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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)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(jì)
系 別: 機(jī)械工程系
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級: 機(jī)092
學(xué)生姓名: 孫立明
學(xué) 號: 2009307221
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(jì)
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(xiàng)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(shí)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(gè)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(yàn),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(gè)從測繪仿制到自行設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)時(shí)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(shí)期,中國開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)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(jì)的塔式起重機(jī)。隨后,中國又自行設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(gè)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(shí)期的最高年產(chǎn)量達(dá)1400臺。與次同時(shí),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(jì)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(gè)新的興盛時(shí)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(gè)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(jì)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(dú)立架設(shè)時(shí)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(jì)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(jì)平臺”為工具設(shè)計(jì)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(dú)立使用時(shí),起升高度27.8m,附著起升高度為120m(2倍率)。該機(jī)各項(xiàng)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(shí)用,設(shè)有先進(jìn)的安全裝置,維修方便,使用安全,價(jià)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(dú)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(dú)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(dú)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(shí),臂架的重心和物品的重心都要升高或降低,在減少幅度時(shí),需要耗費(fèi)很大的驅(qū)動功率;而在增大幅度時(shí),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(shí),變幅速度為10~35米/分:用于裝卸作業(yè)時(shí),變幅速度為40~90米/分或更高;小起重量時(shí),取較高速度;大起重量時(shí),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(shí)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(shí),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(diǎn),如鋼絲繩長,纏繞的滑輪多,在交幅時(shí)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(shí)緩沖性能較好,這能減少結(jié)構(gòu)的振動;同時(shí)這類補(bǔ)償都使用單臂架,重量輕,設(shè)計(jì)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(shí),可以平行或不平行于拉桿軸線或臂架軸線。總的來說,組合臂架系統(tǒng)的顯著優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)的距離(即懸掛高度)短,且在變幅時(shí)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(gè)全面的鞏固,比如計(jì)算機(jī)繪圖、力學(xué)分析、各個(gè)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(shí)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(duì)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(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求每個(gè)學(xué)生在工作過程中,要獨(dú)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(jì),使學(xué)生掌握塔式起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、變幅小車的設(shè)計(jì)和計(jì)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(diǎn)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(jì)的要求進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算,包括主要技術(shù)參數(shù)性能,設(shè)計(jì)原則,平衡重的計(jì)算,塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算,整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算。而關(guān)鍵問題解決在于變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)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(gè)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(jì)。接著還要驗(yàn)算實(shí)際變幅速度,驗(yàn)算起、制動時(shí)間。以及電動機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算。卷筒強(qiáng)度的計(jì)算。到這里大部分的設(shè)計(jì)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(cuò)誤,及時(shí)改正。最后一項(xiàng)任務(wù)是變幅小車的設(shè)計(jì),包括變幅小車的形式,變幅小車的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算過程中要細(xì)心,仔細(xì)計(jì)算每一個(gè)結(jié)果,確保設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)計(jì)原則
③ 平衡重的計(jì)算
④ 塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算
⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算
(3) 變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)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(yàn)算實(shí)際變幅速度
⑤ 驗(yàn)算起、制動時(shí)間
⑥ 電動機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
⑦ 卷筒強(qiáng)度的計(jì)算
(4) 變幅小車的設(shè)計(jì)
① 變幅小車的形式
② 變幅小車的強(qiáng)度計(jì)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(jì);
研究思路:對變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算(力的分析、強(qiáng)度校核,壽命的預(yù)算)1、設(shè)計(jì)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(jì)①主要技術(shù)參數(shù)性能②設(shè)計(jì)原則③平衡重的計(jì)算④塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算⑤整體傾翻穩(wěn)定性計(jì)算3、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)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(yàn)算實(shí)際變幅速度⑤驗(yàn)算起、制動時(shí)間⑥電動機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算⑦卷筒強(qiáng)度計(jì)算4、變幅小車設(shè)計(jì)①變幅小車的形式②變幅小車的強(qiáng)度計(jì)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(jì)
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(jì)
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(jì)》(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(jì)手冊.北京:中國鐵道出版社.1997.
【3】 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》(第1卷)(新版)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)手冊》(第2卷)(新版)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會編著
北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2004.8
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【8】 徐灝主編《機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)》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(jì)規(guī)范》 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1993
指導(dǎo)教師意見:
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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(shí)踐、自選、其他
課題類別:工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。