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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
QTZ500塔式起重機(jī)——臂架優(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)053班
學(xué)生姓名： 張勇杰
學(xué) 號： 2005307322
指導(dǎo)教師： 李常勝 劉春東
課題來源
社會實(shí)踐
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、 論文資料的準(zhǔn)備
(一) 塔式起重機(jī)概述
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)必須具備下列特點(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。
(二) 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。
(三) 我國塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢
我國大規(guī)模經(jīng)濟(jì)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(jī)提供了良好的市場。我國的塔式起重機(jī)發(fā)展趨勢可以分以下幾個(gè)方面：
① 我國塔機(jī)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。就目前現(xiàn)實(shí)而言，我國塔式起重機(jī)幾乎是上回轉(zhuǎn)一統(tǒng)天下，下回轉(zhuǎn)塔機(jī)很少。
這正好說明我國塔機(jī)品種單一化，實(shí)際上只要是有技術(shù)創(chuàng)新，下回轉(zhuǎn)塔機(jī)在我國完全是可以大有作為的。
② 適當(dāng)發(fā)展動臂式自升塔機(jī)和折曲式兩用臂架自升塔機(jī)的生產(chǎn)，以適應(yīng)塔機(jī)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(jī)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(jì)制造，提高塔機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)效益。
(四) 國外塔式起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
① 組合塔機(jī)或稱模塊塔機(jī)：所謂組合塔機(jī)，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔機(jī)分解為若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理將各部分劃分并設(shè)計(jì)成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特點(diǎn)的塔機(jī)，以滿足施工的具體要求。
② 一些超重型塔機(jī)相繼問世：近年來由于大功率電站、高壩、近海石油鉆井平臺、天然氣鉆井平臺以及石油化工業(yè)發(fā)展的需要，對重型和超重型塔機(jī)提出了更多更高的要求。如今，幅度70～90m、最大起重量50～60t、起升高度100～300m的塔機(jī)已非罕見。
③ 適應(yīng)都市改建需要的城市塔機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并得到發(fā)展，其特點(diǎn)是：采用短平衡臂、可在4m×4m～6m×6m尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行X形底架、運(yùn)輸方便快捷、安裝架設(shè)速度快、采用較完善的調(diào)速、操縱系統(tǒng)和電子儀表。
(五) QTZ500型塔式起重機(jī)的簡單介紹及其市場前景
QTZ500型塔式起重機(jī)簡稱QTZ500型塔機(jī)，是500kN·m上回轉(zhuǎn)自升式塔機(jī)，是一種結(jié)構(gòu)合理，性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較國內(nèi)同規(guī)格同類型的塔機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預(yù)制構(gòu)件的吊運(yùn)和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。
該機(jī)屬于快裝塔機(jī)和城市塔機(jī)，用于中小城市公用建筑、學(xué)校建筑和多層住宅的施工建設(shè)。以基本高度（獨(dú)立式）36米。如果用戶需要高層附著施工，只需提出另行訂貨需求，即可增加某些部件實(shí)現(xiàn)本機(jī)的最大設(shè)計(jì)高度100m，也就是附著高層施工，可建32層以內(nèi)的高樓。
近年來，隨著建設(shè)工程量的不斷擴(kuò)大，起重安裝工程量也越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增加，因此，對工程起重機(jī)特
別是大規(guī)模的起重機(jī)需求日益增加，隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)在工程起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，所有這些因素都有力的促進(jìn)了工程起重機(jī)的發(fā)展。目前中小城市居民樓建設(shè)主要以10層以內(nèi)的為多，而我們的產(chǎn)品QTZ500型塔式起重機(jī)主要針對城市12層以內(nèi)高樓的建設(shè)以及設(shè)備安裝工作，適合當(dāng)前市場的需要，因此設(shè)計(jì)生產(chǎn)這一型號的塔式起重機(jī)是可行的。
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)大我們在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉我們獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求我們在設(shè)計(jì)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)，使我們掌握塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)，吊臂的設(shè)計(jì)，整體穩(wěn)定性計(jì)算，有限元分析等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。通過此次設(shè)計(jì)使我們獲得基本塔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識面；同時(shí)也是鍛煉和培養(yǎng)自身能力及素質(zhì)的重要渠道，也是我們逐步實(shí)現(xiàn)由學(xué)生到社會的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們初步擔(dān)任技術(shù)工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能，體驗(yàn)企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
(一) 主要內(nèi)容
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ500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） 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
(二) 研究方法
① 類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)；
② 有限元分析法：利用有限元分析軟件對臂架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
(三) 研究思路
塔式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)是有起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車變幅機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)四大傳動機(jī)構(gòu)組成，另外還要重點(diǎn)注意該機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)，塔機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)又分為塔身、臂架、平衡臂、塔頂、以及頂升套架。我們應(yīng)該不僅設(shè)計(jì)好塔機(jī)的機(jī)構(gòu)，更重要的也要設(shè)計(jì)好塔機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)，所以我們這次設(shè)計(jì)分塊分工完成。
我負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的部分是塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中臂架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，臂架是由若干個(gè)臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成的，所以我以臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)節(jié)為單位進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，提出參數(shù)化模型，并利用三維制圖軟件制成三維圖，并利用有限元分析軟件對塔式起重機(jī)進(jìn)行動力學(xué)和靜力學(xué)分析，以對結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2009.3.23-2008.3.28 熟悉整理資料
2009.3.29-2009.4.13 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2008.4.14-2008.4.20 繪制總圖
2008.4.21-2008.5.15 臂架設(shè)計(jì)
2008.5.16-2008.6.5 繪制臂架裝配及機(jī)構(gòu)圖紙
2008.6.6-2008.6.19 繪制零件圖紙
2008.6.20-2008.6.26 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.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
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