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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)總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計(jì)
系別： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動(dòng)化
班級(jí)： 機(jī)095
姓名： 盛懷江
學(xué)號(hào)： 2011407525
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月22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(duì)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(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(huì)、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(jí)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(shí)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(shí)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(shí)、擴(kuò)展知識(shí)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(huì)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(cè)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(duì)設(shè)計(jì)的全部?jī)?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(duì)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(shí)圖紙能力。對(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對(duì)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(hào)）、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(hào)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(guó)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(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（5冊(cè)）
[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(guó)防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機(jī)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(cè)量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002．
[14] 張東升．機(jī)械零件及建筑機(jī)械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003．
[15] 現(xiàn)行建筑機(jī)械規(guī)范大全．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1995．
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
摘要
本次設(shè)計(jì)在參照同類塔式起重機(jī)基礎(chǔ)上，對(duì)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(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，采用了ANSYS10.0軟件進(jìn)行分析。
首先按照整機(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(duì)塔身作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，應(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(dòng)畫，清晰的展現(xiàn)了各種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(duì)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(duì)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
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)——塔身的設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)095
學(xué)生姓名： 盛懷江
學(xué) 號(hào)： 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(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(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)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) 國(guó)外塔式起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外塔機(jī)發(fā)展的主要代表性國(guó)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(jī)行業(yè)緩慢復(fù)蘇，目前歐洲生產(chǎn)塔機(jī)的國(guó)家有德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等，主要廠家有法國(guó)Potain，德國(guó)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(guó)的Liebherr和法國(guó)的Potain在世界上居領(lǐng)先地位，Potain目前在法國(guó)、德國(guó)、意大利、葡萄牙、中國(guó)的工廠生產(chǎn)60多種型號(hào)塔機(jī)，迄今為止已在全球銷售了超過100000臺(tái)塔機(jī)，其中被國(guó)內(nèi)行業(yè)熟知的FO/23B、H3/36B是我國(guó)1984年從Potain引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的。2003年，Potain為南京長(zhǎng)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(jī)。
20世紀(jì)80年代，日本塔機(jī)行業(yè)開始緩慢復(fù)蘇，1987年開發(fā)了900t?m級(jí)內(nèi)爬式自升塔機(jī)，1990年，日本最著名的塔機(jī)生產(chǎn)商石川島( IHI)公司開發(fā)了日本國(guó)內(nèi)最大的1500t?m級(jí)內(nèi)爬式自升塔式起重機(jī)－ JCC1500H（最大起重量70t），其在日本大噸位塔機(jī)市場(chǎng)中占有份額最高。截至目前，日本內(nèi)爬塔機(jī)的主要機(jī)型有：80tm級(jí)、150tm級(jí)、400tm級(jí)、450tm級(jí)、500tm級(jí)、600tm級(jí)、900tm級(jí)、1500tm級(jí)。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(jī)，使塔機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)化，也增加了內(nèi)爬式塔機(jī)的新機(jī)種。
俄羅斯繼承前蘇聯(lián)傳統(tǒng)，曾經(jīng)也是一個(gè)塔機(jī)大國(guó)，擁有雄厚的開發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力。1990年 俄羅斯塔機(jī)產(chǎn)量達(dá)2526臺(tái)，在隨后的經(jīng)濟(jì)衰退時(shí)期，許多俄羅斯塔機(jī)制造廠處境困難，停止了生產(chǎn)，到2000年，俄羅斯塔式起重機(jī)年產(chǎn)36臺(tái)，2001年產(chǎn)量77臺(tái)。與1990年相比，產(chǎn)量銳減。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯塔機(jī)行業(yè)修改了前蘇聯(lián)塔機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)80%超期服役。在過去的幾年里，這些年久失修的塔機(jī)，在作業(yè)中時(shí)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(jī)，塔機(jī)的用戶希望購(gòu)買新的具有現(xiàn)代化裝置的塔機(jī)，因此，俄羅斯塔機(jī)市場(chǎng)的需求趨旺，在今后幾年里，醞釀著巨大的市場(chǎng)潛力。盡管塔機(jī)有需求，但越來越多用戶希望購(gòu)買國(guó)外塔機(jī)，俄羅斯的塔機(jī)生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)。
近幾年國(guó)外塔機(jī)市場(chǎng)上，一種結(jié)構(gòu)新穎的平頭式塔機(jī)發(fā)展很快，大有流行之勢(shì)；平頭塔機(jī)起源于歐洲，叫法源于flat-toptowercrane的譯名,也有叫無塔頭式塔機(jī)(toplesstowercrane)的。平頭塔機(jī)的設(shè)計(jì)思想及雛形最早可追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)法國(guó)Richier公司研制的塔機(jī)外形已接近于現(xiàn)在的平頭塔機(jī)，例如其X1290和GT系列塔機(jī)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(jī)又不同于現(xiàn)在的平頭塔機(jī)，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(jī)誕生于1975年，瑞典Linden公司首次提出平頭塔機(jī)的概念，并率先推出了Linden8000平頭塔機(jī)模數(shù)系統(tǒng)，不同型號(hào)平頭塔機(jī)的吊臂可以互換。Linden平頭塔機(jī)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(jī)那種塔頭、平衡臂、吊臂及拉桿之間的鉸接連接方式?？梢哉f，Linden平頭塔機(jī)的出現(xiàn)揭開了平頭塔機(jī)發(fā)展的序幕。自從Linden公司推出平頭塔機(jī)以來在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)沒有被用戶普遍接受，因?yàn)槿藗冊(cè)趦?nèi)心深處已經(jīng)習(xí)慣了帶塔頭的塔機(jī)，認(rèn)為塔機(jī)帶塔頭是天經(jīng)地義的事，有的甚至認(rèn)為塔機(jī)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(jī)發(fā)展潮流的波坦和利勃海爾等大公司對(duì)平頭塔機(jī)最初都不推崇，所以其發(fā)展一直較緩慢。隨著平頭塔機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被越來越多的用戶所認(rèn)可，于是一些制造廠家紛紛涉足平頭塔機(jī)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(jī)，由此極大地推動(dòng)了平頭塔機(jī)的發(fā)展。近5年是國(guó)外各大塔機(jī)制造商相繼推出平頭塔機(jī)最集中的時(shí)期，也是發(fā)展最快的時(shí)期。下面從幾個(gè)主要塔機(jī)制造公司的情況就可以看出平頭塔機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及態(tài)勢(shì)。
國(guó)外工程起重機(jī)的發(fā)展方向?yàn)椋喊l(fā)展超大型起重機(jī)，“迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)，伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用，靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)，混合起重機(jī)得到發(fā)展，汽車起重機(jī)也在不斷發(fā)展，隨車起重機(jī)產(chǎn)銷量不斷增長(zhǎng)。
(三) 我國(guó)塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)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(chǎng)。在十二五期間，我國(guó)提出了推行城鎮(zhèn)化建設(shè)，我國(guó)人口眾多，地大物博，市場(chǎng)需求，市場(chǎng)前景還有一定的空間，
我國(guó)的塔式起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)可以分以下幾個(gè)方面：
1 我國(guó)塔機(jī)產(chǎn)品的品種、型號(hào)、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(dòng)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(chǎng)和國(guó)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(chǔ)備量，為單位節(jié)約成本。便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造，提高塔機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)效益。
(四) QTZ40塔式起重機(jī)概述
QTZ40塔式起重機(jī)為按照最新標(biāo)準(zhǔn)JG/T5037-93《塔式起重機(jī)分類》設(shè)計(jì)的加強(qiáng)型塔式起重機(jī)，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(dú)立架設(shè)時(shí)最大起升高度可達(dá)29米，加附著最大起升可達(dá)120米，最大幅度分46.8米、42米 和50米。
QTZ40塔式起重機(jī)充分利用成組技術(shù)、組合設(shè)計(jì)技術(shù)及有限元分析技術(shù)，以“塔式起重機(jī)微機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)”為工具設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)最新型的起重運(yùn)輸機(jī)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(jī)。最大有效幅度47m。是該種機(jī)型國(guó)內(nèi)唯一達(dá)到此幅度的塔機(jī)。塔機(jī)獨(dú)立使用時(shí)，起升高度27.8m，附著起升高度為120m（2倍率）。該機(jī)各項(xiàng)速度指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
該機(jī)自重（不含配重及附著裝置）21.46噸，總裝機(jī)容量25.82KW，該機(jī)參數(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良可靠，造型美觀，質(zhì)量精良，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，設(shè)有先進(jìn)的安全裝置，維修方便，使用安全，價(jià)格合理，是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機(jī)械。
QTZ40塔吊布置合理，外型美觀，司機(jī)室獨(dú)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(jiǎn)單，是廣大建筑施工企業(yè)理想的建筑施工機(jī)械。具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機(jī)構(gòu)，可單獨(dú)或復(fù)合動(dòng)作，可以獲得較高的工作效率。頂升機(jī)構(gòu)用于塔身接高或降塔。起升機(jī)構(gòu)采用多速電機(jī)，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(yùn)輸?shù)男枰?。該機(jī)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(hù)裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機(jī)正常工作。另外，還設(shè)有休息平臺(tái)、護(hù)欄等安全保護(hù)設(shè)施。司機(jī)室獨(dú)立側(cè)置，造型美觀，視野開闊，內(nèi)部空間大，操作方便。該機(jī)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(chǎng)的裝卸。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)）
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)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(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)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(huì)、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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。
塔身是塔式起重機(jī)的重要組成部分,利用有限元軟件ANSYS對(duì)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(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析法設(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
(五) 主要內(nèi)容
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
①總體參數(shù)的選擇（QTZ40級(jí)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塔身的結(jié)構(gòu)形式及尺寸 ②塔身的設(shè)計(jì)和有限元分析及計(jì)算
(六) 研究方法
①類比法：參考國(guó)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(duì)塔身進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
(七) 研究思路
在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)我們收到設(shè)計(jì)任務(wù)書時(shí)首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查, 收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料并通過對(duì)資料的調(diào)研、加工與整理了解國(guó)內(nèi)外的使用、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研情況，并進(jìn)行分析比較，制定設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計(jì)的機(jī)型符合有關(guān)的方針政策。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，通過掌握正確的設(shè)計(jì)思想，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能在認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)下分析并解決設(shè)計(jì)中遇到的問題。先通過整體參數(shù)的計(jì)算來確定塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)了解不同塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的差別。再逐步確定各個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)及具體尺寸，也應(yīng)參考同類機(jī)型的設(shè)計(jì)，來確定本次塔式起重機(jī)整體設(shè)計(jì)的最終結(jié)構(gòu)及尺寸，最后運(yùn)用有限元分析法對(duì)塔式起重機(jī)的塔身進(jìn)行計(jì)算和分析。
四、總體安排和進(jìn)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(jì)
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 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
2013.6.20-2013.6.21 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(guó)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(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（5冊(cè)）
[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(guó)防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機(jī)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(cè)量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002．
[14] 張東升．機(jī)械零件及建筑機(jī)械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003．
[15] 現(xiàn)行建筑機(jī)械規(guī)范大全．北京：中國(guó)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(huì)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。
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(shì)·······································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(jí)別 ··········································32
2.3.2 機(jī)構(gòu)工作級(jí)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(jiǎn)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
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
附：英文翻譯
英文原文