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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塔式起重機總體及平衡臂設(shè)計
系： 機械工程學(xué)院
專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其制動化
班級： 機092
姓名： 申亞軍
學(xué)號： 2009307224
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計（論文）地點: 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
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)論文
1、 論文資料的準備
（一）塔式起重機的概況及發(fā)展趨勢
塔式起重機（下文簡稱塔機），是工程機械設(shè)備的一種，主要用于物料的垂直和水平輸送，廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)、市政工程、工業(yè)建設(shè)等諸多領(lǐng)域。
20世紀50年代初，我國塔機由仿制開始起步。經(jīng)過改革開放和1998年房改，我國塔機行業(yè)得到快速發(fā)展。我國已成為世界塔機的生產(chǎn)大國，也是世界塔機主要需求市場之一。
?近年來，隨著塔式起重機技術(shù)的發(fā)展，塔式起重機型號規(guī)格不斷完善，性能、質(zhì)量不斷提高，塔式起重機除滿足其安全、可靠、高效的基本性能外，越來越趨向于智能和綠色。下面著重介紹最新的幾點技術(shù)發(fā)展趨勢。
（1）設(shè)計方法精確化。
??計算機技術(shù)的深化發(fā)展，改變了塔式起重機的設(shè)計理念。有限元技術(shù)、疲勞分析、動力學(xué)仿真分析的廣泛應(yīng)用，使塔式起重機的設(shè)計計算、受力分析更精確，塔式起重機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理；一些實力強大塔式起重機制造商，都有自己超強的設(shè)計能力，他們利用優(yōu)勢，開發(fā)塔式起重機參數(shù)化設(shè)計專用軟件，使塔式起重機設(shè)計進一步的向最優(yōu)化方向推進，有效地提高塔式起重機產(chǎn)品的安全性、可靠性、節(jié)能效果，同時大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提升競爭能力。
（2）零部件模塊化。
??模塊化的設(shè)計可能增加少量的制造成本，但其不僅可以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以降低管理成本，也相應(yīng)地降低了用戶的購置成本。如A機型和B機型有許多的結(jié)構(gòu)件（如標準節(jié)和起重臂節(jié)、平衡臂節(jié)）是通用的，那么用戶就可以少購買通用的結(jié)構(gòu)件，交錯使用這些可能閑置的通用件，從而減少購置成本。因此，模塊化設(shè)計是塔式起重機發(fā)展的必然趨勢，國際上許多的塔式起重機制造商如Liebherr、Potain、Terex、Wolffkran等都是模塊化設(shè)計的典范。
（3）控制智能化。
??隨著數(shù)字化、集成化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展，高可靠、低能耗、微型化、集成化、數(shù)字化的各種液壓、機電及電氣元件在塔式起重機上得到普遍應(yīng)用，使傳動和控制系統(tǒng)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。在控制手段上，無級調(diào)速、安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、故障自動診斷系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了塔式起重機操作過程的自動控制、自動顯示與記錄、遠距離遙控等，保證了塔式起重機的安全使用和實時監(jiān)控，減少了控制的故障點，提高了塔式起重機的可靠性，大幅提升了塔式起重機行業(yè)的管理水平。
（4）制造綠色化。
??國外塔式起重機在設(shè)計時就充分考慮零部件的通用性、模塊化，因此零部件集約化程度高，適合批量化生產(chǎn)。批量化零部件從原材料前處理、下料、焊接、機加、裝配、到涂裝都采用生產(chǎn)流水線，這樣既提高了材料的利用率、零部件通用性、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀，又便于管理、減少污染、節(jié)約成本。Liebherr、 Zoomlion、 Potain等公司都有成熟的生產(chǎn)流水線。如，Zoomlion現(xiàn)已擁有了標準節(jié)生產(chǎn)線、涂裝流水線，其他流水線在陸續(xù)建設(shè)中。
（5）在產(chǎn)品開發(fā)中落實實驗驗證。
??實驗是新產(chǎn)品驗證最直接的方法，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性最主要的檢驗手段。產(chǎn)品的可靠性和安全性主要是由零部件決定的，是零部件安全性和可靠性的綜合體現(xiàn)。零部件的可靠性和安全性高，產(chǎn)品的可靠性和安全性自然就高。因此，大型塔式起重機制造廠商，投入大量的財力物力，建設(shè)自己的實驗場，如Potain的結(jié)構(gòu)和機構(gòu)實驗場在上世紀80年代就已經(jīng)基本建成，共占地17萬m2，擁有各種實驗臺架百余種，產(chǎn)品需經(jīng)過真實而嚴酷的工況驗證合格才能出廠。Zoomlion目前正在建設(shè)自己的塔式起重機專用實驗基地。
一個國家要成為工業(yè)化、現(xiàn)代化國家，必須要實現(xiàn)一定的城市化水平,而城市化進程是產(chǎn)業(yè)、人口、市場的集聚過程，城市化、工業(yè)化進程在集聚產(chǎn)業(yè)過程中，成為農(nóng)村富余勞動力轉(zhuǎn)移的載體，提供了改善區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟、文化發(fā)展空間。城市化與工業(yè)化互動并進，是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的特征。中國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)耕大國，改革開放30年來，中國的工業(yè)化發(fā)展取得了很大的成就，而中國要成為一個現(xiàn)代化強國，就必走城市化、工業(yè)化并進發(fā)展的道路。因此，城市化進程是未來國家重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時也是2020年全面建成小康社會最直接、最重要的載體。而城市化進程會伴隨大規(guī)模的基本建設(shè)。
今后工程項目的體量和規(guī)模越來越大。勞動力短缺越來越嚴重，勞動力成本越來越高。建筑施工屬勞動密集型行業(yè)，而隨著城市化、工業(yè)化進程發(fā)展，以及社會轉(zhuǎn)型，加速了人口紅利的消耗及“劉易斯拐點”的到來。按有關(guān)專家的分析預(yù)測，中國的人口紅利窗口將會在2015年關(guān)閉。因此，今后建筑施工的勞動力成本會不斷推高。因此，今后工程施工對塔機等技術(shù)裝備的依賴性會越來越大。
（二）??平衡臂相關(guān)介紹?
（1）平衡臂的作用：?
上回轉(zhuǎn)塔式起重機均需配設(shè)平衡重，用以支撐平衡重，構(gòu)成作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩。?在平衡臂上放置配重，使其產(chǎn)生后傾力矩以便在工作狀態(tài)減少由吊重引起的前傾力矩，在非工作狀態(tài)以減少強風(fēng)引起的前傾力矩，并保證其抗傾翻穩(wěn)定性。平衡臂上可放置起升或變幅機構(gòu)，還可以安裝風(fēng)帆標志，調(diào)節(jié)逆風(fēng)面積，保證非工作狀態(tài)下尾吹風(fēng)以減少傾翻力矩。在采用可擺動塔頂撐桿時，平衡臂還要對塔頂支撐桿起支持作用，在采用固定塔頂時，平衡臂則是靠塔頂來支持的。
（2）平衡臂的分類：?
平衡臂有以下幾種常見的結(jié)構(gòu)形式：平面框架式、三角形截面桁架式和矩形截面桁架式。平面框架式平衡臂由由兩根槽鋼或兩根槽鋼拼焊的箱型截面梁組成。桁架式平衡臂適用要求有較長平衡臂的重型、超重型自升塔機。本公司平衡臂的結(jié)構(gòu)形式為;平面框架式平衡臂。
?（3）平衡臂及平衡重?：
平衡臂長度與起重臂長度之間有一定的比例關(guān)系一般可取其比值為0.2~0.35。?平衡重的用量與平衡臂的長度成反比例關(guān)系，一般用鑄鐵或鋼筋混凝土制造。鑄鐵平衡重結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造難度大，但是體形尺寸小，迎風(fēng)面積小。鋼筋混凝土體積較大，迎風(fēng)面極大，對塔身結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性有一定不利影響。?
（4）平衡臂的結(jié)構(gòu)：?
平衡臂的結(jié)構(gòu)一般包括金屬結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和起升機構(gòu)?
（5）平衡臂的行走平臺?：
平衡臂的行走平臺主要供塔式起重機操作人員行走及維修人員進行維修用，行走平臺是單獨成型焊接的焊好后按要求靠銷軸連接到平衡臂的坯料上的。將平衡臂的后坯兩側(cè)各焊上四根支撐方鋼作為行走平臺的支撐，將焊好的行走平臺放到支撐上焊接到平衡臂的坯料上。
（6）平衡臂的護欄?：
平衡臂的護欄焊接到平衡臂的兩側(cè)，護欄全為圓管焊接而成，與平衡臂的連接靠的是管套，鉆孔后的管套焊接到平衡臂上，再把鉆孔后的欄桿插入管套用銷簽固定。
（7）平衡臂的吊耳?：
平衡臂的吊耳共三對，前坯和后坯各一對，通過拉桿將平衡臂與塔帽連接。后半坯子上另有一對吊耳，用于拆卸和安裝。
（8）平衡臂的加強板：?
平衡臂的很多位置都需要加強板來增加某些位置的強度，平衡臂前后坯子的連接處需要焊接加強板來增加連接強度。安裝吊耳處需要加強板來增加強度，安裝拆卸用的吊耳下部需加強板增加強度。
2、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）：
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)新精神之最佳手段。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、吊臂的設(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)。
擬解決的關(guān)鍵問題：
① 塔式起重機總體設(shè)計
② 平衡臂設(shè)計
3、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
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） 平衡臂的設(shè)計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設(shè)計
研究方法、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。
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)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)下分析并解決設(shè)計中遇到的問題。
4、總體安排和工作進度計劃：
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 平衡臂設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制平衡臂圖
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
5、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]機械設(shè)計師手冊.吳宗澤主編， 機械工業(yè)出版社，2002
[8]機械設(shè)計手冊編委會主編. 機械設(shè)計手冊(2冊). 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[9]陸玉、荷在洲、佟延偉編. 機械設(shè)計課程設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2003
[10]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
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