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摘要 本次設(shè)計在參照同類塔式起重機基礎(chǔ)上，對QTZ40型塔式起重機進行總體設(shè)計及塔身分析設(shè)計。在塔身設(shè)計工程中，采用了有限元法對其進行分析計算，采用了ANSYS10.0軟件進行分析。 首先按照整機主要性能參數(shù)，確定各機構(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度角時兩種工況分析。通過對塔身作適當(dāng)?shù)暮喕?，?yīng)用ANSYS10.0軟件建立塔身的有限元模型，施加各工況載荷，進行求解，進而可得各工況下各節(jié)點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)了各種工況下塔身的受力性能。 本次設(shè)計分析通過修改模型參數(shù)共準備了三種不同方案，進而對不同模型方案進行分析比較。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)下模型進行強度及剛度校核，進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 塔身 有限元分析 ANSYS10.0 河北建筑工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計 系別： 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095 姓名： 王順民 學(xué)號： 2011407524 起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月22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 1、畢業(yè)設(shè)計（論文）目的： 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)新精神的最佳手段。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、塔身的設(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)。 2、畢業(yè)設(shè)計（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） 塔身的設(shè)計和計算 ① 塔身的形式及尺寸 ② 設(shè)計塔身的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算 ③ 聯(lián)接套焊縫強度的計算 ④ 高強度螺栓強度的計算 ⑤ 塔身腹肝的計算 （4） 要求 ① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成一項給定的設(shè)計任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(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)計工作中，應(yīng)綜合運用多學(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)、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領(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)計的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計計算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗、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際問題的能力。 ④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴肅認真的科學(xué)態(tài)度和嚴謹求實的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。 ⑤ 設(shè)計成果要求： 1） 凡給定的設(shè)計內(nèi)容，包括說明書、計算書、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)計的全部內(nèi)容，包括設(shè)計計算、機械構(gòu)造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。 3） 說明書、計算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計計算步驟正確，數(shù)學(xué)計算準確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。 4） 對國內(nèi)外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。 其他各項應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。 3、畢業(yè)設(shè)計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）： ① 計算說明書一份 內(nèi)容包括：設(shè)計任務(wù)要求的選型、設(shè)計計算內(nèi)容、畢業(yè)實習(xí)報告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號）、批準，字數(shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計算機進行設(shè)計、計算與繪圖。 ② 圖紙一套 不少于四張零號圖紙量。 4、主要參考文獻： [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] 邢靜忠．ANSYS應(yīng)用實例與分析．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． [9]GB/T9462—1999 塔式起重機設(shè)計條件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(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．互換性與測量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002． [14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003． [15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995． 5、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃： 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 繪制總圖 塔身設(shè)計 繪制塔身裝配及結(jié)構(gòu)圖紙 繪制零件圖紙 準備論文及答辯 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)實習(xí)報告 系 別 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機095班 姓 名 王順民 學(xué) 號 20114075424 指導(dǎo)教師 李常勝 實習(xí)成績 畢業(yè)實習(xí)報告 1、實習(xí)目的 畢業(yè)實習(xí)是大學(xué)生完成四年的全部課程之后的最重要的實踐環(huán)節(jié)。也是在進行畢業(yè)設(shè)計或畢業(yè)論文時必不可少的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它對于培養(yǎng)我們的動手能力有很大的意義，而且可以使我們了解傳統(tǒng)的機械制造工藝和現(xiàn)代機械制造技術(shù)。畢業(yè)實習(xí)為大學(xué)生提供了培養(yǎng)和造就實踐能力和創(chuàng)新能力的必要物質(zhì)基礎(chǔ)和良好的環(huán)境，這次畢業(yè)實習(xí)對我們畢業(yè)生來說意義非常的重大，因此每位同學(xué)都必須珍惜這一難得的機會，有效地利用寶貴的畢業(yè)實習(xí)時間，把培養(yǎng)實踐能力和打造創(chuàng)新能力作為畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)思想。 2、 實習(xí)內(nèi)容 老師為了我們更加感性的認識QTZ40塔式起重機，安排我們?nèi)埣铱诮ㄖC械廠去參觀實習(xí)。因為對塔式起重機比較陌生，所以我們對這次的實習(xí)抱很大希望，首先要對塔式起重機有個全面的了解，其次對于自己要設(shè)計的起升機構(gòu)更要弄明白。我們這次去建筑機械廠是分批去的。我們大概是九點出發(fā)，下車后在老師的帶領(lǐng)下我們來到建筑機械廠，在廠里工作人員的帶領(lǐng)下我們來到了擺放各個成品部件的地方，我們詳細的看了每個部件，塔身、臂架、標準節(jié)、等等很多部件。當(dāng)然我仔細看了起升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)并照下了很多照片以便下來自己再細細研究。由老師與工作人員的介紹我們對塔式起重機有了初步的認識。 塔式起重機是一種塔身豎立起重臂會轉(zhuǎn)到起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預(yù)制構(gòu)件與其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高。塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。由于塔式起重機性能參數(shù)不斷完善，使建筑工藝也有可能進行許多重大改革，比如采用大型砌塊、大板結(jié)構(gòu)設(shè)置箱形結(jié)構(gòu)后，建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝備化、工廠化達到了很高的水平。 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。在中國塔式起重機的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從側(cè)回到自行設(shè)計制造的過程。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個新的興盛時期，至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。根據(jù)國內(nèi)外一些技術(shù)資料介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢可具體歸納為吊臂長度加長、工作速度提高且能調(diào)速、改善操縱條件、更多的采用組裝式結(jié)構(gòu)四個方面。 塔式起重機一般有四大工作機構(gòu)，它們是起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)。起升機構(gòu)用來實現(xiàn)載荷的升降，它是塔式起重機中最重要也是最基本的機構(gòu)，起升機構(gòu)的性能將直接影響到整臺塔式起重機的工作性能。變幅機構(gòu)是塔式起重機改變工作幅度的機構(gòu)，用以擴大塔式起重機的工作范圍，提高工作效率。通過變幅機構(gòu)能將所運輸?shù)奈锪线\送到工作面上。回轉(zhuǎn)機構(gòu)是塔式起重機的主要工作機構(gòu)之一，它能將起升在空間的物料繞塔式起重機垂直軸線作圓周運動，擴大塔式起重機的工作面。行走機構(gòu)的作用是驅(qū)動塔式起重機沿著軌道行駛、配合其他機構(gòu)完成水平運輸及垂直運輸工作。塔式起重機的自重和載荷重量通過行走機構(gòu)的行走輪傳給軌道。 塔式起重機的起升機構(gòu)通常由電機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。電機通過聯(lián)軸器與減速器相連。減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和安裝在塔身或塔頂上導(dǎo)向滑輪及滑輪組與吊鉤相連。電機工作時，卷筒將鋼絲繩卷進或放出，通過滑輪組使吊鉤上的物品起升或下降。當(dāng)電機停止工作時，制動器通過彈簧力將制動輪剎住。 塔式起重機的變幅機構(gòu)按工作性質(zhì)可分為非工作性變幅機構(gòu)和工作性變幅機構(gòu)。非工作性變幅機構(gòu)指只在空載時改變幅度，調(diào)整取物裝置的作業(yè)位置，而在重物裝卸英東過程中幅度不再改變。這種變幅機構(gòu)變幅次數(shù)少，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率影響小，一般采用較低的變幅速度，其優(yōu)點是構(gòu)造簡單、自重輕。工作性變幅機構(gòu)是指能在帶載條件下變幅的機構(gòu)。變幅過程是起重機工作循環(huán)主要環(huán)節(jié)，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率有直接影響，一般采用較高的變幅速度。其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，能更好地滿足裝卸工作地需要。工作性變幅機構(gòu)驅(qū)動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置，與非工作性變幅機構(gòu)相比，構(gòu)造復(fù)雜，自重也較大。 塔式起重機的變幅機構(gòu)按機構(gòu)運動形式分為臂架擺動式變幅機構(gòu)和運行小車式變幅機構(gòu)。動臂式變幅機構(gòu)式通過吊臂俯仰擺動實現(xiàn)變幅。小車變幅塔式起重機是指通過起重小車沿起重臂運行進行變幅的塔式起重機。綜合變幅塔式起重機是指根據(jù)作業(yè)的需要臂架可以彎折的塔式起重機。 塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)能使塔機的起重臂架作360度回轉(zhuǎn)，這樣就擴大了塔式起重機的工作面。塔式起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)支撐裝置和驅(qū)動機構(gòu)兩部分?；剞D(zhuǎn)支撐裝置為塔機的回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)定、牢固的支撐，并將回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給塔身部分；驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動塔機的回轉(zhuǎn)部分，使其相對塔機的固定部分實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。塔式起重機的回轉(zhuǎn)支撐裝置一般有柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置和滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置。塔式起重機上一般采用電動回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動裝置通常安裝在塔機的回轉(zhuǎn)部分上，電動機經(jīng)減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在塔機固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。 行走機構(gòu)用以支撐起重機本身的重量和起重載荷，并使起重機水平運行。起重機的行走方式分為有軌行走機構(gòu)和無軌行走機構(gòu)兩類。有軌行走是指車輪在專門鋪設(shè)的軌道上行走；無軌行走則采用輪胎或履帶，可以在普通的道路上行駛，機動性強。 通過老師的講解使我們更深入的了解的塔式起重機的構(gòu)造和功用。為我們的畢業(yè)設(shè)計做了很好的鋪墊。 3、實習(xí)結(jié)果 歷時兩天的實習(xí)結(jié)束了,該次實習(xí)使我們不僅掌握了有關(guān)起升機構(gòu)的知識還了解了關(guān)于塔式起重機的其他部件。以前在課本上不能理解的問題都有了更深刻的認識。這次實習(xí)以及前一段時間查閱的大量資料為我的畢業(yè)設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)，使我深深地體會到要想搞好設(shè)計，就必須耐心仔細地查找與設(shè)計相關(guān)的資料和信息（包括設(shè)計產(chǎn)品的基本功能、主要結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點及其發(fā)展前途，市場效益等）。我國目前制造業(yè)的發(fā)展狀況也粗步了解了機械制造的發(fā)展趨勢。在新的世紀里,科學(xué)技術(shù)必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個領(lǐng)域中,而這一切都將大大拓寬機械制造業(yè)的發(fā)展方向。 將來的機械制造將會向“四個化”發(fā)展，即柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調(diào)的柔性,使生產(chǎn)推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化,還有使制造過程物耗,人耗大大降低,高自動化生產(chǎn),追求人的智能與機器智能高度結(jié)合的智能化，以及借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價值的信息化。 4、實習(xí)總結(jié)或體會 畢業(yè)實習(xí)是我們從學(xué)校到社會的一座橋梁，是從理論到實際的一條紐帶。加強我們綜合能力的培養(yǎng)，使得我們既要掌握專業(yè)的基本理論和基本知識，又具有對于所學(xué)知識的運用能力以及獨立工作的能力，為我們在畢業(yè)設(shè)計中、甚至為畢業(yè)后的實際工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過此次畢業(yè)實習(xí)我們了解到目前機械制造的發(fā)展趨勢，也使我們清晰地定位我們所處的位置，對我們以后走上工作崗位起到一個良好的模范作用。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。我深深地感覺到自己所學(xué)知識的膚淺和在實際運用中的專業(yè)知識的匱乏，一旦接觸到實際，才發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么少，這時才真正領(lǐng)悟到“學(xué)無止境”的含義，今后需要學(xué)的東西還很多。 河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計 學(xué) 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機095班 姓 名 王順民 指 導(dǎo) 教 師 李常勝 輔 導(dǎo) 教 師 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塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計 系 別： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機095 學(xué)生姓名： 王順民 學(xué) 號： 2011407524 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 一、論文資料的準備 (一) 　塔式起重機概述 塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械，簡稱塔機，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。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。塔式起重機必須具備下列特點： 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 要求拆裝運輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。 (二) 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 國外塔機發(fā)展的主要代表性國家或地區(qū)有：歐洲、日本、澳大利亞。從20世紀90年代開始，歐洲塔機行業(yè)緩慢復(fù)蘇，目前歐洲生產(chǎn)塔機的國家有德國、法國、英國、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等，主要廠家有法國Potain，德國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，德國的Liebherr和法國的Potain在世界上居領(lǐng)先地位，Potain目前在法國、德國、意大利、葡萄牙、中國的工廠生產(chǎn)60多種型號塔機，迄今為止已在全球銷售了超過100000臺塔機，其中被國內(nèi)行業(yè)熟知的FO/23B、H3/36B是我國1984年從Potain引進技術(shù)生產(chǎn)的。2003年，Potain為南京長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。 20世紀80年代，日本塔機行業(yè)開始緩慢復(fù)蘇，1987年開發(fā)了900t?m級內(nèi)爬式自升塔機，1990年，日本最著名的塔機生產(chǎn)商石川島( IHI)公司開發(fā)了日本國內(nèi)最大的1500t?m級內(nèi)爬式自升塔式起重機－ JCC1500H（最大起重量70t），其在日本大噸位塔機市場中占有份額最高。截至目前，日本內(nèi)爬塔機的主要機型有：80tm級、150tm級、400tm級、450tm級、500tm級、600tm級、900tm級、1500tm級。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，使塔機結(jié)構(gòu)更為簡化，也增加了內(nèi)爬式塔機的新機種。 俄羅斯繼承前蘇聯(lián)傳統(tǒng)，曾經(jīng)也是一個塔機大國，擁有雄厚的開發(fā)和生產(chǎn)實力。1990年 俄羅斯塔機產(chǎn)量達2526臺，在隨后的經(jīng)濟衰退時期，許多俄羅斯塔機制造廠處境困難，停止了生產(chǎn)，到2000年，俄羅斯塔式起重機年產(chǎn)36臺，2001年產(chǎn)量77臺。與1990年相比，產(chǎn)量銳減。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯塔機行業(yè)修改了前蘇聯(lián)塔機設(shè)計規(guī)范和技術(shù)條件，向ISO標準靠攏。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80%超期服役。在過去的幾年里，這些年久失修的塔機，在作業(yè)中時有事故發(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，塔機的用戶希望購買新的具有現(xiàn)代化裝置的塔機，因此，俄羅斯塔機市場的需求趨旺，在今后幾年里，醞釀著巨大的市場潛力。盡管塔機有需求，但越來越多用戶希望購買國外塔機，俄羅斯的塔機生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的競爭。 近幾年國外塔機市場上，一種結(jié)構(gòu)新穎的平頭式塔機發(fā)展很快，大有流行之勢；平頭塔機起源于歐洲，叫法源于flat-toptowercrane的譯名,也有叫無塔頭式塔機(toplesstowercrane)的。平頭塔機的設(shè)計思想及雛形最早可追溯到20世紀60年代，當(dāng)時法國Richier公司研制的塔機外形已接近于現(xiàn)在的平頭塔機，例如其X1290和GT系列塔機塔頭較矮，通常不超過4m，只稍稍高于吊臂和平衡臂。但嚴格來講，這些塔機又不同于現(xiàn)在的平頭塔機，盡管塔頭較矮，但還是能區(qū)分出塔頭、平衡臂、拉桿等。真正的平頭塔機誕生于1975年，瑞典Linden公司首次提出平頭塔機的概念，并率先推出了Linden8000平頭塔機模數(shù)系統(tǒng)，不同型號平頭塔機的吊臂可以互換。Linden平頭塔機沒有傳統(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平頭塔機的出現(xiàn)揭開了平頭塔機發(fā)展的序幕。自從Linden公司推出平頭塔機以來在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)沒有被用戶普遍接受，因為人們在內(nèi)心深處已經(jīng)習(xí)慣了帶塔頭的塔機，認為塔機帶塔頭是天經(jīng)地義的事，有的甚至認為塔機上沒有塔頭、拉桿,結(jié)構(gòu)不合理、不安全。一直領(lǐng)導(dǎo)世界塔機發(fā)展潮流的波坦和利勃海爾等大公司對平頭塔機最初都不推崇，所以其發(fā)展一直較緩慢。隨著平頭塔機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，其獨特的優(yōu)點被越來越多的用戶所認可，于是一些制造廠家紛紛涉足平頭塔機的研制，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，由此極大地推動了平頭塔機的發(fā)展。近5年是國外各大塔機制造商相繼推出平頭塔機最集中的時期，也是發(fā)展最快的時期。下面從幾個主要塔機制造公司的情況就可以看出平頭塔機的發(fā)展狀況及態(tài)勢。 國外工程起重機的發(fā)展方向為：發(fā)展超大型起重機，“迷你”起重機大量涌現(xiàn)，伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進，數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用，靜液壓傳動起重機進入市場，混合起重機得到發(fā)展，汽車起重機也在不斷發(fā)展，隨車起重機產(chǎn)銷量不斷增長。 (三) 我國塔式起重機的發(fā)展趨勢 我國大規(guī)模經(jīng)濟建設(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)，給塔式起重機提供了良好的市場。在十二五期間，我國提出了推行城鎮(zhèn)化建設(shè)，我國人口眾多，地大物博，市場需求，市場前景還有一定的空間， 我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面： 1　 我國塔機產(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。 2　 適當(dāng)發(fā)展動臂式自升塔機和折曲式兩用臂架自升塔機的生產(chǎn)，以適應(yīng)塔機出口市場和國內(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、臂架標準節(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)計制造，提高塔機使用的經(jīng)濟效益。 (四) QTZ40塔式起重機概述 QTZ40塔式起重機為按照最新標準JG/T5037-93《塔式起重機分類》設(shè)計的加強型塔式起重機，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(shè)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(shù)、組合設(shè)計技術(shù)及有限元分析技術(shù)，以“塔式起重機微機設(shè)計平臺”為工具設(shè)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(jié)構(gòu)簡單實用，設(shè)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(gòu)，可單獨或復(fù)合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構(gòu)用于塔身接高或降塔。起升機構(gòu)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)男枰?。該機設(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)限制器等安全保護裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機正常工作。另外，還設(shè)有休息平臺、護欄等安全保護設(shè)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。 二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點） 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)新精神的最佳手段。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、塔身的設(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)。 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。塔式起重機尤其是大噸位的塔機，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成本的關(guān)鍵之一。 傳統(tǒng)的設(shè)計方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗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)，然后進行校核，這樣設(shè)計的塔身, 結(jié)構(gòu)自重偏大，材料的利用率低， 成本高，經(jīng)濟效益不好。 塔機結(jié)構(gòu)現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)代設(shè)計方法的過程。傳統(tǒng)設(shè)計計算復(fù)雜、耗時，不利于在激烈市場競爭中縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量。計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和有限元法等現(xiàn)代設(shè)計方法受到塔機科技人員越來越廣泛的重視。 塔身是塔式起重機的重要組成部分,利用有限元軟件ANSYS對QTZ40塔式起重機塔身進行工作及非工作狀態(tài)分析計算，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)進行了有限元分析法設(shè)計，有效控制了可能出現(xiàn)的危險，增強了設(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） 塔身的設(shè)計和計算 ①塔身的結(jié)構(gòu)形式及尺寸 ②塔身的設(shè)計和有限元分析及計算 (六) 研究方法 ①類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機設(shè)計； ②有限元分析法：利用有限元分析軟件對塔身進行設(shè)計計算。 (七) 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。 在畢業(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。先通過整體參數(shù)的計算來確定塔式起重機的設(shè)計方案，同時了解不同塔式起重機結(jié)構(gòu)的差別。再逐步確定各個裝置的結(jié)構(gòu)及具體尺寸，也應(yīng)參考同類機型的設(shè)計，來確定本次塔式起重機整體設(shè)計的最終結(jié)構(gòu)及尺寸，最后運用有限元分析法對塔式起重機的塔身進行計算和分析。 四、總體安排和進度（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 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 塔身設(shè)計 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 準備論文及答辯 五、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] 邢靜忠．ANSYS應(yīng)用實例與分析．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． [9]GB/T9462—1999 塔式起重機設(shè)計條件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(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．互換性與測量技術(shù)．北京：高等教育出版社．2002． [14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學(xué)出版社.2003． [15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(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、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。 設(shè)計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計 姓 名： 王順民 班級學(xué)號： 機095 2011407524 指導(dǎo)教師： 李常勝 設(shè)計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設(shè)計 姓 名： 王順民 班級學(xué)號： 機095 2011407524 指導(dǎo)教師： 李常勝 目錄 第1章 前言·······················································1 1.1 塔式起重機概述··············································1 1.2 塔式起重機的發(fā)展情況········································1 1.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢·······································3 第2章 總體設(shè)計··················································5 2.1 概述······················································· 5 2.2 確定總體設(shè)計方案············································5 2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)···············································5 2.2.2 工作機構(gòu)···············································22 2.2.3 安全保護裝置···········································29 2.3 總體設(shè)計設(shè)計總則···········································32 2.3.1 整機工作級別 ··········································32 2.3.2 機構(gòu)工作級別···········································32 2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 33 2.4 平衡重的計算···············································33 2.5 起重特性曲線···············································35 2.6 塔機風(fēng)力計算·············································· 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)定性計算·········································51 第3章 塔身的有限元分析設(shè)計···································53 3.1 塔身模型簡化···············································53 3.2 有限元分析計算·············································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 塔身的強度校核············································124 4.4 鏈接套焊縫強度的計算······································125 4.5 塔身腹桿的計算············································126 4.6 高強度螺栓強度的計算······································127 第5章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)···········································129 致謝·····························································130 主要參考文獻····················································131 畢業(yè)實習(xí)報告 附：英文翻譯 英文原文