QTZ40塔式起重機(jī)總體及臂架優(yōu)化設(shè)計(jì)開題報(bào)告

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)總體及臂架 優(yōu)化設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 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)概述 塔式起重機(jī)又稱塔機(jī)，從西歐發(fā)源，具有適用范圍廣，回轉(zhuǎn)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(diǎn)，從而廣泛的使用在建筑安裝工程中，并成為 重要的施工機(jī)械之一。同時(shí)，塔式起重機(jī)在水利建設(shè)，造船以及電站施工等部門也有應(yīng) 用參考。 塔式起重機(jī)是一種塔身樹立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機(jī)械，簡稱塔機(jī)，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉(zhuǎn)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(diǎn)。主要完成在高層建筑施工中預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機(jī)應(yīng)具備下列特點(diǎn)： 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(dòng)性能及良好的調(diào)速性能； ③ 要求拆裝運(yùn)輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。 2我國塔式起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 塔式起重機(jī)在我國的生產(chǎn)與應(yīng)用已經(jīng)有50余年的歷史，經(jīng)歷了以個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過程，特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，我國塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。 現(xiàn)在我國的建筑用塔式起重機(jī)已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產(chǎn)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(jī)的應(yīng)用。近20年來，市場(chǎng)的需求，有力的促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步，通過研究開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、引進(jìn)消化，我們的設(shè)計(jì)手段和配套件生產(chǎn)能力也有了很大的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機(jī)上得到了應(yīng)用。當(dāng)然也不可否認(rèn)，我國的塔機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)性能、制作質(zhì)量和品種型號(hào)規(guī)格，與發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎(chǔ)零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)手段等，差距更大。這就影響了我們整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，增加了事故隱患。對(duì)此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴(yán)格把關(guān)、趕超國際水平。 二、塔式起重機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 塔式起重機(jī)(簡稱塔吊)是一種塔身直立、起重機(jī)臂鉸接在塔帽下部且能夠作360°回轉(zhuǎn)的起重機(jī),通常用于房屋建筑和設(shè)備安裝的場(chǎng)所,具有適用范圍廣、起升高度高、回轉(zhuǎn)半徑大、工作效率高、操作簡便、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)。因此它在建筑安裝施工中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,特別對(duì)于高層建筑施工來說,更是一種不可缺少的重要施工機(jī)械。 塔式起重機(jī)起源于歐洲。據(jù)記載，第一項(xiàng)有關(guān)建筑用塔機(jī)專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機(jī)，1923年制成了近代塔機(jī)的原型樣機(jī)，同年出現(xiàn)第一臺(tái)比較完整的近代塔機(jī)。1930年當(dāng)時(shí)德國已開始批量生產(chǎn)塔機(jī)，并用于建筑施工。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN8770公布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機(jī)的起重能力。 我國的塔機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步,已有50多年的歷史，經(jīng)歷了一個(gè)從測(cè)仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過程。 20世紀(jì)50年代，為滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，中國引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。這個(gè)時(shí)期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量較少。 20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器、在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時(shí)期，中國開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。 20世紀(jì)70年代，塔式起重機(jī)服務(wù)對(duì)象更為廣泛。塔式起重機(jī)的幅度、起重量合起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場(chǎng)各方面的要求，塔式起重機(jī)又向一機(jī)多用方向發(fā)展。中國塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。這一時(shí)期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、QT-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)志著中國塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的階段。20世紀(jì)90年代以后，中國塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)新的興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。全國塔式起重機(jī)的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺(tái)截至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，中國均堪稱塔式起重機(jī)大國。 三﹑QTZ40塔式起重機(jī)的整體簡介 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。 四. 此次我設(shè)計(jì)吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重機(jī)起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)造形式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動(dòng)臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。本次設(shè)計(jì)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(diǎn)小車變幅臂架、雙吊點(diǎn)小車變幅臂架和起重機(jī)與平衡臂架連成一體的錘頭式小車變幅臂架。單吊點(diǎn)小車變幅臂架是靜定結(jié)構(gòu)，而雙吊點(diǎn)小車變幅臂架則是超靜定結(jié)構(gòu)。雙吊點(diǎn)小車變幅臂架結(jié)構(gòu)自重輕，據(jù)分析與同等起重性能的單吊點(diǎn)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(diǎn)可以設(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點(diǎn)，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(yùn)行軌道。塔機(jī)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(gè)詞語于1965年首次被提出，經(jīng)過大約40多年的不斷發(fā)展和完善，到今天已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種不同的工程之中，理論也已經(jīng)相當(dāng)成熟。有限元思想的核心就是把實(shí)際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實(shí)際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個(gè)類似結(jié)構(gòu)的個(gè)體，然后通過分析這些有限個(gè)體的性能來求出滿足實(shí)際工程要求的計(jì)算結(jié)果，從而代替對(duì)于具體復(fù)雜實(shí)際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過離散化，應(yīng)用有限元思想，可以解決很多實(shí)際復(fù)雜的工程問題，并在理論研究和工程應(yīng)用兩方面都具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。 1970年，美國著名力學(xué)專家、匹茲堡大學(xué)教授John Swanson創(chuàng)建了ANSYS公司，通過四十余年的發(fā)展壯大，已經(jīng)逐漸成為全球CAE行業(yè)中最大的公司。在發(fā)展過程中，ANSYS軟件不斷改進(jìn)提高，性能也不斷增強(qiáng)，可靠性也不斷得到保證，在易用性和適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境等其他方面也日趨完善，基本上完全能夠滿足當(dāng)前用戶對(duì)于有限元分析軟件的要求，當(dāng)下，已發(fā)展到了14．0版本。 ANSYS作為一個(gè)大型通用軟件，可以廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場(chǎng)、熱、耦合場(chǎng)、 電磁場(chǎng)上面，其使用用戶也能夠涵蓋機(jī)械、土木建筑、水利、生物、醫(yī)學(xué)、能源、航空 航天和交通運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)的不同領(lǐng)域，利用ANSYS軟件，能夠?qū)?shí)際模型置于各種各 樣不同的復(fù)雜實(shí)際工況之中，準(zhǔn)確并合理的分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少實(shí)際試驗(yàn)的物質(zhì)和人 力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠?yàn)樘岣呃麧欁龀鲐暙I(xiàn)。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個(gè)過程：建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。若在實(shí)際應(yīng)用過程中想對(duì)其中的某一個(gè)步驟進(jìn)行改動(dòng)和變化，則依然需要重新完成其中的每一個(gè)步驟，無形中浪費(fèi)了太多的工作時(shí)間。針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)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(fā)應(yīng)用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發(fā)。 二次開發(fā)已經(jīng)在國外得到了很多方面的應(yīng)用。例如： AlexeyI．Borovkv開發(fā)了兩款軟件，分別應(yīng)用于散熱器穩(wěn)態(tài)3D熱分析及轉(zhuǎn)子體剛度不對(duì)稱補(bǔ)償。使用者只需面對(duì)初始參數(shù)輸入界面，而軟件自動(dòng)完成建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解等復(fù)雜步驟，還可以在專用軟件中生成符合用戶要求的報(bào)告，這一系列開發(fā)，無形中減少了用戶建模的工作量，無疑會(huì)提高相當(dāng)?shù)男剩蟠蠊?jié)省了用戶的時(shí)間。 而相對(duì)而言，國內(nèi)關(guān)于ANSYS的二次開發(fā)方面才剛剛起步，在很多方面與國外先進(jìn) 水平存在相當(dāng)?shù)牟罹?，但一些高校和科研機(jī)構(gòu)也相應(yīng)的開發(fā)了很多產(chǎn)品，取得了一定的 研究成果，并在實(shí)際應(yīng)用方面也做出了很大的貢獻(xiàn)。這系列研究和實(shí)際大致取得的成果有：針對(duì)具體實(shí)際工程應(yīng)用問題而開發(fā)的專用系統(tǒng)，例如水利工程、土木建筑以及機(jī)械的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計(jì)；針對(duì)商業(yè)化發(fā)展的具體模塊，例如壓力容器自動(dòng)化分析軟CPV-ANSYS，基于ANSYS的應(yīng)用柴油機(jī)鑄造成型專用軟件等?？傮w而言，國內(nèi)關(guān)于二次開發(fā)的研究也已經(jīng)取得了很好的效果，同時(shí)也存在發(fā)展的空間，是一個(gè)具有相當(dāng)潛能，大有可為的新興科研項(xiàng)目。 六、主要內(nèi)容、研究方法、設(shè)計(jì)要求 1、主要內(nèi)容 （1） 設(shè)計(jì)任務(wù)： ① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級(jí)別） ② 結(jié)構(gòu)形式 （2） 總體設(shè)計(jì) ① 主要技術(shù)參數(shù)性能 ② 設(shè)計(jì)原則 ③ 平衡重的計(jì)算 ④ 塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算 ⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算 （3） 吊臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點(diǎn)） ② 吊臂的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算 2、 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，了解國內(nèi)外塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)和塔頂?shù)脑O(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，了解到起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)，和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)部件的了解，選擇能免租條件的相關(guān)零件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中確定個(gè)關(guān)節(jié)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）繪制出個(gè)主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體具體設(shè)計(jì)尺寸和形狀。 3、 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。 ⑤ 設(shè)計(jì)成果要求： 凡給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括說明書、計(jì)算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。 1） 對(duì)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械構(gòu)造、工作原理、整機(jī)布置等，均有清晰的了解。對(duì)設(shè)計(jì)過程、計(jì)算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識(shí)圖紙能力。對(duì)運(yùn)輸、安裝、使用等也有一定了解。 2） 說明書、計(jì)算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正確，數(shù)學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確，各項(xiàng)說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機(jī)械機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。 3） 對(duì)國內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對(duì)各種塔式起重機(jī)有一定的分析、比較能力。 其他各項(xiàng)應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。 五、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)）、批準(zhǔn)，字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；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。 七、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 吊臂設(shè)計(jì) 20135.16-2013.6.5 繪制吊臂裝配及結(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 八、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