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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)——塔身的優(yōu)化設(shè)計(jì)
系： 機(jī)械工程系
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動化
班級： 機(jī)091
姓名： 李春驕
學(xué)號： 2009307133
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn): 綜405
指導(dǎo)教師： 李常勝
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 5 日
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目的：
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對機(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)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)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(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、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)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(shè)計(jì)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(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
（4） 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、擴(kuò)展知識領(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：
1） 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。
2） 對設(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)識圖紙能力。對運(yùn)輸、安裝、使用等亦有一般了解。
3） 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。
4） 對國內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對各種塔式起重機(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。
3、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）、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
不少于四張零號圖紙量。
4、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.化學(xué)工業(yè)出版社（5冊）
[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] 劉品主編《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》（第2版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2001
[8] 徐灝主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（第2版） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000
[9] 曹雙寅主編《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》 南京：東南大學(xué)出版社 2002
[10]劉鴻文主編《材料力學(xué) Ⅰ》（第4版） 高等教育出版社
[11]《QTZ50塔式起重機(jī)使用說明書》
[12]張青 張瑞軍 編著《工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.7
[13]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13752-92 《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1993
[14]范俊祥主編《塔式起重機(jī)》 中國建材工業(yè)出版社
[15]許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機(jī)械零件》 人民教育出版社
[16]劉佩衡主編《塔式起重機(jī)使用手冊》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[17]中國建設(shè)部《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 2003.12
[18]黃靖遠(yuǎn) 龔劍霞 賈延林 《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》北京工業(yè)出版社，2002
[19]GB/T 75144-1994 《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》
[20]孫在魯 著《塔式起重機(jī)應(yīng)用技術(shù)》北京：中國建材工業(yè)出版社，2003.5
[21]邢靜忠編著《ANSYS應(yīng)用實(shí)例與分析》北京：科學(xué)出版社，2006
[22]張方瑞主編《ANSYS應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例教程》北京：電子工業(yè)出版社，2006.9
[23]陳精一編著《ANSYS工程分析實(shí)例教程》北京：中國鐵道出版社，2007.5
5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)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(shè)計(jì)
繪制總圖
塔身設(shè)計(jì)
繪制塔身裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
繪制零件圖紙
準(zhǔn)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(xué)院
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
系 別 機(jī)械工程系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級 機(jī)091
姓 名 李春驕
學(xué) 號 2009307133
指導(dǎo)教師 李常勝
實(shí)習(xí)成績
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
1．實(shí)習(xí)內(nèi)容
大四下學(xué)期的4月11日至18日我在張家口神力起重設(shè)備有限公司進(jìn)行為期一周的畢業(yè)實(shí)習(xí)。首先簡單介紹一下張家口神力起重設(shè)備有限公司。張家口神力起重設(shè)備有限公司，位于張家口市陵園北街3號，占地面積15000M3，建筑面積5100 M3。，現(xiàn)有員工150人(固定)，其中高級工程師3人，中級職稱10人，有證焊工18人，經(jīng)省級培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員33人。公司技術(shù)先進(jìn)設(shè)備齊全，是起重行業(yè)比較早的中小企業(yè)。經(jīng)營范圍：少先吊、單梁橋式起重機(jī)、雙梁橋式起重機(jī)、懸掛式起重機(jī)、門式起重機(jī)、提升機(jī)、BR1-2類壓力容器制造，Ｂ級起重機(jī)安裝、改造。公司的前身為張家口市起重設(shè)備總廠，始建于1956年。從1970年由一般機(jī)械產(chǎn)品轉(zhuǎn)為起重機(jī)械產(chǎn)品。產(chǎn)品由原來的外加工逐步發(fā)展到擁有起重機(jī)械、壓力容器、起重機(jī)安裝、改造等國家頒發(fā)有資質(zhì)證的制造企業(yè)?，F(xiàn)在有效資產(chǎn)約1500萬元，資產(chǎn)負(fù)債率為零。多年來，生產(chǎn)的各種吊車及壓力容器已銷往全國各個(gè)省市，獲得客戶的一致好評，由其是2002年后經(jīng)公司工程技術(shù)人員和廣大職工不解的努力和研究，通過不斷的改進(jìn)，成功的制造出散粒物裝集裝箱用的專用起重機(jī)QE10+10、1-5型、經(jīng)北京、河北、東北三省、廣東、福建、等地區(qū)廣大用戶使用后反映此設(shè)備目前是裝散粒物最經(jīng)濟(jì)速度最快的一種設(shè)備。
本次實(shí)習(xí)是在完成課程之后進(jìn)行最后的綜合實(shí)習(xí)，是貫徹理論聯(lián)系實(shí)際的一次實(shí)踐，在公司里我了解了起重機(jī)的概況。起重機(jī)械是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移動重物的機(jī)電設(shè)備，其范圍規(guī)定為額定起重量大于或者等于0．5t的升降機(jī)額定起重量大于或者等于1t，且提升高度大于或者等于2m的起重機(jī)和承重形式固定的電動葫蘆等。多數(shù)起重機(jī)械在吊具取料之后即開始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到達(dá)目的地后卸載，再空行程到取料地點(diǎn)，完成一個(gè)工作循環(huán)，然后再進(jìn)行第二次吊運(yùn)。一般來說，起重機(jī)械工作時(shí),取料、運(yùn)移和卸載是依次進(jìn)行的,各相應(yīng)機(jī)構(gòu)的工作是間歇性的。起重機(jī)械主要用于搬運(yùn)成件物品，配備抓斗后可搬運(yùn)煤炭、礦石、糧食之類的散狀物料，配備盛桶后可吊運(yùn)鋼水等液態(tài)物料。有些起重機(jī)械如電梯也可用來載人。在某些使用場合，起重設(shè)備還是主要的作業(yè)機(jī)械，例如在港口和車站裝卸物料的起重機(jī)就是主要的作業(yè)機(jī)械，通常起重機(jī)械由起升機(jī)構(gòu)（使物品上下運(yùn)動）、運(yùn)行機(jī)構(gòu)（使起重機(jī)械移動）、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（使物品作水平移動），再加上金屬機(jī)構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置而成。
簡單介紹一下起重機(jī)的類型，在建筑工程中所用的起重機(jī)械，根據(jù)其構(gòu)造和性能的不同，起重機(jī)械按結(jié)構(gòu)不同可分為輕小型起重設(shè)備、升降機(jī)、起重機(jī)和架空單軌系統(tǒng)等幾類。輕小型起重設(shè)備主要包括起重小車、吊具、千斤頂、手動葫蘆、電動葫蘆和普通絞車，大多體積小、重量輕、使用方便。除電動葫蘆和絞車外，絕大多數(shù)用人力驅(qū)動，適用于工作不繁重的場合。它們可以單獨(dú)使用，有的也可作為起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)。有些輕小型起重設(shè)備的起重能力很大，如液壓千斤頂?shù)钠鹬亓恳堰_(dá) 750噸。升降機(jī)主要作垂直或近于垂直的升降運(yùn)動，具有固定的升降路線，包括電梯、升降機(jī)、礦井提升機(jī)和料斗升降機(jī)等。起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升并水平搬運(yùn)重物的多動作起重機(jī)械。架空單軌系統(tǒng)具有剛性吊掛軌道所形成的線路，能把物料運(yùn)輸?shù)綇S房各部分，也可擴(kuò)展到廠房的外部，在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動作起重機(jī)械，又稱吊車。屬于物料搬運(yùn)機(jī)械。起重機(jī)的工作特點(diǎn)是間歇性運(yùn)動，即在一個(gè)工作循環(huán)中取料、運(yùn)移、卸載等動作的相應(yīng)機(jī)構(gòu)是交替工作的。
在實(shí)習(xí)崗位上我了解到了起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及按結(jié)構(gòu)分類起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動和從動車輪，如果起重機(jī)很大，常用增大車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車輪上。
橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架又兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運(yùn)行。主梁上焊有軌道，供其中小車運(yùn)行。橋式主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱型結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。箱型結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱型雙梁、偏軌箱型雙梁、偏軌箱型單主梁等幾種。正軌箱型雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。偏軌箱型雙梁和偏軌箱型單主梁量的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加筋板可以省去，其中偏軌箱型單主梁是由一根寬翼緣箱型主梁代替兩根主梁，自重較輕，單制造較復(fù)雜，而對于四桁架式結(jié)構(gòu)是在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強(qiáng)度較低，已較少生產(chǎn)。
普通橋式起重機(jī)主要采用電力驅(qū)動，一般是在司機(jī)室內(nèi)操縱，也有遠(yuǎn)距離控制的，起重量可達(dá)500噸，跨度可達(dá)60米，簡易梁式起重機(jī)又稱梁式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機(jī)類似，起重量、跨度和工作速度均較小，橋架主梁是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡單截面梁，用手拉葫蘆或者電動葫蘆配上簡易小車作為起重小車，小車一般在工字鋼的下翼緣上運(yùn)行，橋架可以沿高架上的軌道運(yùn)行，也可以沿懸吊在高架下面的軌道運(yùn)行，這種起重機(jī)稱為懸掛梁式起重機(jī)。
冶金專用橋式起重機(jī)在鋼鐵生產(chǎn)過程中可參與特定的工藝操作，其基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機(jī)相似，但在起重小車上還裝有特殊的工作機(jī)構(gòu)或裝置。這種起重機(jī)的工作特點(diǎn)是使用頻率、條件惡劣、工作級別高。
在工人師傅的細(xì)心指導(dǎo)下我懂得了起重機(jī)的維護(hù)方法，即起重機(jī)的潤滑是保證機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長使用壽命，提高效率及保證安全的重要措施之一，凡是有軸承和孔動配合的部位以及有摩擦面的機(jī)械部分，都要定期進(jìn)行潤滑。在操作起重機(jī)的時(shí)候安全是最重要的。牢固的安全觀念：安全工作是任何時(shí)候時(shí)候都是安全工作的頭等大事，在工作中，時(shí)時(shí)刻刻牢記安全落實(shí)，到到位，徹底做到安全意識在腦海中扎根。
2．實(shí)習(xí)結(jié)果
綜合上述，經(jīng)過這段時(shí)間的努力奮斗，我的理論知識和實(shí)際操作有了一定的提高和進(jìn)步 ，希望我通過這次學(xué)習(xí)到的理論與自己的工作實(shí)踐緊密聯(lián)系起來，立足于本職工作崗位，勤懇踏實(shí)，不斷提高自己的理論與操作水平，努力提高自身素質(zhì)，使自己能適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，做一名合格的當(dāng)代工人。
3．實(shí)習(xí)總結(jié)
轉(zhuǎn)眼間，短短一周的畢業(yè)實(shí)習(xí)已悄然過去了。在這次實(shí)訓(xùn)中，我們都真正把課堂所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際業(yè)務(wù)中，掌握了許多平時(shí)生活中很少接觸的實(shí)踐技能。這無疑對于我們機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的同學(xué)來說意義重大！雖然是短暫的一周畢業(yè)實(shí)習(xí)，但不僅讓我們對起重機(jī)的基本情況、基本知識等有了更加深刻的了解，并且為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了豐富的素材并且為我們以后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，此次認(rèn)知實(shí)習(xí)還讓我深刻感覺到自己的專業(yè)知識還不夠扎實(shí)，對起重機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范以及注意事項(xiàng)還不夠熟練。總的來說，在此次認(rèn)知實(shí)習(xí)中，我無論是專業(yè)知識還是操作技能上得到了很多的進(jìn)步。
河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目
QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔身有限元分析法設(shè)計(jì)
學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級 機(jī)095班
姓 名 王二
指 導(dǎo) 教 師 朱春華
輔 導(dǎo) 教 師
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)——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)制造及其自動化
班 級： 機(jī)091班
學(xué)生姓名： 李春驕
學(xué) 號： 2009307133
指導(dǎo)教師： 李常勝
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)，對基礎(chǔ)部件，如電動機(jī)、電器、回轉(zhuǎn)支承、傳動機(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，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、熱、禍合場、電磁場上面，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)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)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(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、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(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)，不利于在激烈市場競爭中縮短設(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QTZ40塔式起重機(jī)塔身工作及非工作狀態(tài)進(jìn)行分析，對塔式起重機(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
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[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．
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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(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。
摘要
本次設(shè)計(jì)在參照同類塔式起重機(jī)基礎(chǔ)上，對QTZ40型塔式起重機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)及塔身分析設(shè)計(jì)。在塔身設(shè)計(jì)工程中，采用了有限元法對其進(jìn)行分析計(jì)算，采用了ANSYS10.0軟件進(jìn)行分析。
按照整機(jī)主要性能參數(shù)，確定各機(jī)構(gòu)類型及鋼結(jié)構(gòu)型式，主要確定了塔身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并按照風(fēng)載荷平行于起重臂方向，風(fēng)載荷與起重臂方向呈45度角時(shí)兩種工況分析。通過對塔身作適當(dāng)?shù)暮喕瑧?yīng)用ANSYS10.0軟件建立塔身的有限元模型，施加各工況載荷，進(jìn)行求解，進(jìn)而可得各工況下各節(jié)點(diǎn)受力情況及各單元所受軸向力、軸向應(yīng)力大小及各工況下塔身的變形撓度大小，并能演示塔身加載過程的動畫，清晰的展現(xiàn)了各工況下塔身的受力性能。
本次設(shè)計(jì)分析通過修改模型參數(shù)共準(zhǔn)備了三種不同方案，進(jìn)而對不同模型方案進(jìn)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(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)度及剛度校核，進(jìn)而獲得塔身的最終參數(shù)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：QTZ40型塔式起重機(jī) 塔身 有限元分析 ANSYS10.0
Abstract
Based on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower body design of the QTZ40 tower crane. In the tower body design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. And then, the parameter analysis is carried on two different operating modes which are composed of the direction of the wind load is parallel to the lazy arm and the direction of the wind load is at a 45 degrees angle with the lazy arm. Through the reasonable simplification of the tower body, the tower body finite element model is established by applying ANSYS12.0 software, and then it’s exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower body distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower body, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.
Through the revision of the model parameters, three different schemes have been prepared for the analysis comparison, which is carried on the different models. Because the stress condition and stiffness condition of different model are compared under the same operating mode, and a comprehensive analysis of the intensity and the stiffness condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained. Through the intensity and the stiffness examination regarding this model, then the final parameter result of the tower body can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Tower body Finite element analysis ANSYS10.0
目錄
第1章 前言······················································1
1.1 塔式起重機(jī)概述··············································1
1.2 塔式起重機(jī)的發(fā)展情況········································1
1.3 塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢·······································3
第2章 總體設(shè)計(jì)··················································5
2.1 概述······················································· 5
2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案············································5
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)···············································5
2.2.2 工作機(jī)構(gòu)···············································22
2.2.3 安全保護(hù)裝置···········································29
2.3 總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總則···········································32
2.3.1 整機(jī)工作級別 ··········································32
2.3.2 機(jī)構(gòu)工作級別···········································32
2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 33
2.4 平衡重的計(jì)算···············································33
2.5 起重特性曲線···············································35
2.6 塔機(jī)風(fēng)力計(jì)算·············································· 36
2.6.1 工作工況Ⅰ············································37
2.6.2 工作工況Ⅱ············································41
2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································43
2.7整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性·········································45
2.7.1工作工況Ⅰ············································46
2.7.2工作工況Ⅱ············································47
2.7.3非工作工況Ⅲ··········································49
2.7.4工作工況Ⅳ············································50
2.8固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算·········································51
第3章 塔身的有限元分析設(shè)計(jì)···································53
3.1 塔身模型簡化···············································53
3.2 有限元分析計(jì)算·············································54
3.2.1 方案一···············································54
3.2.2 方案二··············································79
3.2.3 方案三··············································98
第4章 塔身的受力分析計(jì)算····································121
4.1 穩(wěn)定性校核················································121
4.2 塔身的剛度檢算············································122
4.3 塔身的強(qiáng)度校核············································124
4.4 鏈接套焊縫強(qiáng)度的計(jì)算······································125
4.5 塔身腹桿的計(jì)算············································126
4.6 高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)度的計(jì)算······································127
第5章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)···········································129
致謝·····························································130
主要參考文獻(xiàn)····················································131