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畢業(yè)設(shè)計開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機(jī)總體及起升系統(tǒng)的設(shè)計 系 別： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機(jī)械094 學(xué)生姓名： 劉志勇 學(xué) 號： 2009307428 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(zhǔn)備 1、 現(xiàn)狀 從塔機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面來看，雖然新的產(chǎn)品層出不窮，新產(chǎn)品在生產(chǎn)效能、操作簡便、保養(yǎng)容易和運行可靠方面均有提高，但是塔機(jī)的技術(shù)并無根本性的改變。塔機(jī)的研究正向著組合式發(fā)展。所謂的組合式，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點，將塔身分解成若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理再將各部分劃分成若干模塊。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)性能特征的塔機(jī)，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機(jī)有助于加快塔機(jī)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費用，并能更好的為客戶服務(wù)。 　 　塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)兩大類。其中前者的承載力要高于后者，在許多的施工現(xiàn)場我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機(jī)。按能否移動又分為：走行式和固定式。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上，或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。 起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動系統(tǒng)，主要包括：機(jī)械傳動鏈中減速器的高速軸上裝工作制動器，卷筒法蘭盤上安裝的液壓式安全制動器；由工業(yè)控制計算機(jī)或可編程序控制器PLC與控制電路組成的電氣控制系統(tǒng)；在正常情況下只要起重機(jī)主電源接通，安全制動器始終處于通電打開狀態(tài)；在起重機(jī)供電系統(tǒng)故障及起升機(jī)構(gòu)故障情況下安全制動器閉合；其特點是在起升機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，檢測元件檢測出的信號送入工業(yè)控制計算機(jī)或可編程序控制器PLC，經(jīng)計算及邏輯判斷，再輸出信號控制工作制動器先閉合，并經(jīng)過延時后，安全制動器再閉合；或者在緊急停電情況下利用安全制動器節(jié)流閥作用，使安全制動器滯后閉合。減小安全制動器閉合時對機(jī)械傳動鏈造成的沖擊載荷，避免了零部件損壞，確保了設(shè)備和工作人員安全。 塔式起重機(jī)上的起升系統(tǒng)，操作人員只需攜帶輕巧的發(fā)射系統(tǒng)，自由走動并選擇最佳(安全)視覺位置實行操作，消除了以往由于視線不清、環(huán)境惡劣或指揮配合不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻氖鹿孰[患，保證了安全操作；操作、系纜、掛鉤可由一人單獨承擔(dān)，無需他人指揮，節(jié)省了人力資源；操作人員獨立判斷，操作的準(zhǔn)確性、連貫性比以往得以顯著提高，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率。 2、發(fā)展趨勢 ①重點產(chǎn)品大型化，高速化和專用化 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機(jī)已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要容易操作，容易維護(hù)，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性。工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機(jī)的市場不斷擴(kuò)大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。 ②系列產(chǎn)品模塊化、組合化合標(biāo)準(zhǔn)化 用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。對起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求 ③通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化 有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機(jī)。 ④產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化 起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機(jī)的自動化和智能化。大型高效起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找 起吊物重心、近場感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進(jìn)行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機(jī)運行的自動保護(hù)與自動檢測，特殊場合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題） 起重機(jī)是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機(jī)械，具有動作間歇性和作業(yè)循環(huán)性，多用于人力不能完成的任務(wù)。 塔式起重機(jī)：動臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動臂和底座等。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。 隨著科學(xué)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)代工程技術(shù)正向著實用、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)以及規(guī)范的方向發(fā)展。在這樣的發(fā)展背景下,對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計也提出了新的要求,實現(xiàn)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)在安全可靠的基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)性受到了人們越來越多的重視。同時,在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計過程中,設(shè)計人員更多的依靠經(jīng)驗、試湊、靜態(tài)定性分析和手工勞動,導(dǎo)致了設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計周期長,設(shè)計質(zhì)量差,設(shè)計費用高,產(chǎn)品缺乏競爭力。因此,研究塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法,對于提高塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計的效率和質(zhì)量具有重要的作用。 論文主要在分析了塔式起重機(jī)在工程實際中的應(yīng)用情況、主要形式及其作用,提出了對塔式起重機(jī),特別是對塔式起重機(jī)的咽喉設(shè)備——起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,使其使用更加方便,成本更加低廉,具有重要現(xiàn)實意義的思想。本論文在理論和實踐中的主要成果與特色如下: (1)應(yīng)用設(shè)計方法學(xué)對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的總體方案進(jìn)行了優(yōu)化決策,采用基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計方法對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,提出使用基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計方法對起升卷筒進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。 (2)論述了設(shè)計方法學(xué),包括功能分析法和層次分析法的基本原理和設(shè)計思想。其中,運用功能分析法對門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性的分析,而運用層次分析法對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的方法。 重點：塔式起重機(jī)總體及其起升系統(tǒng)的設(shè)計，以及各個部件的設(shè)計。 需要解決的問題： 1、在塔式起重機(jī)總體設(shè)計中，要考慮到起重機(jī)每個部件的的合理及其安全性能。 1）吊鉤是橋式起重機(jī)用得最多的取物裝置，它承擔(dān)著吊運的全部載荷，在使用過程中，吊鉤一旦損壞斷裂易造成重大事故。吊鉤一旦發(fā)現(xiàn)裂紋要按照GB10051-88給予報廢，堅決不要對吊鉤進(jìn)行焊補(bǔ)。 2）減速器是橋式起重機(jī)的重要傳動部件，通過齒輪嚙合對扭矩進(jìn)行傳遞，把電動機(jī)的高速運轉(zhuǎn)調(diào)到需要的轉(zhuǎn)速，在傳遞扭矩過程中齒輪會出現(xiàn)輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠和、齒面磨損等機(jī)械故障。 3）制動器是橋式起重機(jī)重要的安全部件，具備阻止懸吊物件下落、實現(xiàn)停車等功能，只有完好的制動器對起重機(jī)運行的準(zhǔn)確性和安全生產(chǎn)才能有保證，在起重機(jī)作業(yè)中制動器會出現(xiàn)制動力不足、制動器突然失靈，制動輪溫度過高與制動墊片冒煙、制動臂張不開等機(jī)械故障。根據(jù)以上常見問題，來考慮各個部件的基本設(shè)計和技術(shù)要求。 4）在安全方面采用多種措施，能保證當(dāng)同一軸線上的電動機(jī)發(fā)生故障時，另一軸線上 的兩個電動機(jī)仍可以繼續(xù)工作；機(jī)構(gòu)中在高速軸上裝置有塊式制動器，在卷筒上再設(shè)置夾鉗盤式緊急制動器；在卷筒及電機(jī)軸上安裝有脈沖發(fā)生器，根據(jù)脈沖信號的變化判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障，并采用相應(yīng)得緊急措施；采用手動操作對非常事故進(jìn)行處理。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 1、主要內(nèi)容 （1）設(shè)計任務(wù)： ① 總體總體參數(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(jī)的風(fēng)力計算 ⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計算 （3） 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算 ① 起升機(jī)構(gòu)的形式 ② 確定起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率 ③ 確定卷筒尺寸 ④ 選擇電動機(jī)、減速器、制動器、聯(lián)軸器 ⑤ 驗算實際起升速度 ⑥ 驗算起、制動時間 ⑦ 電動機(jī)發(fā)熱驗算 ⑧ 卷筒強(qiáng)度的計算 （4） 吊鉤組的設(shè)計 ① 吊鉤組的形式 ② 吊鉤組橫梁的強(qiáng)度計算 2、研究方法及思路 （1）資料的準(zhǔn)備 通過上網(wǎng)和畢業(yè)實習(xí)，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國內(nèi)外塔式起重機(jī)總體設(shè)計和起升系統(tǒng)的設(shè)計的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計思路為自己的設(shè)計做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計做好準(zhǔn)備。 （2）參數(shù)確定 根據(jù)所查資料，了解到起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)，和對標(biāo)準(zhǔn)部件的了解，選擇能免租條件的相關(guān)零件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計，在設(shè)計中確定個關(guān)節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出個主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體具體設(shè)計尺寸和形狀。 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 熟悉設(shè)計內(nèi)容并收集資料 2013.3.29-2013.4.13 總體參數(shù)確定及總體設(shè)計 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 起升機(jī)構(gòu)、吊鉤組的設(shè)計 2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機(jī)構(gòu)、吊鉤組裝配圖 2013.6.6-2013.6.17 繪制零件圖紙 2013.6.18-2013.6.21 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：中國建筑工業(yè)出版社 [2] 董剛、李建功主編.機(jī)械設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 機(jī)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(jī)技術(shù)條件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計規(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