元分析软件的要求，当下，已发展到了14．0版本。 ANSYS作为一个大型通用软件，可以广泛的应用于结构、流体、声场、热、耦合场、 电磁场上面，其使用用户也能够涵盖机械、土木建筑、水利、生物、医学、能源、航空 航天和交通运输等各行各业的不同领域，利用ANSYS软件，能够将实际模型置于各种各 样不同的复杂实际工况之中，准确并合理的分析，优化设计，减少实际试验的物质和人 力投入，提高工作效率，缩短研发周期从而能够为提高利润做出贡献。使用ANSYS软件分析，包含以下几个过程：建立模型、划分网格、加载和求解、结果后处理。若在实际应用过程中想对其中的某一个步骤进行改动和变化，则依然需要重新完成其中的每一个步骤，无形中浪费了太多的工作时间。针对现实情况，ANSYS提供了APDL参数化设计语言来处理类似问题，通过APDL语言及UIDL语言或类似VB、VC编程语言开发应用界面，即可完成在ANSYS中的二次开发。 二次开发已经在国外得到了很多方面的应用。例如： AlexeyI．Borovkv开发了两款软件，分别应用于散热器稳态3D热分析及转子体刚度不对称补偿。使用者只需面对初始参数输入界面，而软件自动完成建立模型、划分网格、加载和求解等复杂步骤，还可以在专用软件中生成符合用户要求的报告，这一系列开发，无形中减少了用户建模的工作量，无疑会提高相当的效率，大大节省了用户的时间。 而相对而言，国内关于ANSYS的二次开发方面才刚刚起步，在很多方面与国外先进 水平存在相当的差距，但一些高校和科研机构也相应的开发了很多产品，取得了一定的 研究成果，并在实际应用方面也做出了很大的贡献。这系列研究和实际大致取得的成果有：针对具体实际工程应用问题而开发的专用系统，例如水利工程、土木建筑以及机械的结构和优化设计；针对商业化发展的具体模块，例如压力容器自动化分析软CPV-ANSYS，基于ANSYS的应用柴油机铸造成型专用软件等。总体而言，国内关于二次开发的研究也已经取得了很好的效果，同时也存在发展的空间，是一个具有相当潜能，大有可为的新兴科研项目。 六、主要内容、研究方法、设计要求 1、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） 吊臂的设计和计算 ① 吊臂的形式及尺寸（变截面）（双吊点） ② 吊臂的强度、稳定性及刚度验算 2、 研究方法 （1）资料的准备 通过上网和毕业实习，搜集同类已研发产品相关资料，了解国内外塔式起重机总体设计和塔顶的设计的已研发的产品，借鉴这些产品的设计思路为自己的设计做准备。了解所做设计中的标准部件的相关信息，为以后设计做好准备。 （2）参数确定 根据所查资料，了解到起重机的相关参数，和对标准部件的了解，选择能免租条件的相关零件。根据传统设计方法并结合相似的产品结构进行具体的设计，在设计中确定个关节的合理尺寸和形状。整体和各个部件的形状和尺寸确定后，用二维作图工具（autoCAD等）绘制出个主要部件的图形图和总装图。明确产品的具体具体设计尺寸和形状。 3、 设计要求 ① 主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一份毕业论文，并绘制有关图表。 ② 知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化理论认识、扩展知识领域、延伸专业技能。 ③ 能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 ④ 综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。 ⑤ 设计成果要求： 凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。 1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定了解。 2） 说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。 3） 对国内外塔式起重机情况有一般的了解，对各种塔式起重机有一定的分析、比较能力。 其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。 五、毕业设计（论文）成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： ① 计算说明书一份 内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、批准，字数要求不少于2万字；撰写中英文摘要；提倡学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 ② 图纸一套 不少于四张零号图纸量。 七、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理资料 2013.3.29-2013.4.13 方案选择及总体设计 2013.4.14-2013.4.20 绘制总图 2013.4.21-2013.5.15 吊臂设计 20135.16-2013.6.5 绘制吊臂装配及结构图纸 2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸 2013.6.20-2013.6.21 准备论文及答辩 八、主要参考文献 [1] 哈尔滨建筑工程学院主编.工程起重机.北京：中国建筑工业出版社 [2] 董刚、李建功主编.机械设计.机械工业出版社 [3] 机械设计手册.化学工业出版社（5册） [4] GB/T9462—1999 塔式起重机技术条件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范 [6] GB5144—1994 塔式起重机安全规程 [7] 邢静忠．ANSYS应用实例与分析．科学出版社．2006． [8] 刘坤．ANSYS有限元方法精解．国防工业出版社．2005． [9]GB/T9462—1999 塔式起重机设计条件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重机安全规程 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