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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機——塔身的設(shè)計
系 別: 機械工程學(xué)院
專 業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級: 機095
學(xué)生姓名: 盛懷江
學(xué) 號: 2011407525
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
一、論文資料的準(zhǔn)備
(一) 塔式起重機概述
塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械,簡稱塔機,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。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。塔式起重機必須具備下列特點:
① 起升高度和工作幅度較大、起重力矩大;
② 工作速度高,具有安裝微動性能及良好的調(diào)速性能;
③ 要求拆裝運輸方便迅速,以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。
(二) 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塔機發(fā)展的主要代表性國家或地區(qū)有:歐洲、日本、澳大利亞。從20世紀(jì)90年代開始,歐洲塔機行業(yè)緩慢復(fù)蘇,目前歐洲生產(chǎn)塔機的國家有德國、法國、英國、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等,主要廠家有法國Potain,德國Liebherr、Peiner、Wolff,意大利Comedil,丹麥Kroll,西班牙Comansa。在產(chǎn)量、系列品種、技術(shù)水平等方面,德國的Liebherr和法國的Potain在世界上居領(lǐng)先地位,Potain目前在法國、德國、意大利、葡萄牙、中國的工廠生產(chǎn)60多種型號塔機,迄今為止已在全球銷售了超過100000臺塔機,其中被國內(nèi)行業(yè)熟知的FO/23B、H3/36B是我國1984年從Potain引進技術(shù)生產(chǎn)的。2003年,Potain為南京長江第三大橋工程提供的MD3600(最大起重力矩為3600tm),是Potain迄今為止建造的最大塔機。
20世紀(jì)80年代,日本塔機行業(yè)開始緩慢復(fù)蘇,1987年開發(fā)了900t?m級內(nèi)爬式自升塔機,1990年,日本最著名的塔機生產(chǎn)商石川島( IHI)公司開發(fā)了日本國內(nèi)最大的1500t?m級內(nèi)爬式自升塔式起重機- JCC1500H(最大起重量70t),其在日本大噸位塔機市場中占有份額最高。截至目前,日本內(nèi)爬塔機的主要機型有:80tm級、150tm級、400tm級、450tm級、500tm級、600tm級、900tm級、1500tm級。另外,還開發(fā)了利用鋼結(jié)構(gòu)大樓鋼立柱為塔身的鋼柱塔身內(nèi)爬式塔式起重機,使塔機結(jié)構(gòu)更為簡化,也增加了內(nèi)爬式塔機的新機種。
俄羅斯繼承前蘇聯(lián)傳統(tǒng),曾經(jīng)也是一個塔機大國,擁有雄厚的開發(fā)和生產(chǎn)實力。1990年 俄羅斯塔機產(chǎn)量達2526臺,在隨后的經(jīng)濟衰退時期,許多俄羅斯塔機制造廠處境困難,停止了生產(chǎn),到2000年,俄羅斯塔式起重機年產(chǎn)36臺,2001年產(chǎn)量77臺。與1990年相比,產(chǎn)量銳減。前蘇聯(lián)解體后,俄羅斯塔機行業(yè)修改了前蘇聯(lián)塔機設(shè)計規(guī)范和技術(shù)條件,向ISO標(biāo)準(zhǔn)靠攏。目前,俄羅斯建筑業(yè)復(fù)蘇,根據(jù)官方資料,現(xiàn)在俄羅斯的塔機80%超期服役。在過去的幾年里,這些年久失修的塔機,在作業(yè)中時有事故發(fā)生。部分地區(qū)(如莫斯科)法規(guī)已經(jīng)規(guī)定不允許使用這些塔機,塔機的用戶希望購買新的具有現(xiàn)代化裝置的塔機,因此,俄羅斯塔機市場的需求趨旺,在今后幾年里,醞釀著巨大的市場潛力。盡管塔機有需求,但越來越多用戶希望購買國外塔機,俄羅斯的塔機生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的競爭。
近幾年國外塔機市場上,一種結(jié)構(gòu)新穎的平頭式塔機發(fā)展很快,大有流行之勢;平頭塔機起源于歐洲,叫法源于flat-toptowercrane的譯名,也有叫無塔頭式塔機(toplesstowercrane)的。平頭塔機的設(shè)計思想及雛形最早可追溯到20世紀(jì)60年代,當(dāng)時法國Richier公司研制的塔機外形已接近于現(xiàn)在的平頭塔機,例如其X1290和GT系列塔機塔頭較矮,通常不超過4m,只稍稍高于吊臂和平衡臂。但嚴(yán)格來講,這些塔機又不同于現(xiàn)在的平頭塔機,盡管塔頭較矮,但還是能區(qū)分出塔頭、平衡臂、拉桿等。真正的平頭塔機誕生于1975年,瑞典Linden公司首次提出平頭塔機的概念,并率先推出了Linden8000平頭塔機模數(shù)系統(tǒng),不同型號平頭塔機的吊臂可以互換。Linden平頭塔機沒有傳統(tǒng)意義上的塔頭,而且取消了拉桿,上部結(jié)構(gòu)形狀呈水平且均為剛性結(jié)構(gòu),沒有傳統(tǒng)塔機那種塔頭、平衡臂、吊臂及拉桿之間的鉸接連接方式。可以說,Linden平頭塔機的出現(xiàn)揭開了平頭塔機發(fā)展的序幕。自從Linden公司推出平頭塔機以來在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)沒有被用戶普遍接受,因為人們在內(nèi)心深處已經(jīng)習(xí)慣了帶塔頭的塔機,認為塔機帶塔頭是天經(jīng)地義的事,有的甚至認為塔機上沒有塔頭、拉桿,結(jié)構(gòu)不合理、不安全。一直領(lǐng)導(dǎo)世界塔機發(fā)展潮流的波坦和利勃海爾等大公司對平頭塔機最初都不推崇,所以其發(fā)展一直較緩慢。隨著平頭塔機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,其獨特的優(yōu)點被越來越多的用戶所認可,于是一些制造廠家紛紛涉足平頭塔機的研制,以至于波坦和利勃海爾等大公司也以各種方式推出平頭塔機,由此極大地推動了平頭塔機的發(fā)展。近5年是國外各大塔機制造商相繼推出平頭塔機最集中的時期,也是發(fā)展最快的時期。下面從幾個主要塔機制造公司的情況就可以看出平頭塔機的發(fā)展?fàn)顩r及態(tài)勢。
國外工程起重機的發(fā)展方向為:發(fā)展超大型起重機,“迷你”起重機大量涌現(xiàn),伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進,數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用,靜液壓傳動起重機進入市場,混合起重機得到發(fā)展,汽車起重機也在不斷發(fā)展,隨車起重機產(chǎn)銷量不斷增長。
(三) 我國塔式起重機的發(fā)展趨勢
我國大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)已有二十來年的歷史,這二十來年里,大量建筑物的涌現(xiàn)和大型工程的興建,鐵路、公路橋梁的建設(shè),給塔式起重機提供了良好的市場。在十二五期間,我國提出了推行城鎮(zhèn)化建設(shè),我國人口眾多,地大物博,市場需求,市場前景還有一定的空間,
我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面:
1 我國塔機產(chǎn)品的品種、型號、規(guī)格應(yīng)向多樣化發(fā)展,以適應(yīng)不同工程、不同用戶的需求。
2 適當(dāng)發(fā)展動臂式自升塔機和折曲式兩用臂架自升塔機的生產(chǎn),以適應(yīng)塔機出口市場和國內(nèi)大中型城市內(nèi)某些特定工程和鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工的需要。
3 更多的采用組裝式結(jié)構(gòu),做到產(chǎn)品系列化,部件模數(shù)化,以不同模數(shù)塔身、臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成的變斷面塔身和臂架,這不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能,減輕塔式起重機自重,而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量,為單位節(jié)約成本。便于產(chǎn)品更新?lián)Q代,簡化設(shè)計制造,提高塔機使用的經(jīng)濟效益。
(四) QTZ40塔式起重機概述
QTZ40塔式起重機為按照最新標(biāo)準(zhǔn)JG/T5037-93《塔式起重機分類》設(shè)計的加強型塔式起重機,該QTZ40自升式塔吊為上回轉(zhuǎn)、水平臂架、小車變幅、液壓自升 式多用途塔吊。起重力矩400KN.m,最大起重量4T,獨立架設(shè)時最大起升高度可達29米,加附著最大起升可達120米,最大幅度分46.8米、42米 和50米。
QTZ40塔式起重機充分利用成組技術(shù)、組合設(shè)計技術(shù)及有限元分析技術(shù),以“塔式起重機微機設(shè)計平臺”為工具設(shè)計的國內(nèi)最新型的起重運輸機械。QTZ40塔吊為水平臂架、小車變幅、上回轉(zhuǎn)液壓頂升式起重機。最大有效幅度47m。是該種機型國內(nèi)唯一達到此幅度的塔機。塔機獨立使用時,起升高度27.8m,附著起升高度為120m(2倍率)。該機各項速度指標(biāo)均達到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。
該機自重(不含配重及附著裝置)21.46噸,總裝機容量25.82KW,該機參數(shù)先進,性能優(yōu)良可靠,造型美觀,質(zhì)量精良,結(jié)構(gòu)簡單實用,設(shè)有先進的安全裝置,維修方便,使用安全,價格合理,是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機械。
QTZ40塔吊布置合理,外型美觀,司機室獨立側(cè)置,視野好,給操作者創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。使用方便,維修簡單,是廣大建筑施工企業(yè)理想的建筑施工機械。具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機構(gòu),可單獨或復(fù)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(zhǔn)確,可滿足建筑施工中垂直及水平運輸?shù)男枰?。該機設(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)限制器等安全保護裝置齊全,靈敏可靠,確保塔機正常工作。另外,還設(shè)有休息平臺、護欄等安全保護設(shè)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,可用于港口、貨場的裝卸。
二、本課題的目的(重點及創(chuàng)新點)
本次畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練,目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識,訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求每個學(xué)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(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計,使學(xué)生掌握塔式起重機的總體設(shè)計、塔身的設(shè)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(chǔ)。
隨著市場競爭的日益激烈,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。塔式起重機尤其是大噸位的塔機,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成本的關(guān)鍵之一。
傳統(tǒng)的設(shè)計方法,一般是根據(jù)經(jīng)驗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),然后進行校核,這樣設(shè)計的塔身, 結(jié)構(gòu)自重偏大,材料的利用率低, 成本高,經(jīng)濟效益不好。
塔機結(jié)構(gòu)現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)代設(shè)計方法的過程。傳統(tǒng)設(shè)計計算復(fù)雜、耗時,不利于在激烈市場競爭中縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計質(zhì)量。計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和有限元法等現(xiàn)代設(shè)計方法受到塔機科技人員越來越廣泛的重視。
塔身是塔式起重機的重要組成部分,利用有限元軟件ANSYS對QTZ40塔式起重機塔身進行工作及非工作狀態(tài)分析計算,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)果對其結(jié)構(gòu)進行了有限元分析法設(shè)計,有效控制了可能出現(xiàn)的危險,增強了設(shè)備的安全性。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
(五) 主要內(nèi)容
(1) 設(shè)計任務(wù):
①總體參數(shù)的選擇(QTZ40級別) ②結(jié)構(gòu)形式
(2) 總體設(shè)計
①主要技術(shù)參數(shù)性能 ②設(shè)計原則 ③平衡重的計算 ④塔機的風(fēng)力計算 ⑤整機傾翻穩(wěn)定性的計算
(3) 塔身的設(shè)計和計算
①塔身的結(jié)構(gòu)形式及尺寸 ②塔身的設(shè)計和有限元分析及計算
(六) 研究方法
①類比法:參考國內(nèi)同類型塔式起重機設(shè)計;
②有限元分析法:利用有限元分析軟件對塔身進行設(shè)計計算。
(七) 研究思路
在畢業(yè)設(shè)計時,當(dāng)我們收到設(shè)計任務(wù)書時首先對研究對象進行細致的調(diào)查, 收集國內(nèi)外有關(guān)資料并通過對資料的調(diào)研、加工與整理了解國內(nèi)外的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研情況,并進行分析比較,制定設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計的機型符合有關(guān)的方針政策。
在畢業(yè)設(shè)計工作中,通過掌握正確的設(shè)計思想,綜合運用多學(xué)科的理論、知識與技能在認真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)下分析并解決設(shè)計中遇到的問題。先通過整體參數(shù)的計算來確定塔式起重機的設(shè)計方案,同時了解不同塔式起重機結(jié)構(gòu)的差別。再逐步確定各個裝置的結(jié)構(gòu)及具體尺寸,也應(yīng)參考同類機型的設(shè)計,來確定本次塔式起重機整體設(shè)計的最終結(jié)構(gòu)及尺寸,最后運用有限元分析法對塔式起重機的塔身進行計算和分析。
四、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(shè)計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 塔身設(shè)計
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
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)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(shè)計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設(shè)計手冊.化學(xué)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(shè)計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 邢靜忠.ANSYS應(yīng)用實例與分析.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 塔式起重機設(shè)計條件.
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)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(xué).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(xué)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.
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、社會實踐、自選、其他
課題類別:工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。