QTZ40塔式起重機(jī)總體及變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機(jī)總體及變幅機(jī)構(gòu)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： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 1 指導(dǎo)教師： 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 (一) 塔式起重機(jī)概述 塔式起重機(jī)簡稱塔機(jī)，亦稱塔吊，起源于西歐。據(jù)記載，第一項有關(guān)建筑用塔機(jī)專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機(jī)，1923年制成了近代塔機(jī)的原型樣機(jī)，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機(jī)。1930年當(dāng)時德國已開始批量生產(chǎn)塔機(jī)，并用于建筑施工。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN8770公布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機(jī)的起重能力。 塔式起重機(jī)是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。自塔式起重機(jī)在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機(jī)械一個重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機(jī)制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復(fù)蘇態(tài)勢，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢頭最好的國家為德國。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機(jī)制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C(jī)48500臺，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴(kuò)大，塔機(jī)產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機(jī)近40000臺，其中半數(shù)機(jī)齡不足5年。 如今世界塔機(jī)市場最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）。活躍在塔機(jī)市場上的著名產(chǎn)商是；德國的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comansa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國際塔機(jī)市場上占有更多份額，莫不注重總結(jié)經(jīng)驗，認(rèn)真分析市場動態(tài)，下大力氣進(jìn)行產(chǎn)品的更新和開發(fā) (二) 我國塔式起重機(jī)的發(fā)展 在中國塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，歷經(jīng)了一個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程。 20世紀(jì)50年代，為滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，中國引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。1954年仿制民主德國設(shè)計的樣機(jī)，在撫順試制成功了中國第一臺TQ2—6型塔式起重機(jī)。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機(jī)，研制了15t與25t塔式起重機(jī)，這個時期中國生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量都較少。 20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流電機(jī)調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時期，中國開始進(jìn)入了自行設(shè)計與制造塔式起重機(jī)的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機(jī)，它也是中國最早自行設(shè)計的塔式起重機(jī)。隨后，中國又自行設(shè)計制造了TQ-6型塔式起重機(jī)，至1965年全國已經(jīng)有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機(jī)360多臺。這些塔式起重機(jī)都是下轉(zhuǎn)動臂式，可整體拖運(yùn)，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。 20世紀(jì)70年代，塔式起重機(jī)服務(wù)對象更為廣泛。塔式起重機(jī)的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機(jī)又向一機(jī)多用方向發(fā)展。中國塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機(jī)問世：同年為了北京飯店施工，中國又自行設(shè)計制造了QT-10型自升式塔式起重機(jī)，該機(jī)的起重力矩為1600kN·m。這一時期還先后開發(fā)了ZT 100、ZT 120、ZT 280等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，QTL 16、TQ 40、TQ 45、TD 25、QTG 40、QTG 60 下回轉(zhuǎn)動臂自行架設(shè)快裝塔式起重機(jī)等，其年產(chǎn)量最高超過900臺，標(biāo)志著中國塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入一個新的階段。 20世紀(jì)80年代，中國塔式起重機(jī)相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ 100、QZT 120等自升式塔式起重機(jī)，QT 60、QTK 60、QT 25HK 等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機(jī)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(dá)1400臺。與次同時，隨著改革開放和國際技術(shù)交流的曾多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進(jìn)了一些塔式起重機(jī)，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(jī)制造質(zhì)量較好，技術(shù)性能比較先進(jìn)，極大地促進(jìn)了中國塔式起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)的進(jìn)步。 20世紀(jì)90年代以后，中國塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個新的興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。全國塔式起重機(jī)的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺?，F(xiàn)全國有300多個生產(chǎn)廠家，取得生產(chǎn)許可證的有241家；年產(chǎn)量9000臺左右：產(chǎn)值超億元、利稅超千萬的企業(yè)已達(dá)十多家。自1992年至今，塔機(jī)年出口量均大于進(jìn)口量均大于進(jìn)口量，年出口金額均大于進(jìn)口金額，到目前為止年貿(mào)易順差已達(dá)800多萬美元，在基本上滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的前提下述可以出口創(chuàng)匯。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機(jī)總量等角度衡量，中國均堪稱塔式起重機(jī)大國 (三) QTZ40型塔式起重機(jī)的簡單介紹及其市場前景 QTZ40塔式起重機(jī)是由張家口建筑機(jī)械廠設(shè)計制造的，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(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)計平臺”為工具設(shè)計的國內(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)型國內(nèi)唯一達(dá)到此幅度的塔機(jī)。塔機(jī)獨立使用時，起升高度27.8m，附著起升高度為120m（2倍率）。該機(jī)各項速度指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國家標(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)簡單實用，設(shè)有先進(jìn)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(jī)械。 QTZ40塔吊布置合理，外型美觀，司機(jī)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(jī)械。具有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、頂升四種工作機(jī)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(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?要。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、護(hù)欄等安全保護(hù)設(shè)施。司機(jī)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(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、貨場的裝卸 (四) 起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的簡單介紹 變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)變幅機(jī)構(gòu)的用途是改變起重機(jī)的幅度或伸距，即改變吊鉤(或抓斗)中心至起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心軸線的水平距離，以適應(yīng)起重機(jī)在不同條件下裝卸貨物。變幅機(jī)構(gòu)按作業(yè)要求分為非工作性變幅和工作性變幅兩種，按性能要求又可分為非平衡變幅和平衡變幅兩種。非平衡變幅就是在臂架擺動時，臂架的重心和物品的重心都要升高或降低，在減少幅度時，需要耗費(fèi)很大的驅(qū)動功率；而在增大幅度時，則引起較大的慣性載荷，影響使用性能。因此，非平衡變幅大多用在桅桿起重機(jī)、塔式起重機(jī)或流動起重機(jī)等非工作性變幅，即不帶物的變幅。其變幅的速度較低，一般在10～20米份。工作性變幅的起重機(jī)在每--I作循環(huán)中都要變幅，為提高生產(chǎn)率，節(jié)約驅(qū)動功率和使操作平衡可靠，需要采用平衡變幅。即應(yīng)用各種方法使起重機(jī)在變幅過程中物品的重心沿水平線或近似水平線移動，而臂架系統(tǒng)的重量由活動平衡重所平衡，兩者的合成重心也沿水平線移動。這種起重機(jī)的變幅可以較大，用于安裝工作時，變幅速度為10～35米／分：用于裝卸作業(yè)時，變幅速度為40～90米／分或更高；小起重量時，取較高速度；大起重量時，取較低速度平衡變幅的臂架系統(tǒng)須與起升繩的卷繞和布置方式同時考慮，根據(jù)不同的工作要求合理選擇臂架的型式及其桿件尺寸，當(dāng)臂架擺動時，使起升繩的伸縮補(bǔ)償?shù)蹉^的垂直位移，達(dá)到吊鉤作水平移動的茸的。根據(jù)補(bǔ)償原理，臂架的型式可分為單臂架系統(tǒng)和組合臂架系統(tǒng)兩種。在單臂架系統(tǒng)中，都采用繩索補(bǔ)償法補(bǔ)償?shù)蹉^的垂直位移，以使吊鉤作近似水平移動。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，又分滑輪組補(bǔ)償法、轉(zhuǎn)柱導(dǎo)向滑輪補(bǔ)償法、平衡滑輪補(bǔ)償法和平衡卷筒補(bǔ)償法等四種。其中，平衡滑輪補(bǔ)償法的結(jié)構(gòu)簡單、鋼絲繩磨損小，目前在大中起重量門座起重機(jī)上應(yīng)用較多。繩索補(bǔ)償法都具有一些共同的特點，如鋼絲繩長，纏繞的滑輪多，在交幅時鋼絲繩要在滑輪上滾移，因而加速了鋼絲繩的磨損。但由于鋼絲繩長，在起升物品時緩沖性能較好，這能減少結(jié)構(gòu)的振動；同時這類補(bǔ)償都使用單臂架，重量輕，設(shè)計也簡單。近年來，隨著鋼絲繩質(zhì)量的提高，滑輪組補(bǔ)償法和平衡滑輪補(bǔ)償法都應(yīng)用的較多。若不用伸縮補(bǔ)償法，便要用組合臂架系統(tǒng)。組合臂架由臂架、象鼻梁和拉桿等組成。起升繩從吊鉤引至卷筒時，可以平行或不平行于拉桿軸線或臂架軸線?？偟膩碚f，組合臂架系統(tǒng)的顯著優(yōu)點是不需要單臂架那樣的補(bǔ)償滑輪，因此起升繩長度短、卷繞滑輪少、鋼絲繩壽命長；其吊鉤位移曲線要比單臂架的吊鉤位移曲線平滑；吊鉤至象鼻梁端點的距離(即懸掛高度)短，且在變幅時基本不變，這有助于減少物品的擺動，改善變幅工作的性能。詳細(xì)的介紹可以看第二部分變幅機(jī)構(gòu)的方案選型 (五) 課題意義 通過對該課題的研究，可以對我在本科期間的所學(xué)知識進(jìn)行一個全面的鞏固，比如計算機(jī)繪圖、力學(xué)分析、各個機(jī)械方面軟件的應(yīng)用，專業(yè)語言面描述能力。加強(qiáng)我學(xué)以致用的能力。同時也是對我查閱資料能力、外語水平的再一次提高，也擴(kuò)大了我對本專業(yè)領(lǐng)域的了解。并提高我的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊精神和溝通能力，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題） 本次畢業(yè)設(shè)計是對機(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)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)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(jī)的總體設(shè)計、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計、變幅小車的設(shè)計和計算等內(nèi)容，為今后步入社會工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。重點解決包括總體參數(shù)的選擇，結(jié)構(gòu)形式的確定。然后按照總體設(shè)計的要求進(jìn)行各項參數(shù)的計算，包括主要技術(shù)參數(shù)性能，設(shè)計原則，平衡重的計算，塔機(jī)的風(fēng)力計算，整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計算。而關(guān)鍵問題解決在于變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算，這里包括選擇變幅機(jī)構(gòu)的形式，確定卷筒尺寸，接下來再選擇電動機(jī)的型號，以及減速器、制動器、聯(lián)軸器的選擇。在這個過程中我們一定要認(rèn)真選擇合適的型號，以免影響后面的設(shè)計。接著還要驗算實際變幅速度，驗算起、制動時間。以及電動機(jī)發(fā)熱驗算。卷筒強(qiáng)度的計算。到這里大部分的設(shè)計任務(wù)基本上已完成，我們要回過頭重新看一看，檢查一下哪里是否出現(xiàn)錯誤，及時改正。最后一項任務(wù)是變幅小車的設(shè)計，包括變幅小車的形式，變幅小車的強(qiáng)度計算。計算過程中要細(xì)心，仔細(xì)計算每一個結(jié)果，確保設(shè)計任務(wù)符合標(biāo)準(zhǔn)。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 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(jī)的風(fēng)力計算 ⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計算 （3） 變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算 ① 變幅機(jī)構(gòu)的形式 ② 確定卷筒尺寸 ③ 選擇電動機(jī)、減速器、制動器、聯(lián)軸器 ④ 驗算實際變幅速度 ⑤ 驗算起、制動時間 ⑥ 電動機(jī)發(fā)熱驗算 ⑦ 卷筒強(qiáng)度的計算 （4） 變幅小車的設(shè)計 ① 變幅小車的形式 ② 變幅小車的強(qiáng)度計算 研究方法：①類比法：參考國內(nèi)同類型塔式起重機(jī)設(shè)計； 研究思路：對變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算（力的分析、強(qiáng)度校核，壽命的預(yù)算）1、設(shè)計任務(wù)①總體參數(shù)的選擇②結(jié)構(gòu)形勢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整體傾翻穩(wěn)定性計算3、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算①變幅機(jī)構(gòu)的形式②確定卷筒尺寸③選擇電動機(jī)、減速器、制動器、聯(lián)軸器④驗算實際變幅速度⑤驗算起、制動時間⑥電動機(jī)發(fā)熱驗算⑦卷筒強(qiáng)度計算4、變幅小車設(shè)計①變幅小車的形式②變幅小車的強(qiáng)度計算 四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 3.21-3.27：熟悉整理資料 3.28-4.10：方案選擇與總體設(shè)計 4.11-4.17：繪制總圖 4.18-5.15：變幅機(jī)構(gòu)、變幅小車的設(shè)計 5.16-6.5： 繪制變幅機(jī)構(gòu)、變幅小車裝配圖 6.6-6.17： 繪制零件圖紙 6.18-6.22：準(zhǔn)備論文及答辯 五、主要參考文獻(xiàn) 【1】 董剛　李建功　潘風(fēng)章主編　《機(jī)械設(shè)計》（第3版）　北京：機(jī)械工業(yè)出版社　1998 【2】 張質(zhì)文，虞和謙等.起重機(jī)設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社.1997. 【3】 《機(jī)械設(shè)計手冊》（第1卷）（新版）機(jī)械設(shè)計手冊編委會編著　 北京：機(jī)械工業(yè)出版社　2004.8 【4】 《機(jī)械設(shè)計手冊》（第2卷）（新版）機(jī)械設(shè)計手冊編委會編著　 北京：機(jī)械工業(yè)出版社　2004.8 【5】 成大先主編《機(jī)械設(shè)計手冊》（第4版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社　2002 【6】 顧迪民主編《工程起重機(jī)》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社　1988 【7】 劉品主編《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》（第2版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社　2001 【8】 徐灝主編《機(jī)械設(shè)計手冊》（第2版）　北京：機(jī)械工業(yè)出版社　2000 【9】 曹雙寅主編《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》　南京：東南大學(xué)出版社　2002 【10】劉鴻文主編《材料力學(xué)》（第4版） 高等教育出版社 【11】《QTZ400塔式起重機(jī)使用說明書》 【12】張青 張瑞軍 編著《工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.7 【13】中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T　13752-92　《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》　北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社　1993 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。