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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塔式起重機總體及起升機構(gòu)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094
學生姓名： 陳福海
學 號： 2009307426
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
1.塔式起重機簡介
塔式起重機簡稱塔機或者塔吊，是一種機身為塔架式結(jié)構(gòu)的全回轉(zhuǎn)動臂架式起重機。塔式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、工作機構(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。塔機的工作機構(gòu)有五種：起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、小車牽引機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和大車走行機構(gòu)(行走式的塔機)。電氣系統(tǒng)包括電動機、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。塔式起重機的作業(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。由于塔式起重機能夠靠近建筑物，在高層建筑施工中其幅度利用率比其它類型的起重機要高，可達到全幅度的80%。而普通履帶式、輪胎式起重機的幅度利用率不超過50%，并隨著建筑物高度的增加而急劇減小。因此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。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價等方面起著重要的作用。
2. 塔式起重機發(fā)展狀況
我國的塔機行業(yè)于20世紀50年代開始起步,相對于中西歐國家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機業(yè)的不景氣, 我國的塔機業(yè)正處于一個迅速的發(fā)展時期。
20世紀50年代為滿足國家經(jīng)濟建設的需要引進了蘇聯(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建筑師-Ⅰ型塔式起重機在撫順試制成功了我過第一臺TQ2-6型塔式起重機。隨后又仿制蘇聯(lián)樣機研制了15t與25t塔式起重機這個時期我國生產(chǎn)與使用的塔式起重機的數(shù)量都較少。到了20世紀60年代我國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。隨后我國又自行設計制造了TQ-6型等塔式起重機至1965年全國已有生產(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回轉(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年代起由于建筑施工的需要我國塔式起重機進入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年我國第一臺下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機問世。這一時期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、Z80型等小車變幅自升式塔式起重機、Q 4-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60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臺標志著我國塔式起重機行業(yè)進入一個新的階段。
進入20世紀80年代我國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品主要有QT80A、QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機QT60、QTK60、QT25HK 等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機和QT90上回轉(zhuǎn)動臂下頂升接高塔式起重機等。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。與此同時隨著改革開放和國際技術(shù)交流的增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(shù)性能比較先進極大地促進了我國塔式起重機產(chǎn)品的設計制造技術(shù)的進步。 進入20世紀90年代以后我國塔式起重機行業(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)量連年猛翻而且有部分產(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年代的幾十臺截止2000年約為6萬臺。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來衡量我國均堪稱塔式起重機大國。
但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理 品種型號大同小異制造技術(shù)不適應 沒有形成規(guī)模工業(yè)有制約著我國塔式起重機的發(fā)展。
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。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）
本課題針對QTZ40塔式起重機的總體設計、臂架、變幅機構(gòu)，起升機構(gòu)進行了重點研究。目的在于闡明QTZ40塔式起重機的工作原理，總體設計時根據(jù)塔機的結(jié)構(gòu)形式分析，對塔式起重機進行工作仿真，為進一步分析研究塔式起重機的總體、臂架、起升機構(gòu)提供證據(jù)。
塔式起重機起升機構(gòu)制動系統(tǒng)，主要包括：機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)；在起重機供電系統(tǒng)故障及起升機構(gòu)故障情況下安全制動器閉合；其特點是在起升機構(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械傳動鏈造成的沖擊載荷，避免了零部件損壞，確保了設備和工作人員安全。
塔式起重機上的起升系統(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?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，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。
本課題主要在分析了塔式起重機在工程實際中的應用情況、主要形式及其作用,提出了對塔式起重機,特別是對塔式起重機的重要組成部分——起升系統(tǒng)進行研究,操作更加方便,成本更加低廉,具有重要現(xiàn)實意義的思想。本課題在理論和實踐中的主要成果與特色如下:
(1)應用設計方法學對塔式起重機起升機構(gòu)的總體方案進行了優(yōu)化決策,采用基于數(shù)學規(guī)劃的優(yōu)化設計方法對塔式起重機起升機構(gòu)的減速器進行了參數(shù)優(yōu)化設計,提出使用基于有限元法的優(yōu)化設計方法對起升卷筒進行目標優(yōu)化設計。
(2)論述了設計方法學,包括功能分析法和層次分析法的基本原理和設計思想。其中,運用功能分析法對門式起重機起升機構(gòu)總體方案進行定性的分析,而運用層次分析法對塔式起重機起升機構(gòu)總體方案進行定性和定量相結(jié)合的方法。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
1.塔機總體方案設計。
2.總體設計整體穩(wěn)定性校核計算。
3.選擇起升機構(gòu)。
4.起重臂結(jié)構(gòu)設計強度及穩(wěn)定性校核。
5.繪制塔機總圖、起升機構(gòu)部裝圖、起重臂裝配圖和單節(jié)臂結(jié)構(gòu)圖等。
6.編寫設計計算說明書。
研究方法：
（1）資料的準備
通過上網(wǎng)和畢業(yè)實習，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國內(nèi)外塔式起重機總體設計和起升系統(tǒng)的設計的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設計思路為自己的設計做準備。了解所做設計中的標準部件的相關(guān)信息，為以后設計做好準備。
（2）參數(shù)確定
根據(jù)所查資料，了解了起重機的相關(guān)參數(shù)和標準部件，選擇能滿足條件的相關(guān)零部件。根據(jù)傳統(tǒng)設計方法并結(jié)合相似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行具體的設計。在設計過程中確定各個關(guān)鍵的合理尺寸和形狀。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）繪制出各個主要部件的圖形圖和總裝圖，明確產(chǎn)品的具體形狀和設計尺寸。
研究思路：
在指導老師的幫助下去塔機生產(chǎn)廠進行實習了解塔機的各種生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)最后完成設計任務。
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 方案選擇及總體設計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 起升機構(gòu)的設計
2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機構(gòu)裝配圖
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
五、主要參考文獻
[1] 哈爾濱建筑工程學院主編.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.機械設計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 濮良貴、紀名剛主編.機械設計（第八版）.高等教育出版社
[8] 吳永平等.工程機械設計機 北京 化學工業(yè)出版社 2007.
[9] 吳慶鳴 何小新 工程機械設計 武漢 武漢大學出版社 2006.
[10] 楊國平 現(xiàn)代工程機械技術(shù) 北京 機械工業(yè)出版社 2006.
[11] 工程機械設計
[12] 吳宗澤、羅圣國．機械設計課程設計手冊．高等教育出版社，2006.5
[13] 濮良貴、紀名剛．機械設計．高等教育出版社，2000.12
[14] 吳宗澤主編. 機械設計師手冊機械工業(yè)出版社，2002
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(lǐng)導簽名： 日期：
系蓋章