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摘要 塔式起重機作為建筑施工的主要設備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉(zhuǎn)，臂架長度較大，結(jié)構(gòu)輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。 本次設計在參照同類塔式起重機基礎上，對QTZ40型塔式起重機進行總體設計及塔頂分析設計。在塔頂設計工程中，采用了有限元法對其進行分析計算，采用了ANSYS10.0軟件進行分析。 按照整機主要性能參數(shù)，確定各機構(gòu)類型及鋼結(jié)構(gòu)型式，主要確定了塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)。通過對塔頂作適當?shù)暮喕?，應用ANSYS10.0軟件建立塔頂?shù)挠邢拊Ｐ?，施加各工況載荷，進行求解，進而可得各節(jié)點受力情況及各單元所受軸向力、軸向應力大小及各工況下塔頂?shù)淖冃螕隙却笮?，并能演示塔頂加載過程的動畫，清晰的展現(xiàn)了各工況下塔頂?shù)氖芰π阅堋? 本設計為QTZ400塔式起重機總體及塔頂優(yōu)化設計，主要分為以下幾個方面： 首先，進行總體設計，包括平衡臂與平衡重計算、塔機風力計算和整機的抗傾覆穩(wěn)定性計算；其次是塔頂?shù)脑O計包括受力分析、結(jié)構(gòu)簡化、有限元分析、受力校核（包括校核強度、剛度和穩(wěn)定性）等。 本次設計分析通過修改模型參數(shù)共準備了三種不同方案，進而對不同模型方案進行分析比較。由比較不同模型在相同工況下的受力狀況及剛度狀況，綜合分析強度和剛度條件，可得出受力最為合理的一組模型參數(shù)，通過對此組參數(shù)下模型進行強度及剛度校核，進而獲得塔頂?shù)淖罱K參數(shù)結(jié)果 關鍵詞：QTZ40型塔式起重機 塔頂 有限元分析 ANSYS10.0 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及塔頂優(yōu)化設計 系： 機械工程學院 專業(yè)： 機械設計制造及其制動化 班級： 機092 姓名： 劉 偉 學號： 2009307226 起迄日期： 2013年3月25日~ 2013年 6月21日 設計（論文）地點: 綜405 指導教師： 李常勝 輔導教師： 發(fā)任務書日期：2013年3月 5 日 1、畢業(yè)設計（論文）目的： 本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術(shù)問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、吊臂的設計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎。 2、畢業(yè)設計（論文）任務內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1） 設計任務： ① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ② 結(jié)構(gòu)形式 （2） 總體設計: ① 主要技術(shù)參數(shù)性能 ② 設計原則 ③ 平衡重的計算 ④ 塔機的風力計算 ⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算 （3） 塔頂?shù)脑O計和計算: ① 塔頂?shù)男问郊俺叽? ② 塔頂?shù)膹姸?、穩(wěn)定性及剛度驗算 （4） 設計要求: ① 主要任務：學生應在指導教師指導下獨立完成一項給定的設計任務，編寫符合要求的設計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關圖表。 ② 知識要求：學生在畢業(yè)設計工作中，應綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學習、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領域、延伸專業(yè)技能。 ③ 能力培養(yǎng)要求：學生應學會依據(jù)技術(shù)課題任務，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)學生掌握有關工程設計的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設計計算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學生掌握實驗、測試等科學研究的基本方法；鍛煉學生分析與解決工程實際問題的能力。 ④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設計，學生應掌握正確的設計思想；培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風；在工程設計中，應能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。 ⑤ 設計成果要求： 1） 凡給定的設計內(nèi)容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。 2） 對設計的全部內(nèi)容，包括設計計算、機械構(gòu)造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。 3） 說明書、計算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設計計算步驟正確，數(shù)學計算準確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。 4） 對國內(nèi)外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。 其他各項應符合本資料有關部分提出的要求。 3、畢業(yè)設計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）： ① 計算說明書一份 內(nèi)容包括：設計任務要求的選型、設計計算內(nèi)容、畢業(yè)實習報告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號），字數(shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學生應用計算機進行設計、計算與繪圖。 ② 圖紙一套 不少于四張零號圖紙量。 4、主要參考文獻： [1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社 [2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業(yè)出版社 [3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊） [4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范 [6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程 [7] 董剛　李建功 潘風章主編《機械設計》 （第3版）北京機械工業(yè)出版社　 [8] 張質(zhì)文，虞和謙等. 起重機設計手冊. 北京：中國鐵道出版社.1997. [9] 《機械設計手冊》 （第1卷）（新版）機械設計手冊編委會編著 [10] 《機械設計手冊》 （第2卷）（新版）機械設計手冊編委會編著　 [11] 成大先主編《機械設計手冊》（第4版）北京：化學工業(yè)出版社　2002 [12] 顧迪民主編《工程起重機》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社　1988 [13] 劉品主編《互換性與測量技術(shù)基礎》（第2版）哈爾濱工業(yè)大學出版社　2001 [14] 徐灝主編《機械設計手冊》（第2版）　北京：機械工業(yè)出版社　2000 [15] 曹雙寅主編《工程結(jié)構(gòu)設計原理》　南京：東南大學出版社　2002 [16]劉鴻文主編《材料力學 Ⅰ》（第4版） 高等教育出版社 [17]《QTZ50塔式起重機使用說明書》 [18]張青 張瑞軍 編著《工程起重機結(jié)構(gòu)與設計》北京：化學工業(yè)出版社 2008.7 [19]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社 [20]許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機械零件》 人民教育出版社 [21]劉佩衡主編《塔式起重機使用手冊》 北京：機械工業(yè)出版社，2002 [22]中國建設部《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 2003.12 [23]黃靖遠 龔劍霞 賈延林 《機械設計學》北京工業(yè)出版社，2002 [24]GB/T　75144-1994 《塔式起重機安全規(guī)程》　 [25]孫在魯 著《塔式起重機應用技術(shù)》北京：中國建材工業(yè)出版社，2003.5 [26]邢靜忠編著《ANSYS應用實例與分析》北京：科學出版社，2006 [27]張方瑞主編《ANSYS應用基礎與實例教程》北京：電子工業(yè)出版社，2006.9 [28]陳精一編著《ANSYS工程分析實例教程》北京：中國鐵道出版社，2007.5 5、本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2013.3.25-2013.3.28 2013.3.29-2013.4.13 2013.4.14-2013.4.20 2013.4.21-2013.5.15 2013.5.16-2013.6.5 2013.6.6-2013.6.19 2013.6.20-2013.6.21 熟悉整理資料 方案選擇及總體設計 繪制總圖 塔頂設計 繪制塔頂結(jié)構(gòu)圖 繪制零件圖紙 準備論文及答辯 教研室審查意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 系審查意見： 系主任簽字： 年 月 日 河北建筑工程學院 畢業(yè)實習報告 系 別 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機092班 姓 名 劉偉 學 號 2009307226 實習日期 4月13日 實習地點 張家口 實習單位 張家口建筑機械廠 指導教師 李常勝 職稱 高級工程師 實習成績 畢業(yè)實習報告 1.公司概況 張家口建筑機械有限責任公司前身張家口市建筑機械廠始建于1952年，是建設部定點生產(chǎn)建筑機械的專業(yè)廠家，是我國第一批領取塔式起重機生產(chǎn)許可證的企業(yè)，同時也是華北地區(qū)最大的塔式起重機生產(chǎn)廠。該公司技術(shù)力量雄厚，生產(chǎn)設備齊全，工藝工裝配套，檢驗手段完善，具有產(chǎn)品設計、機械加工制造、安裝調(diào)試監(jiān)測、檢驗等能力，現(xiàn)有金屬切削機床、焊接設備、熱處理設備200余臺，另配有化驗室、計量檢驗室、X光探傷室設備。其主要產(chǎn)品QTZ63、QTZ50、QTZ40D、QTZ40（角鋼）型塔式起重機等建筑機械產(chǎn)品，且于2001年12月27日通過ISO9001:2000質(zhì)量體系認證，于2004年再次通過北京9000標準認證機構(gòu)復審，本產(chǎn)品遠銷25個省、市、自治區(qū)、本公司塔機系列產(chǎn)品經(jīng)多方用戶使用得到廣泛好評。 2.實習目的 畢業(yè)實習是畢業(yè)設計最為關鍵的環(huán)節(jié)之一，是我們理論聯(lián)系實際、擴大知識面的一個過程，可以通過實地參觀對塔式起重機設計有一個感性認識，了解機器的實際結(jié)構(gòu)，綜合運用所學理論知識和方法為完成畢業(yè)設計打下了堅實的基礎；同時實習又是鍛煉和培養(yǎng)學生能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)我們具有吃苦耐勞的精神，也是我們接觸社會、了解產(chǎn)業(yè)狀況、了解國情的一個重要途徑，逐步實現(xiàn)由學生到社會的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們工作的能力、了解企業(yè)管理的基本方法和技能。培養(yǎng)面對現(xiàn)實問題的正確態(tài)度和獨立地分析解決問題的基本能力；通過實習，認識社會的需要，發(fā)現(xiàn)自身差距，培養(yǎng)銳意創(chuàng)新進取的精神；培養(yǎng)良好的職業(yè)精神，適應畢業(yè)后實際工作的要求。 我此次畢業(yè)設計的題目是：QTZ40塔式起重機總體及塔頂?shù)挠邢拊治龇ㄔO計。通過畢業(yè)實習，結(jié)合畢業(yè)設計深入工廠企業(yè)實地參觀與調(diào)查，在這個基礎上把所學的專業(yè)理論知識與實踐緊密結(jié)合起來，提高實際工作能力與分析能力，以達到學以致用的目的。 3.實習內(nèi)容 13號上午我們塔頂設計組乘車來到了實習地點。隨即而見的是兩臺剛從建筑工地上拆回來的塔式起重機，其中一臺是QTZ40支承架為角鋼的塔機；另外一臺是QTZ40塔式起重機，也是我們此次畢業(yè)設計的對象，支架均采用圓鋼型式的塔機。我們重點觀察了QTZ40的那臺，這臺QTZ40塔式起重機采用塔帽結(jié)構(gòu)，上回轉(zhuǎn)、水平臂架、小車變幅、液壓自升塔機。起重力矩為400KN/m。獨立式起升高度為30米。附著高度可達120米，最大起重量為4t，工作幅度為46.8米。該機設計合理，采用有塔帽結(jié)構(gòu)，安裝十分方便，質(zhì)量安全可靠，價格適易，在市場中深受建筑企業(yè)的歡迎，其結(jié)構(gòu)件的設計符合GB／T12752及相關的國家及行業(yè)標準。起升、回轉(zhuǎn)、變幅、液壓頂升四大機構(gòu)均采用雙速電機，能滿足各種工況的需要，液壓頂升機構(gòu)用于塔身的升高及降塔。鋼絲繩的選用按GB8918新標準執(zhí)行。該機安全保護裝置齊全、靈敏、可靠。設有力矩限制器，起重量限制器，起升高度限位器，幅度限位器，回轉(zhuǎn)限位器以確保塔機的安全使用，在電器系統(tǒng)中設有欠壓、過流、斷相、錯相保護以保證電機的正常工作。另外護欄、擋板、平臺等安全設施齊全,符合GB5144標準要求。，我結(jié)合老師的上課給我們講解的知識仔細觀察了起重機的頂升部分，了解了如何用伸縮油缸把支承架頂上去，而后又是用什么固定，支承架上為何不直接采用2.5米的間距等等問題。由于我們是做塔頂機構(gòu)的設計，所以工人師傅在講塔頂機構(gòu)時，我們尤為認真。在工人師傅的講解過程中，我認真的觀察了塔頂結(jié)構(gòu)的金屬桁架結(jié)構(gòu)空間布置形式，仔細琢磨水平腹桿，立柱，斜腹桿三者之間的鉸接點布置。事實證明，這樣的實物觀察對我以后的有限元模型建立過程中的節(jié)點布置問題是有很大作用。 緊接著，工人師傅又給我們講解了塔機總體各工作機構(gòu)的具體形式，塔式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、工作機構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動臂和底座等；工作機構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和頂升四部分；電氣系統(tǒng)包括電動機、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。 塔式起重機的起升和變幅機構(gòu)均由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和卷筒等部件組成。為提高塔機的生產(chǎn)效率，加快吊裝的施工進度，各工作機構(gòu)均應具備較高的工作速度，并要求啟動和制動過程中都能平緩進行，避免產(chǎn)生急劇沖擊，對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。另外，工作機構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)之間的關系協(xié)調(diào)，互不相碰。 起升機構(gòu)：起升機構(gòu)是起重機機械的主要機構(gòu),用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構(gòu)通常由原動機、減速器、卷筒、制動器、鋼絲繩、滑輪組和吊鉤組成。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)：塔機是靠起重臂回轉(zhuǎn)來保障其工作覆蓋面的。回轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)生是通過上、下回轉(zhuǎn)支座分別裝在回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外圈上并由回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動小齒輪。小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的大齒圈嚙合，帶動回轉(zhuǎn)上支座相對于下支座運動。我們設計的QTZ500塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設成單回轉(zhuǎn)式，通常由回轉(zhuǎn)電動機、液力耦合器、回轉(zhuǎn)制動器、回轉(zhuǎn)減速器和小齒輪組成。 變幅機構(gòu)：變幅機構(gòu)是實現(xiàn)改變幅度的工作機構(gòu)，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒和制動器組成。功率和外形尺寸較小。變幅機構(gòu)按其構(gòu)造和不同的變幅方式分為運行小車式和吊臂俯仰式。 塔機都設有安全保護裝置，包括：起升高度限制器、起重量限制器、力矩限制器。 通過工人師傅為我詳細地講解以后，我對自己的設計又有了更加直觀深入的了解。 4. 實習結(jié)果 通過這次參觀實習，我們受益頗多。以下是我在實習參觀時所得出的的一些體會： 1.了解了QTZ40塔式起重機的總體結(jié)構(gòu)，重點對塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有了全面的了解； 2.知道了塔機用頂升機構(gòu)進行頂升時，利用液壓缸的作用把上面的所有機構(gòu)頂起，然后加入標準節(jié)。 3.明白了塔機的起升機構(gòu)和變幅機構(gòu)是用不同的鋼絲繩分開控制的； 4.認真的觀察了塔頂結(jié)構(gòu)的金屬桁架結(jié)構(gòu)空間布置形式，仔細琢磨水平腹桿，立柱，斜腹桿三者之間的鉸接點布置。這也是我們建立塔頂有限元模型的基礎。 5.實習總結(jié) 這次畢業(yè)實習進一步鞏固和深化了我們所學的理論知識，彌補了以前理論教學的不足，擴大了我的視野。通過這次畢業(yè)實習使我對所學理論得到了進一步理解、鞏固和深化，培養(yǎng)了我收集資料的能力及提高分析問題和解決問題的能力，也給我的設計帶來了許多靈感。要想搞好設計，就要耐心仔細地查找與設計相關的資料和信息，它要包括設計產(chǎn)品的基本功能、主要結(jié)構(gòu)、應用特點及其發(fā)展前途，市場效益等。此次去天力塔吊租賃公司，使我對塔式起重機有了一個比較感性和直觀的認識。以前也看到一些塔式起重機，但是沒有認真觀察過。對于塔式起重機的印象基本上只停留在課本上的幾個簡單的圖片上。通過本次實習，我對塔式起重機有了一個相對全面的基本認識，培養(yǎng)和鍛煉了我的綜合運用課本所學的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識，為接下來的畢業(yè)設計打下一個良好的基礎，也為我畢業(yè)后走上工作崗位打下一定的基礎?？傊?，在此，感謝老師們給我們這次難得的實習機會，使我學到了很多課本以外的知識，同時也提高了自己的能力，積累了一些寶貴的經(jīng)驗,受益匪淺,我在以后的工作中一定會認真努力，格要求自己，飽滿的熱情做好自己的本職工作。 河 北 建 筑 工 程 學 院 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 QTZ40塔式起重機總體及塔頂優(yōu)化設計 學 科 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機092班 姓 名 劉 偉 指 導 教 師 李常勝 輔 導 教 師 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及塔頂優(yōu)化設計 系 別： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機092 學生姓名： 劉偉 學 號： 2009307226 指導教師： 李常勝 課題來源 導師課題 課題類別 工程設計 一、論文資料的準備 1、塔式起重機概述 塔式起重機簡稱塔機或者塔吊，是一種機身為塔架式結(jié)構(gòu)的全回轉(zhuǎn)動臂架式起重機。塔式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、工作機構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動臂和底座等。塔機的工作機構(gòu)有五種：起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、小車牽引機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車走行機構(gòu)(行走式的塔機)。電氣系統(tǒng)包括電動機、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。塔式起重機的作業(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要高，可達到全幅度的80%。而普通履帶式、輪胎式起重機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。因此塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價等方面起著重要的作用。 2、塔式起重機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 塔式起重機(簡稱塔吊)是一種塔身直立、起重機臂鉸接在塔帽下部且能夠作360°回轉(zhuǎn)的起重機,通常用于房屋建筑和設備安裝的場所,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、運轉(zhuǎn)可靠等特點。因此它在建筑安裝施工中已經(jīng)得到了廣泛的應用,特別對于高層建筑施工來說,更是一種不可缺少的重要施工機械。 塔式起重機起源于歐洲。據(jù)記載，第一項有關建筑用塔機專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機，1923年制成了近代塔機的原型樣機，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機。1930年當時德國已開始批量生產(chǎn)塔機，并用于建筑施工。1941年，有關塔機的德國工業(yè)標準DIN8770公布。該標準規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機的起重能力。 我國的塔機行業(yè)于20世紀50年代開始起步,已有50多年的歷史，經(jīng)歷了一個從測仿制到自行設計制造的過程。 20世紀50年代，為滿足國家經(jīng)濟建設的需要，中國引進了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。這個時期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機的數(shù)量較少。 20世紀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，并在工作機構(gòu)中采用比較先進的技術(shù)，如直流調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器、在回轉(zhuǎn)和運行機構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。 20世紀70年代，塔式起重機服務對象更為廣泛。塔式起重機的幅度、起重量合起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機又向一機多用方向發(fā)展。中國塔式起重機進入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。這一時期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動臂自行架設快裝塔式起重機等，其年產(chǎn)量最高超過900臺，標志著中國塔式起重機行業(yè)進入一個新的階段。20世紀90年代以后，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也從20世紀50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。 3﹑QTZ40塔式起重機的整體和塔頂簡介 (一) ﹑QTZ40塔式起重機的整體簡介 QTZ40塔式起重機具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機構(gòu)，可單獨或復合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構(gòu)用于塔身接高或降塔,起升機構(gòu)采用多速電機，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，起吊就位準確，可滿足建筑施工中垂直及水平運輸?shù)男?要。該機設有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回轉(zhuǎn)限制器等安全保護裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機正常工作。另外，還設有休息平臺、護欄等安全保護設施。司機室獨立側(cè)置，造型美觀，視野開闊，內(nèi)部空間大，操作方便。該機適用性好，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、貨場的裝卸。 (二) ﹑QTZ40塔式起重機的塔頂簡介 目前，國內(nèi)應用較廣泛的塔機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心圓鋼或鋼管，迎風面積和風力系數(shù)小，從而減少了水平風力，甚至可以不考慮風載荷對其的直接影響。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，其受力狀況較為復雜，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)，用上下兩個鉸點固接于塔機的上轉(zhuǎn)臺，與上轉(zhuǎn)臺形成一個固定的結(jié)構(gòu)體。片式塔頂結(jié)構(gòu)簡單、線條流暢、外形美觀大方、受力簡單，塔機架設既方便又省時省力 二、ANSYS介紹 “有限元”這個詞語于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)廣泛應用于各種不同的工程之中，理論也已經(jīng)相當成熟。有限元思想的核心就是把實際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個類似結(jié)構(gòu)的個體，然后通過分析這些有限個體的性能來求出滿足實際工程要求的計算結(jié)果，從而代替對于具體復雜實際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過離散化，應用有限元思想，可以解決很多實際復雜的工程問題，并在理論研究和工程應用兩方面都具有極其重要的實用價值。 1970年，美國著名力學專家、匹茲堡大學教授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軟件不斷改進提高，性能也不斷增強，可靠性也不斷得到保證，在易用性和適應運行環(huán)境等其他方面也日趨完善，基本上完全能夠滿足當前用戶對于有限元分析軟件的要求，當下，已發(fā)展到了14．0版本。 ANSYS作為一個大型通用軟件，可以廣泛的應用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場、熱、耦合場、 電磁場上面，其使用用戶也能夠涵蓋機械、土木建筑、水利、生物、醫(yī)學、能源、航空 航天和交通運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)的不同領域，利用ANSYS軟件，能夠?qū)嶋H模型置于各種各 樣不同的復雜實際工況之中，準確并合理的分析，優(yōu)化設計，減少實際試驗的物質(zhì)和人 力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠為提高利潤做出貢獻。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個過程：建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。若在實際應用過程中想對其中的某一個步驟進行改動和變化，則依然需要重新完成其中的每一個步驟，無形中浪費了太多的工作時間。針對現(xiàn)實情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設計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用。例如： AlexeyI．Borovkv開發(fā)了兩款軟件，分別應用于散熱器穩(wěn)態(tài)3D熱分析及轉(zhuǎn)子體剛度不對稱補償。使用者只需面對初始參數(shù)輸入界面，而軟件自動完成建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解等復雜步驟，還可以在專用軟件中生成符合用戶要求的報告，這一系列開發(fā)，無形中減少了用戶建模的工作量，無疑會提高相當?shù)男?，大大?jié)省了用戶的時間。 而相對而言，國內(nèi)關于ANSYS的二次開發(fā)方面才剛剛起步，在很多方面與國外先進 水平存在相當?shù)牟罹?，但一些高校和科研機構(gòu)也相應的開發(fā)了很多產(chǎn)品，取得了一定的 研究成果，并在實際應用方面也做出了很大的貢獻。這系列研究和實際大致取得的成果有：針對具體實際工程應用問題而開發(fā)的專用系統(tǒng)，例如水利工程、土木建筑以及機械的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化設計；針對商業(yè)化發(fā)展的具體模塊，例如壓力容器自動化分析軟CPV-ANSYS，基于ANSYS的應用柴油機鑄造成型專用軟件等?？傮w而言，國內(nèi)關于二次開發(fā)的研究也已經(jīng)取得了很好的效果，同時也存在發(fā)展的空間，是一個具有相當潛能，大有可為的新興科研項目。 三、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 塔式起重機是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機械，具有動作間歇性和作業(yè)循環(huán)性，多用于人力不能完成的任務。塔式起重機(以下簡稱塔機)是一種重要的施工機械,由于具有工作效率高、使用范圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度高、操作方便以及安裝與拆卸簡便等優(yōu)點,已成為工程建設中的主要機種之一。自升式塔式起重機的塔頂是塔機的重要組成部分，它以固結(jié)或鉸結(jié)的形式連接在塔機轉(zhuǎn)臺上，通過拉桿分別與起重臂和平衡臂相連，承受臂架和其上部件的自重以及吊重、風載等載荷作用而產(chǎn)生彎矩、拉壓力以及剪切力，受力狀況較為復雜。近幾年來塔頂失穩(wěn)現(xiàn)象多有發(fā)生，并且常常是僅在塔頂部分發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。由此可見在塔機設計中，塔頂部分是一個較為薄弱的環(huán)節(jié)，其抗過載能力較差，因此有必要對塔頂結(jié)構(gòu)進行分析研究，加強塔頂?shù)膹姸扰c結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而防止塔頂結(jié)構(gòu)部分的破壞。 伴隨著計算機技術(shù)的進步,目前國內(nèi)外先進的機械產(chǎn)品設計制造都離不開有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)計算,在工程設計和分析中受到越來越廣泛的重視,其計算結(jié)果不僅詳盡,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進行機械產(chǎn)品的設計計算將會極大地提高設計效率、保證其設計質(zhì)量。設計者只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力學分析,盡早發(fā)現(xiàn)設計缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié) 構(gòu)和性能更加合理。本論文將應用有限元軟件ANSYS10.0對塔機總體及塔頂結(jié)構(gòu)進行快速校核分析。 重點：塔機總體及塔頂結(jié)構(gòu)的快速有限元校核分析。 四、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 1、主要內(nèi)容 （1） 設計任務： ① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ② 結(jié)構(gòu)形式 （2） 總體設計 ① 主要技術(shù)參數(shù)性能 ② 設計原則 ③ 平衡重的計算 ④ 塔機的風力計算 ⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算 （3） 塔頂?shù)脑O計和計算 ① 塔頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式及尺寸 ② 塔頂?shù)脑O計和有限元分析及計算 2、 研究方法 （1）資料的準備 通過上網(wǎng)和畢業(yè)實習，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關資料，了解國內(nèi)外塔式起重機總體設計和塔頂?shù)脑O計的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設計思路為自己的設計做準備。了解所做設計中的標準部件的相關信息，為以后設計做好準備。 （2）參數(shù)確定 根據(jù)所查資料，了解到起重機的相關參數(shù)，和對標準部件的了解，選擇能免租條件的相關零件。根據(jù)傳統(tǒng)設計方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行具體的設計，在設計中確定個關節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出個主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體具體設計尺寸和形狀。 3、 研究思路 伴隨著計算機技術(shù)的進步,目前國內(nèi)外先進的機械產(chǎn)品設計制造都離不開有限元分析(Finite ElementAnalysis, FEA)計算,在工程設計和分析中受到越來越廣泛的重視,其計算結(jié)果不僅詳盡,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法進行機械產(chǎn)品的設計計算將會極大地提高設計效率、保證其設計質(zhì)量。設計者只需借助通用有限元軟件建立模型并進行仿真分析,就能真實地反映機械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進行各種類型的力 學分析,盡早發(fā)現(xiàn)設計缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。本文應用有限元軟件ANSYS10.0對塔頂結(jié)構(gòu)進行快速校核分析。 五、總體安排和進度（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 方案選擇及總體設計 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 塔頂設計 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 準備論文及答辯 六、主要參考文獻 [1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社 [2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業(yè)出版社 [3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊） [4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范 [6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程 [7] 邢靜忠．ANSYS應用實例與分析．科學出版社．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 塔式起重機設計條件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程 [12]劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社．2002． [13]李柱，徐振高．互換性與測量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002． [14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學出版社.2003． [15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995． [16] 吳慶鳴，何小新．工程機械設計．武昌：武漢大學出版社.2006． [17]劉佩衡．塔式起重機使用手冊．北京：機械工業(yè)出版社.2002． [18] 張質(zhì)文，虞和謙等．起重機設計手冊．北京：中國鐵道出版社．1997． [19] 顧迪民．工程起重機．北京：中國建筑工業(yè)出版社．1988． [20] 王金諾，于蘭峰．起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)．北京：中國鐵道出版社.2002． [21] The Domestic Reform of Imported Hydraulic Excavators. [22]Computers and Structures 80 (2002) 605–614. 指導教師意見： 指導教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領導簽名： 日期： 系蓋章 設計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔頂優(yōu)化設計 姓 名： 劉偉 班級學號： 機092班 2009307226 指導教師： 李常勝 設計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔頂設計 姓 名： 穆業(yè)孟 班級學號： 機091班 2009307105 指導教師： 李常勝 目錄 第一章 前言·······················································1 1.1 塔式起重機概述··············································1 1.2 塔式起重機的發(fā)展趨勢········································1 第二章 總體設計··················································2 2.1 概述························································2 2.2 確定總體設計方案············································2 2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)················································2 2.2.2 工作機構(gòu)···············································19 2.2.3 安全保護裝置···········································27 2.3 總體設計設計總則···········································29 2.3.1 整機工作級別 ··········································29 2.3.2 機構(gòu)工作級別···········································29 2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 30 2.4 平衡臂與平衡重的計算·······································30 2.5 起重特性曲線···············································32 2.6 塔機風力計算·············································· 34 2.6.1 工作工況Ⅰ·············································34 2.6.2 工作工況Ⅱ·············································38 2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································40 2.7整機的抗傾翻穩(wěn)定性·········································43 2.7.1工作工況Ⅰ·············································44 2.7.2工作工況Ⅱ·············································45 2.7.3工作工況Ⅲ·············································46 2.7.4工作工況Ⅳ·············································47 2.8固定基礎穩(wěn)定性計算·········································49 第三章 塔頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)和受力分析······························51 3.1 塔頂總體···················································51 3.1 塔頂尺寸設計···············································52 3.1 塔頂受力分析···············································53 第四章 塔頂?shù)哪Ｐ秃喕陀邢拊治觥ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?5 4.1 塔頂模型建立的幾點簡化及分析過程···························55 4.2 塔頂結(jié)構(gòu)的有限元分析·······································55 4.2.1塔頂模型的建立·········································56 4.2.2有限元分析計算·········································57 第五章 塔頂受力校核 5.1 塔頂穩(wěn)定性校核·············································98 5.2 塔頂剛度校核···············································99 5.3 塔頂強度校核···············································99 第六章 畢業(yè)設計小結(jié)···········································100 致謝·····························································101 主要參考文獻····················································102