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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
QTZ40塔式起重機(jī)總體及起升機(jī)構(gòu)的設(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： 靳立哲
學(xué) 號(hào)： 2009307106
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來源
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.塔式起重機(jī)簡(jiǎn)介
塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱塔機(jī)或者塔吊，是一種機(jī)身為塔架式結(jié)構(gòu)的全回轉(zhuǎn)動(dòng)臂架式起重機(jī)。塔式起重機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。塔機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有五種：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車走行機(jī)構(gòu)(行走式的塔機(jī))。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。塔式起重機(jī)的作業(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。由于塔式起重機(jī)能夠靠近建筑物，在高層建筑施工中其幅度利用率比其它類型的起重機(jī)要高，可達(dá)到全幅度的80%。而普通履帶式、輪胎式起重機(jī)的幅度利用率不超過50%，并隨著建筑物高度的增加而急劇減小。因此塔式起重機(jī)在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機(jī)對(duì)于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低工程造價(jià)等方面起著重要的作用。
2. 塔式起重機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)的塔機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步,相對(duì)于中西歐國(guó)家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機(jī)業(yè)的不景氣, 我國(guó)的塔機(jī)業(yè)正處于一個(gè)迅速的發(fā)展時(shí)期。
20世紀(jì)50年代為滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要引進(jìn)了蘇聯(lián)以及東歐一些國(guó)家的塔式起重機(jī)并進(jìn)行仿制。1954年仿制民主德國(guó)設(shè)計(jì)的建筑師-Ⅰ型塔式起重機(jī)在撫順試制成功了我過第一臺(tái)TQ2-6型塔式起重機(jī)。隨后又仿制蘇聯(lián)樣機(jī)研制了15t與25t塔式起重機(jī)這個(gè)時(shí)期我國(guó)生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量都較少。到了20世紀(jì)60年代我國(guó)開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。隨后我國(guó)又自行設(shè)計(jì)制造了TQ-6型等塔式起重機(jī)至1965年全國(guó)已有生產(chǎn)廠10余家生產(chǎn)塔式起重機(jī) 360 多臺(tái)。這些塔式起重機(jī)都是下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂式可整體拖運(yùn)能滿足六層以下民用建筑施工的需要。20世紀(jì)70年代起由于建筑施工的需要我國(guó)塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年我國(guó)第一臺(tái)下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機(jī)問世。這一時(shí)期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、Z80型等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、Q 4-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機(jī)QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂自行架設(shè)快裝塔式起重機(jī)等其年產(chǎn)量最高超過900臺(tái)標(biāo)志著我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的階段。
進(jìn)入20世紀(jì)80年代我國(guó)塔式起重機(jī)相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品主要有QT80A、QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機(jī)QT60、QTK60、QT25HK 等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機(jī)和QT90上回轉(zhuǎn)動(dòng)臂下頂升接高塔式起重機(jī)等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國(guó)外70年代水平。這一時(shí)期的最高年產(chǎn)量達(dá)1400臺(tái)。與此同時(shí)隨著改革開放和國(guó)際技術(shù)交流的增多為滿足建筑施工的需要也從國(guó)外引進(jìn)了一些塔式起重機(jī)其中有聯(lián)邦德國(guó)的Liebherr、法國(guó)的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機(jī)制造質(zhì)量較好技術(shù)性能比較先進(jìn)極大地促進(jìn)了我國(guó)塔式起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后我國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國(guó)范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)新的興盛時(shí)期年產(chǎn)量連年猛翻而且有部分產(chǎn)品出口到國(guó)外。全國(guó)塔式起重機(jī)的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺(tái)截止2000年約為6萬臺(tái)。至此無論從生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用范圍和塔式起重機(jī)總量等角度來衡量我國(guó)均堪稱塔式起重機(jī)大國(guó)。
但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理 品種型號(hào)大同小異制造技術(shù)不適應(yīng) 沒有形成規(guī)模工業(yè)有制約著我國(guó)塔式起重機(jī)的發(fā)展。
國(guó)外塔機(jī)發(fā)展的主要代表性國(guó)家或地區(qū)有歐洲、日本、澳大利亞。從20世紀(jì)90年代開始?xì)W洲塔機(jī)行業(yè)緩慢復(fù)蘇目前歐洲生產(chǎn)塔機(jī)的國(guó)家有德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等主要廠家有法國(guó)Potain德國(guó)Liebherr、Peiner、Wolff意大利。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
本課題針對(duì)QTZ40塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)、臂架、變幅機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重點(diǎn)研究。目的在于闡明QTZ40塔式起重機(jī)的工作原理，總體設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)塔機(jī)的結(jié)構(gòu)形式分析，對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行工作仿真，為進(jìn)一步分析研究塔式起重機(jī)的總體、臂架、起升機(jī)構(gòu)提供證據(jù)。
塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)，主要包括：機(jī)械傳動(dòng)鏈中減速器的高速軸上裝工作制動(dòng)器，卷筒法蘭盤上安裝的液壓式安全制動(dòng)器；由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或可編程序控制器PLC與控制電路組成的電氣控制系統(tǒng)；在正常情況下只要起重機(jī)主電源接通，安全制動(dòng)器始終處于通電打開狀態(tài)；在起重機(jī)供電系統(tǒng)故障及起升機(jī)構(gòu)故障情況下安全制動(dòng)器閉合；其特點(diǎn)是在起升機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，檢測(cè)元件檢測(cè)出的信號(hào)送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或可編程序控制器PLC，經(jīng)計(jì)算及邏輯判斷，再輸出信號(hào)控制工作制動(dòng)器先閉合，并經(jīng)過延時(shí)后，安全制動(dòng)器再閉合；或者在緊急停電情況下利用安全制動(dòng)器節(jié)流閥作用，使安全制動(dòng)器滯后閉合。減小安全制動(dòng)器閉合時(shí)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈造成的沖擊載荷，避免了零部件損壞，確保了設(shè)備和工作人員安全。
塔式起重機(jī)上的起升系統(tǒng)，操作人員只需攜帶輕巧的發(fā)射系統(tǒng)，自由走動(dòng)并選擇最佳(安全)視覺位置實(shí)行操作，消除了以往由于視線不清、環(huán)境惡劣或指揮配合不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻氖鹿孰[患，保證了安全操作；操作、系纜、掛鉤可由一人單獨(dú)承擔(dān)，無需他人指揮，節(jié)省了人力資源；操作人員獨(dú)立判斷，操作的準(zhǔn)確性、連貫性比以往得以顯著提高，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率。
本課題主要在分析了塔式起重機(jī)在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況、主要形式及其作用,提出了對(duì)塔式起重機(jī),特別是對(duì)塔式起重機(jī)的重要組成部分——起升系統(tǒng)進(jìn)行研究,操作更加方便,成本更加低廉,具有重要現(xiàn)實(shí)意義的思想。本課題在理論和實(shí)踐中的主要成果與特色如下:
(1)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法學(xué)對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的總體方案進(jìn)行了優(yōu)化決策,采用基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),提出使用基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)起升卷筒進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
(2)論述了設(shè)計(jì)方法學(xué),包括功能分析法和層次分析法的基本原理和設(shè)計(jì)思想。其中,運(yùn)用功能分析法對(duì)門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性的分析,而運(yùn)用層次分析法對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的方法。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1.塔機(jī)總體方案設(shè)計(jì)。
2.總體設(shè)計(jì)整體穩(wěn)定性校核計(jì)算。
3.選擇起升機(jī)構(gòu)。
4.起重臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核。
5.繪制塔機(jī)總圖、起升機(jī)構(gòu)部裝圖、起重臂裝配圖和單節(jié)臂結(jié)構(gòu)圖等。
6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
研究方法：
（1）資料的準(zhǔn)備
通過上網(wǎng)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)和起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路為自己的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
（2）參數(shù)確定
根據(jù)所查資料，了解了起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)部件，選擇能滿足條件的相關(guān)零部件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并結(jié)合相似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中確定各個(gè)關(guān)鍵的合理尺寸和形狀。整體和各個(gè)部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（Autocad等）繪制出各個(gè)主要部件的圖形圖和總裝圖，明確產(chǎn)品的具體形狀和設(shè)計(jì)尺寸。
研究思路：
在指導(dǎo)老師的幫助下去塔機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行實(shí)習(xí)了解塔機(jī)的各種生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)最后完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
四、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 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機(jī)構(gòu)裝配圖
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
五、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] 濮良貴、紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.高等教育出版社
[8] 吳永平等.工程機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.
[9] 吳慶鳴 何小新 工程機(jī)械設(shè)計(jì) 武漢 武漢大學(xué)出版社 2006.
[10] 楊國(guó)平 現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.
[11] 工程機(jī)械設(shè)計(jì)
[12] 吳宗澤、羅圣國(guó)．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)．高等教育出版社，2006.5
[13] 濮良貴、紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．高等教育出版社，2000.12
[14] 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社，2002
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