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畢業(yè)設計開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機總體及起升系統(tǒng)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： 機械094 學生姓名： 劉志勇 學 號： 2009307428 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、 現(xiàn)狀 從塔機的技術發(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，但是塔機的技術并無根本性的改變。塔機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)構為核心，按結(jié)構和功能特點，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，選用適當模塊分別組成具有不同技術性能特征的塔機，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機有助于加快塔機產(chǎn)品開發(fā)進度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費用，并能更好的為客戶服務。 　 　塔機分為上回轉(zhuǎn)塔機和下回轉(zhuǎn)塔機兩大類。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。按能否移動又分為：走行式和固定式。固定式塔機塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎上，或裝設在條形式X形混凝土基礎上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。 起重機起升機構制動系統(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)故障及起升機構故障情況下安全制動器閉合；其特點是在起升機構發(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。 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。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，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)濟性。工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，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、組合化合標準化 用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、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準模塊，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。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(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。達到改善整機性能，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 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。 ④產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結(jié)合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機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、近場感應防碰撞技術、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等將廣泛得到應用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應自動化生產(chǎn)的需要。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 起重機是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機械，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。 塔式起重機：動臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機。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件的安裝。由金屬結(jié)構、工作機構和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構包括塔身、動臂和底座等。工作機構有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。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。 隨著科學技術和計算機技術的進一步發(fā)展,現(xiàn)代工程技術正向著實用、可靠、安全、經(jīng)濟以及規(guī)范的方向發(fā)展。在這樣的發(fā)展背景下,對塔式起重機起升機構的設計也提出了新的要求,實現(xiàn)塔式起重機起升機構在安全可靠的基礎上的經(jīng)濟性受到了人們越來越多的重視。同時,在塔式起重機起升機構的傳統(tǒng)設計過程中,設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,導致了設計產(chǎn)品的設計周期長,設計質(zhì)量差,設計費用高,產(chǎn)品缺乏競爭力。因此,研究塔式起重機起升機構的優(yōu)化設計方法,對于提高塔式起重機起升機構設計的效率和質(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咽喉設備——起升機構進行研究,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)應用設計方法學對塔式起重機起升機構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總體方案進行定性和定量相結(jié)合的方法。 重點：塔式起重機總體及其起升系統(tǒng)的設計，以及各個部件的設計。 需要解決的問題： 1、在塔式起重機總體設計中，要考慮到起重機每個部件的的合理及其安全性能。 1）吊鉤是橋式起重機用得最多的取物裝置，它承擔著吊運的全部載荷，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，堅決不要對吊鉤進行焊補。 2）減速器是橋式起重機的重要傳動部件，通過齒輪嚙合對扭矩進行傳遞，把電動機的高速運轉(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、齒面磨損等機械故障。 3）制動器是橋式起重機重要的安全部件，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運行的準確性和安全生產(chǎn)才能有保證，在起重機作業(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、制動臂張不開等機械故障。根據(jù)以上常見問題，來考慮各個部件的基本設計和技術要求。 4）在安全方面采用多種措施，能保證當同一軸線上的電動機發(fā)生故障時，另一軸線上 的兩個電動機仍可以繼續(xù)工作；機構中在高速軸上裝置有塊式制動器，在卷筒上再設置夾鉗盤式緊急制動器；在卷筒及電機軸上安裝有脈沖發(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，并采用相應得緊急措施；采用手動操作對非常事故進行處理。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 1、主要內(nèi)容 （1）設計任務： ① 總體總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ② 結(jié)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） 起升機構的設計和計算 ① 起升機構的形式 ② 確定起升機構滑輪組倍率 ③ 確定卷筒尺寸 ④ 選擇電動機、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 電動機發(fā)熱驗算 ⑧ 卷筒強度的計算 （4） 吊鉤組的設計 ① 吊鉤組的形式 ② 吊鉤組橫梁的強度計算 2、研究方法及思路 （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，了解到起重機的相關參數(shù)，和對標準部件的了解，選擇能免租條件的相關零件。根據(jù)傳統(tǒng)設計方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構進行具體的設計，在設計中確定個關節(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)品的具體具體設計尺寸和形狀。 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 熟悉設計內(nèi)容并收集資料 2013.3.29-2013.4.13 總體參數(shù)確定及總體設計 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 起升機構、吊鉤組的設計 2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機構、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 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