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)——塔身的優(yōu)化設(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)： 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 畢業(yè)論文 一、論文資料的準(zhǔn)備 1. 塔式起重機(jī)的研究背景 二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，由于許多國家夷為平地，龐大而艱巨的家園重建工作，要求建筑施工實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，以加快建設(shè)進(jìn)度。作為建筑機(jī)械化主導(dǎo)機(jī)械，塔式起重機(jī)得以應(yīng)運(yùn)而迅猛發(fā)展。 20世紀(jì)80年代隨著改革開放和國際技術(shù)交流增多，我國曾先后有原聯(lián)邦德國、法國、意大利、及丹麥引進(jìn)了為數(shù)可觀的塔式起重機(jī)產(chǎn)品，特別是1984年由法國POTAIN公司引進(jìn)的三種機(jī)型（H3/36B、FO/23B、GTMR360B）的生產(chǎn)許可證，極大地促進(jìn)了我國塔式起重機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步。通過消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)基礎(chǔ)部件，如電動(dòng)機(jī)、電器、回轉(zhuǎn)支承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及安全裝置等進(jìn)行定點(diǎn)生產(chǎn)，一些生產(chǎn)主機(jī)的專業(yè)大廠還進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，增設(shè)鋼材預(yù)處理生產(chǎn)線，從而使國產(chǎn)塔式起重機(jī)的質(zhì)量迅速提高，一些主要機(jī)種已達(dá)到或接近國外同類產(chǎn)品質(zhì)量水平。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市房地產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，水利、電力、橋梁等大型工程不斷上馬，我國已成為世界塔式起重機(jī)主要需求市場(chǎng)之一，其性能要求也越來越高，使得國內(nèi)塔式起重機(jī)行業(yè)得到了高速發(fā)展。目前我國已成為世界塔式起重機(jī)生產(chǎn)大國，特別是近幾年來我國塔式起重機(jī)已經(jīng)批量出口國際市場(chǎng)，標(biāo)志著我國塔式起重機(jī)生產(chǎn)的全面進(jìn)步。然而，塔式起重機(jī)的理論設(shè)計(jì)工作近年來鮮有較大革新，一定程度上制約了我國塔式起重機(jī)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 無論國內(nèi)還是國外，塔式起重機(jī)在現(xiàn)代化建設(shè)中都有非常重要的地位。它是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)標(biāo)志，是人類建設(shè)不可缺少的重要設(shè)備，它的高效性、安全穩(wěn)定性是塔機(jī)行業(yè)較普遍關(guān)心和注意的問題。在塔機(jī)整體設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各相關(guān)參數(shù)，以人為本、安全第一的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)。 塔式起重機(jī)的塔身是塔機(jī)三大結(jié)構(gòu)件之一，工作條件惡劣，荷載情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)重量約占整機(jī)重量的1/4-1/5，支撐著塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)和起升載荷的重量，大多數(shù)塔身為空間桁架結(jié)構(gòu)。塔身截面形式一般為正方形截面，主弦桿一般為角鋼、角鋼拼焊、方鋼管或圓鋼管。塔身腹桿一般為角鋼或無縫鋼管，有三角形、K字型等多種布置方式。腹桿體系的不同會(huì)影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)以QTZ400塔式起重機(jī)為例，依據(jù)GB/T13752-92《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，通過研究、分析塔身的受力情況，保證塔式起重機(jī)的安全施工。 2. ANSYS軟件的發(fā)展?fàn)顩r “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， 到今天已廣泛應(yīng)用于各種不同的工程之中，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。 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、禍合場(chǎng)、電磁場(chǎng)上面，其使用用戶能夠涵蓋機(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。 二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題） 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)新精神的最佳手段。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)、塔身的設(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)。 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭的日益激烈，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期已經(jīng)成為企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。塔式起重機(jī)尤其是大噸位的塔機(jī)，其施工高度高，塔身成本占總成本的比重較大，通過塔身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低塔身重量是降低塔式起重機(jī)成本的關(guān)鍵之一。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定塔身的截面尺寸、主弦桿和腹桿的截面面積以及節(jié)距等參數(shù)，然后進(jìn)行校核，這樣設(shè)計(jì)的塔身, 結(jié)構(gòu)自重偏大，材料的利用率低， 成本高，經(jīng)濟(jì)效益不好。 塔機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)到現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的過程。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜、耗時(shí)，不利于在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭中縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元法等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法受到塔機(jī)科技人員越來越廣泛的重視。 塔身是塔式吊車的重要組成部分,利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)QTZ40塔式起重機(jī)塔身進(jìn)行工作及非工作狀態(tài)分析計(jì)算，得到了塔身工作及非工作狀態(tài)總位移分布云圖、各種狀態(tài)下塔身當(dāng)量應(yīng)力分布云圖；根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效控制了可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，增強(qiáng)了設(shè)備的安全性。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的主體。塔身受力情況十分復(fù)雜，在不同載荷作用下產(chǎn)生位移和變形，所受載荷主要有塔機(jī)吊重及上部結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的垂直力，上部結(jié)構(gòu)和吊重產(chǎn)生的彎矩，吊臂回轉(zhuǎn)引起的扭矩，及整個(gè)塔身受到的風(fēng)載等，并且在工作過程中吊臂的旋轉(zhuǎn)也會(huì)使塔身受力的狀態(tài)發(fā)生變化，以上多種因素都可使塔身發(fā)生斷裂危險(xiǎn)，因此，利用有限元法對(duì)QTZ40塔式起重機(jī)塔身工作及非工作狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)塔式起重機(jī)塔身結(jié)構(gòu)改進(jìn)有一定的指導(dǎo)意義。 （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） 塔身的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ①塔身的形式及尺寸 ②設(shè)計(jì)塔身的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算 ③聯(lián)接套焊縫強(qiáng)度的計(jì)算 ④高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)度的計(jì)算 ⑤塔身腹肝的計(jì)算 四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 起迄日期 工作內(nèi)容 2013.28-2013.4.10 方案選擇及總體設(shè)計(jì) 2013.4.11-2013.4.17 繪制總圖 2013.4.18-2013.5.15 塔身設(shè)計(jì) 2013.5.16-2013.6.5 繪制塔身裝配及結(jié)構(gòu)圖紙 2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙 2013.6.20-2013.6.23 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 [12]劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社．2002． [13]李柱，徐振高．互換性與測(cè)量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002． [14] 張東升．機(jī)械零件及建筑機(jī)械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003． [15] 現(xiàn)行建筑機(jī)械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995． 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。