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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
課題
名稱
QTZ400塔式起重機(jī)——塔頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)091
學(xué)生姓名： 穆業(yè)孟
學(xué) 號(hào)： 05號(hào)
指導(dǎo)教師： 李長(zhǎng)勝
課題來(lái)源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
1．市場(chǎng)調(diào)查
塔式起重機(jī)是動(dòng)臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。
國(guó)外發(fā)展概況
塔式起重機(jī)真正獲得發(fā)展的時(shí)間是在第二次世界大戰(zhàn)后。戰(zhàn)后各國(guó)面臨著戰(zhàn)后恢復(fù)生產(chǎn)建設(shè)的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。自塔式起重機(jī)在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機(jī)械一個(gè)重要分支以來(lái)，已經(jīng)有60余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國(guó)外塔式起重機(jī)制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復(fù)蘇態(tài)勢(shì)，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢(shì)頭最好的國(guó)家為德國(guó)。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機(jī)制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C(jī)48500臺(tái)，80年代總量減至1/3，而后幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴(kuò)大，塔機(jī)產(chǎn)量上升。如今世界塔機(jī)市場(chǎng)最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）?；钴S在塔機(jī)市場(chǎng)上的著名產(chǎn)商是；德國(guó)的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國(guó)的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comensa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL 澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國(guó)際塔機(jī)市場(chǎng)上占有更多份額，莫不注重總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，下大力氣進(jìn)行產(chǎn)品的更新和開發(fā)。近年來(lái)，國(guó)外塔機(jī)在新產(chǎn)品開發(fā)上大致有下列一些特點(diǎn)：
⑴ 更多的廠家注重開發(fā)經(jīng)濟(jì)型城市塔機(jī)并擴(kuò)展成系列。
⑵國(guó)外塔機(jī)新產(chǎn)品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機(jī)頗引人注目。
⑶根據(jù)一些國(guó)家城建當(dāng)局的有關(guān)規(guī)定，為防止塔機(jī)臂架在狹窄的空間運(yùn)行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動(dòng)臂式自升塔式起重機(jī)。
⑷在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間研制之后，履帶式水平臂架塔機(jī)作為一種新產(chǎn)品正式問世。
⑸變頻調(diào)速系統(tǒng)在國(guó)外塔機(jī)新產(chǎn)品上得到推廣應(yīng)用。
⑹高新技術(shù)開始在塔機(jī)上應(yīng)用。
⑺無(wú)論上回轉(zhuǎn)或下回轉(zhuǎn)式塔機(jī)，都十分重視駕駛室的平面設(shè)計(jì)和空間處理。
2．我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展
50 年代初，我國(guó)塔機(jī)由仿制開始起步，1954年仿制東德建筑師Ⅰ型塔機(jī)；60 年代自行設(shè)計(jì)制造了25tm、40tm、60tm 幾種機(jī)型，多以動(dòng)臂式為主；70 年代，隨著高層建筑的增多，對(duì)施工機(jī)械提出了新的要求，于是，160tm 附著式、45tm內(nèi)爬式、120tm自升式等塔機(jī)相繼問世；自上世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)塔機(jī)行業(yè)得到快速發(fā)展，進(jìn)入新世紀(jì)，塔機(jī)銷量持續(xù)攀高，2001年行業(yè)統(tǒng)計(jì)銷量9738臺(tái)，2002年成為世界上首個(gè)塔機(jī)年產(chǎn)量突破10000臺(tái)的國(guó)家。2004年，由于宏觀調(diào)控作用以及起重機(jī)行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，塔機(jī)的產(chǎn)銷量有所回落，2005、2006年，在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的強(qiáng)力拉動(dòng)下，我國(guó)塔機(jī)的產(chǎn)銷恢復(fù)高速增長(zhǎng)，2006年銷量已超過2萬(wàn)臺(tái)。在中國(guó)塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有近60年的歷史，歷經(jīng)了一個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過程。由于我國(guó)加入WTO，冷靜分析起來(lái)我國(guó)塔機(jī)生產(chǎn)的現(xiàn)狀并不樂觀，存在以下的問題：
（1） 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，品種型號(hào)大同小異
技術(shù)法規(guī)限制了產(chǎn)品開發(fā)，由于80年代中國(guó)制定的產(chǎn)品型號(hào)分類標(biāo)準(zhǔn)，將起升速度、回轉(zhuǎn)速度、變幅速度、行走速度、頂升速度、起重量、起重力矩等主參數(shù)以及下回轉(zhuǎn)塔機(jī)的支腿跨距、尾部回轉(zhuǎn)半徑等幾何尺寸都進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，這樣嚴(yán)重限制了塔機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。而用戶群不穩(wěn)定也制約了技術(shù)進(jìn)步，在中國(guó)大量中小型建筑企業(yè)資金不雄厚，缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，用的是大企業(yè)淘汰下來(lái)的二手貨以及超期服役的舊塔機(jī)。因此，在發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用的運(yùn)輸便捷、架設(shè)迅速、使用安全的快速架設(shè)塔機(jī)在我國(guó)受到冷落。與此同時(shí)，企業(yè)創(chuàng)新能力不足也影響了產(chǎn)品發(fā)展，許多新建企業(yè)的研究開發(fā)能力較弱，大部分產(chǎn)品是與大專院校、科研單位聯(lián)合開發(fā)的，同一個(gè)產(chǎn)品可以有幾家甚至幾十家生產(chǎn)，沒有形成企業(yè)自己的特色。
（2）制造技術(shù)不適應(yīng) 沒有形成規(guī)模工業(yè)
近20年來(lái)，我國(guó)塔機(jī)制造業(yè)的水平雖然有所提高，但相對(duì)其他一些行業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)還是落后的，與我們相近的工程機(jī)械骨干企業(yè)相比差距也很大，許多廠家生產(chǎn)效率底、環(huán)境污染多、造成焊接質(zhì)量和成品外觀質(zhì)量都難以保證。只有極少數(shù)企業(yè)企業(yè)做到涂裝前基底經(jīng)處理。大多數(shù)企業(yè)的管理模式和生產(chǎn)方式還是傳統(tǒng)的多級(jí)遞進(jìn)的靜態(tài)不變的模式，有的還是小而全或大而全，專業(yè)化程度、工藝裝備和管理水平低，很難適應(yīng)多品種批量化生產(chǎn)和商品經(jīng)濟(jì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，難以形成自己的民族規(guī)模工業(yè)。 因?yàn)樾袠I(yè)統(tǒng)計(jì)只統(tǒng)計(jì)了二三十家生產(chǎn)企業(yè)的銷量，全行業(yè)銷量肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過統(tǒng)計(jì)數(shù)字。勿庸置疑，我國(guó)已成為世界民用塔機(jī)的生產(chǎn)大國(guó)，也是世界塔機(jī)主要需求市場(chǎng)之一。
(3) 研究表明在我國(guó)塔式起重機(jī)企業(yè)中，一直以來(lái)，產(chǎn)業(yè)集中度低，缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，企業(yè)間的兼并重組和品牌經(jīng)營(yíng)進(jìn)程逐步加快，規(guī)模化經(jīng)營(yíng)初見成效。集團(tuán)化和品牌連鎖作為規(guī)?；?jīng)營(yíng)的主要模式，在擴(kuò)大和穩(wěn)定客源、提高用戶忠誠(chéng)度、降低成本等方面有較大的優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)塔式起重機(jī)的發(fā)展前景：塔式起重機(jī)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)，塔式起重機(jī)經(jīng)營(yíng)在金融危機(jī)的沖擊下，恢復(fù)仍需加以時(shí)日，而塔式起重機(jī)投資普遍被認(rèn)為趨于飽和，塔式起重機(jī)的發(fā)展已初露疲態(tài)。未來(lái)的投資欲回歸理性，或許需將方向轉(zhuǎn)向二三線城市。未來(lái)投資的方向主要是二三線城市。國(guó)內(nèi)部分二三線城市的塔式起重機(jī)市場(chǎng)已具備投資商圈地的條件。我國(guó)塔式起重機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展暫時(shí)還面臨著很多問題，但值得高興的是越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了塔式起重機(jī)市場(chǎng)所具有的巨大發(fā)展?jié)摿蛷V闊發(fā)展前景，對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)也達(dá)成了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，相信會(huì)給整個(gè)塔式起重機(jī)市場(chǎng)帶來(lái)更大的生機(jī)與活力。
3﹑QTZ40塔式起重機(jī)的整體和塔頂簡(jiǎn)介
(1) QTZ40塔式起重機(jī)的整體簡(jiǎn)介
QTZ40塔式起重機(jī)具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機(jī)構(gòu)，可單獨(dú)或復(fù)合動(dòng)作，可以獲得較高的工作效率。頂升機(jī)構(gòu)用于塔身接高或降塔,起升機(jī)構(gòu)采用多速電機(jī)，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(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)、變幅靈活可靠，起吊就位準(zhǔn)確，可滿足建筑施工中垂直及水平運(yùn)輸?shù)男?要。該機(jī)設(shè)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(zhuǎn)限制器等安全保護(hù)裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機(jī)正常工作。另外，還設(shè)有休息平臺(tái)、護(hù)欄等安全保護(hù)設(shè)施。司機(jī)室獨(dú)立側(cè)置，造型美觀，視野開闊，內(nèi)部空間大，操作方便。該機(jī)適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，也用于港口、貨場(chǎng)的裝卸。
(2) QTZ40塔式起重機(jī)的塔頂簡(jiǎn)介
目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛的塔機(jī)塔頂形式有固定式塔頂和片式塔頂兩種，固定式塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式為空間桁架，其弦桿和腹桿均為實(shí)心圓鋼或鋼管，迎風(fēng)面積和風(fēng)力系數(shù)小，從而減少了水平風(fēng)力，甚至可以不考慮風(fēng)載荷對(duì)其的直接影響。片式塔頂為鉸交的結(jié)構(gòu)形式所以其不承受彎矩、只承受軸向壓力，而平衡臂固接于上轉(zhuǎn)臺(tái)，其受力狀況較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)形式要求平衡臂臂架必須做成空間桁架結(jié)構(gòu)，或者用大型型鋼（工字鋼）做成片式結(jié)構(gòu)，用上下兩個(gè)鉸點(diǎn)固接于塔機(jī)的上轉(zhuǎn)臺(tái)，與上轉(zhuǎn)臺(tái)形成一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)體。片式塔頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線條流暢、外形美觀大方、受力簡(jiǎn)單，塔機(jī)架設(shè)既方便又省時(shí)省力
4．資料搜集
通過查閱各種型號(hào)的塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，觀察現(xiàn)用其過程,根據(jù)塔式起重機(jī)自身工況以及工作要求合理設(shè)計(jì)
5.設(shè)計(jì)準(zhǔn)備
通過查閱相關(guān)資料已經(jīng)明確設(shè)計(jì)要求、工作條件、設(shè)計(jì)內(nèi)容的步驟；通過查閱有關(guān)設(shè)計(jì)資料，參觀實(shí)物和模型等，了解設(shè)計(jì)對(duì)象的性能、結(jié)構(gòu)及工藝性；備好設(shè)計(jì)需要資料、繪圖工具；擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)）
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴(kuò)大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求每個(gè)學(xué)生在工作過程中，要獨(dú)立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)、吊臂的設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性計(jì)算等內(nèi)容，為今后步入社會(huì)、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
1.設(shè)計(jì)任務(wù)：
總體參數(shù)的選擇（QTZ40級(jí)別）
（1）結(jié)構(gòu)形式
2 總體設(shè)計(jì)
主要技術(shù)參數(shù)性能
（1） 設(shè)計(jì)原則
（2） 平衡重的計(jì)算
（3） 塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算
（4） 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算
3 塔頂?shù)脑O(shè)計(jì)和計(jì)算
（1） 塔頂?shù)男问郊俺叽?
（2） 塔頂?shù)膹?qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算
4設(shè)計(jì)要求
（1） 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與電氣工程圖紙，獨(dú)立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
（2） 知識(shí)要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐，深化理論認(rèn)識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
（3） 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)、測(cè)試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力。
（4） 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計(jì)思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀與全局觀。
四．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果要求（包括圖表、實(shí)物等硬件要求）：
① 計(jì)算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)任務(wù)要求的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟(jì)性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)），字?jǐn)?shù)要求不少于2萬(wàn)字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖。
② 圖紙一套
不少于四張零號(hào)圖紙量。
五、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)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(shè)計(jì)
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 塔頂設(shè)計(jì)
20135.16-2013.6.5 繪制塔頂裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
六、主要參考文獻(xiàn)
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機(jī).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（5冊(cè)）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機(jī)安全規(guī)程
[7] 邢靜忠．ANSYS應(yīng)用實(shí)例與分析．科學(xué)出版社．2006．
[8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國(guó)防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機(jī)安全規(guī)程
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)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(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來(lái)源：導(dǎo)師課題、社會(huì)實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。