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河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及變幅機構的設計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機092 學生姓名： 孫立明 學 號： 2009307221 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 (一) 塔式起重機概述 塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。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。 塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。自塔式起重機在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機械一個重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復蘇態(tài)勢，1994年為復蘇年頭，復蘇勢頭最好的國家為德國。據(jù)有關資料介紹，在塔機制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C48500臺，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴大，塔機產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機近40000臺，其中半數(shù)機齡不足5年。 如今世界塔機市場最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）。活躍在塔機市場上的著名產(chǎn)商是；德國的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comansa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國際塔機市場上占有更多份額，莫不注重總結經(jīng)驗，認真分析市場動態(tài)，下大力氣進行產(chǎn)品的更新和開發(fā) (二) 我國塔式起重機的發(fā)展 在中國塔式起重機的生產(chǎn)與應用已有40多年的歷史，歷經(jīng)了一個從測繪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。1954年仿制民主德國設計的樣機，在撫順試制成功了中國第一臺TQ2—6型塔式起重機。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機，研制了15t與25t塔式起重機，這個時期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機的數(shù)量都較少。 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，并在工作機構中采用了比較先進的技術，如直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉(zhuǎn)和運行機構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。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機，它也是中國最早自行設計的塔式起重機。隨后，中國又自行設計制造了TQ-6型塔式起重機，至1965年全國已經(jīng)有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機360多臺。這些塔式起重機都是下轉(zhuǎn)動臂式，可整體拖運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。 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、起重量和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提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機問世：同年為了北京飯店施工，中國又自行設計制造了QT-10型自升式塔式起重機，該機的起重力矩為1600kN·m。這一時期還先后開發(fā)了ZT 100、ZT 120、ZT 280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，QTL 16、TQ 40、TQ 45、TD 25、QTG 40、QTG 60 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80年代，中國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ 100、QZT 120等自升式塔式起重機，QT 60、QTK 60、QT 25HK 等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國外70年代水平，這一時期的最高年產(chǎn)量達1400臺。與次同時，隨著改革開放和國際技術交流的曾多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，其中有聯(lián)邦德國的 Liebherr、法國的Potain 以及意大利的 Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機制造質(zhì)量較好，技術性能比較先進，極大地促進了中國塔式起重機產(chǎn)品的設計與制造技術的進步。 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。現(xiàn)全國有300多個生產(chǎn)廠家，取得生產(chǎn)許可證的有241家；年產(chǎn)量9000臺左右：產(chǎn)值超億元、利稅超千萬的企業(yè)已達十多家。自1992年至今，塔機年出口量均大于進口量均大于進口量，年出口金額均大于進口金額，到目前為止年貿(mào)易順差已達800多萬美元，在基本上滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要的前提下述可以出口創(chuàng)匯。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衡量，中國均堪稱塔式起重機大國 (三) QTZ40型塔式起重機的簡單介紹及其市場前景 QTZ40塔式起重機是由張家口建筑機械廠設計制造的，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、組合設計技術及有限元分析技術，以“塔式起重機微機設計平臺”為工具設計的國內(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）。該機各項速度指標均達到或優(yōu)于國家標準。 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，結構簡單實用，設有先進的安全裝置，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，可單獨或復合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構用于塔身接高或降塔。起升機構采用多速電機，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，可用于港口、貨場的裝卸 (四) 起重機變幅機構的簡單介紹 變幅機構變幅機構變幅機構變幅機構變幅機構的用途是改變起重機的幅度或伸距，即改變吊鉤(或抓斗)中心至起重機旋轉(zhuǎn)中心軸線的水平距離，以適應起重機在不同條件下裝卸貨物。變幅機構按作業(yè)要求分為非工作性變幅和工作性變幅兩種，按性能要求又可分為非平衡變幅和平衡變幅兩種。非平衡變幅就是在臂架擺動時，臂架的重心和物品的重心都要升高或降低，在減少幅度時，需要耗費很大的驅(qū)動功率；而在增大幅度時，則引起較大的慣性載荷，影響使用性能。因此，非平衡變幅大多用在桅桿起重機、塔式起重機或流動起重機等非工作性變幅，即不帶物的變幅。其變幅的速度較低，一般在10～20米份。工作性變幅的起重機在每--I作循環(huán)中都要變幅，為提高生產(chǎn)率，節(jié)約驅(qū)動功率和使操作平衡可靠，需要采用平衡變幅。即應用各種方法使起重機在變幅過程中物品的重心沿水平線或近似水平線移動，而臂架系統(tǒng)的重量由活動平衡重所平衡，兩者的合成重心也沿水平線移動。這種起重機的變幅可以較大，用于安裝工作時，變幅速度為10～35米／分：用于裝卸作業(yè)時，變幅速度為40～90米／分或更高；小起重量時，取較高速度；大起重量時，取較低速度平衡變幅的臂架系統(tǒng)須與起升繩的卷繞和布置方式同時考慮，根據(jù)不同的工作要求合理選擇臂架的型式及其桿件尺寸，當臂架擺動時，使起升繩的伸縮補償?shù)蹉^的垂直位移，達到吊鉤作水平移動的茸的。根據(jù)補償原理，臂架的型式可分為單臂架系統(tǒng)和組合臂架系統(tǒng)兩種。在單臂架系統(tǒng)中，都采用繩索補償法補償?shù)蹉^的垂直位移，以使吊鉤作近似水平移動。根據(jù)結構不同，又分滑輪組補償法、轉(zhuǎn)柱導向滑輪補償法、平衡滑輪補償法和平衡卷筒補償法等四種。其中，平衡滑輪補償法的結構簡單、鋼絲繩磨損小，目前在大中起重量門座起重機上應用較多。繩索補償法都具有一些共同的特點，如鋼絲繩長，纏繞的滑輪多，在交幅時鋼絲繩要在滑輪上滾移，因而加速了鋼絲繩的磨損。但由于鋼絲繩長，在起升物品時緩沖性能較好，這能減少結構的振動；同時這類補償都使用單臂架，重量輕，設計也簡單。近年來，隨著鋼絲繩質(zhì)量的提高，滑輪組補償法和平衡滑輪補償法都應用的較多。若不用伸縮補償法，便要用組合臂架系統(tǒng)。組合臂架由臂架、象鼻梁和拉桿等組成。起升繩從吊鉤引至卷筒時，可以平行或不平行于拉桿軸線或臂架軸線。總的來說，組合臂架系統(tǒng)的顯著優(yōu)點是不需要單臂架那樣的補償滑輪，因此起升繩長度短、卷繞滑輪少、鋼絲繩壽命長；其吊鉤位移曲線要比單臂架的吊鉤位移曲線平滑；吊鉤至象鼻梁端點的距離(即懸掛高度)短，且在變幅時基本不變，這有助于減少物品的擺動，改善變幅工作的性能。詳細的介紹可以看第二部分變幅機構的方案選型 (五) 課題意義 通過對該課題的研究，可以對我在本科期間的所學知識進行一個全面的鞏固，比如計算機繪圖、力學分析、各個機械方面軟件的應用，專業(yè)語言面描述能力。加強我學以致用的能力。同時也是對我查閱資料能力、外語水平的再一次提高，也擴大了我對本專業(yè)領域的了解。并提高我的創(chuàng)新能力、團隊精神和溝通能力，樹立良好的學術思想和工作作風。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 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)新精神的最佳手段。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、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、變幅機構的設計、變幅小車的設計和計算等內(nèi)容，為今后步入社會工作崗位打下良好的基礎。重點解決包括總體參數(shù)的選擇，結構形式的確定。然后按照總體設計的要求進行各項參數(shù)的計算，包括主要技術參數(shù)性能，設計原則，平衡重的計算，塔機的風力計算，整機傾翻穩(wěn)定性的計算。而關鍵問題解決在于變幅機構的設計和計算，這里包括選擇變幅機構的形式，確定卷筒尺寸，接下來再選擇電動機的型號，以及減速器、制動器、聯(lián)軸器的選擇。在這個過程中我們一定要認真選擇合適的型號，以免影響后面的設計。接著還要驗算實際變幅速度，驗算起、制動時間。以及電動機發(fā)熱驗算。卷筒強度的計算。到這里大部分的設計任務基本上已完成，我們要回過頭重新看一看，檢查一下哪里是否出現(xiàn)錯誤，及時改正。最后一項任務是變幅小車的設計，包括變幅小車的形式，變幅小車的強度計算。計算過程中要細心，仔細計算每一個結果，確保設計任務符合標準。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 主要內(nèi)容： （1） 設計任務： ① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ② 結構形式 （2） 總體設計 ① 主要技術參數(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） 變幅機構的設計和計算 ① 變幅機構的形式 ② 確定卷筒尺寸 ③ 選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器 ④ 驗算實際變幅速度 ⑤ 驗算起、制動時間 ⑥ 電動機發(fā)熱驗算 ⑦ 卷筒強度的計算 （4） 變幅小車的設計 ① 變幅小車的形式 ② 變幅小車的強度計算 研究方法：①類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機設計； 研究思路：對變幅機構進行設計計算（力的分析、強度校核，壽命的預算）1、設計任務①總體參數(shù)的選擇②結構形勢2、總體設計①主要技術參數(shù)性能②設計原則③平衡重的計算④塔機的風力計算⑤整體傾翻穩(wěn)定性計算3、變幅機構的設計和計算①變幅機構的形式②確定卷筒尺寸③選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器④驗算實際變幅速度⑤驗算起、制動時間⑥電動機發(fā)熱驗算⑦卷筒強度計算4、變幅小車設計①變幅小車的形式②變幅小車的強度計算 四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 3.21-3.27：熟悉整理資料 3.28-4.10：方案選擇與總體設計 4.11-4.17：繪制總圖 4.18-5.15：變幅機構、變幅小車的設計 5.16-6.5： 繪制變幅機構、變幅小車裝配圖 6.6-6.17： 繪制零件圖紙 6.18-6.22：準備論文及答辯 五、主要參考文獻 【1】 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　1998 【2】 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. 【3】 《機械設計手冊》（第1卷）（新版）機械設計手冊編委會編著　 北京：機械工業(yè)出版社　2004.8 【4】 《機械設計手冊》（第2卷）（新版）機械設計手冊編委會編著　 北京：機械工業(yè)出版社　2004.8 【5】 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 【6】 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 【7】 劉品主編《互換性與測量技術基礎》（第2版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社　2001 【8】 徐灝主編《機械設計手冊》（第2版）　北京：機械工業(yè)出版社　2000 【9】 曹雙寅主編《工程結構設計原理》　南京：東南大學出版社　2002 【10】劉鴻文主編《材料力學》（第4版） 高等教育出版社 【11】《QTZ400塔式起重機使用說明書》 【12】張青 張瑞軍 編著《工程起重機結構與設計》北京：化學工業(yè)出版社，2008.7 【13】中華人民共和國國家標準GB/T　13752-92　《塔式起重機設計規(guī)范》　北京：中國標準出版社　1993 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 課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。