766 QTZ40塔式起重機(jī)—臂架優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套14張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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摘要
本次設(shè)計(jì)在參照同類塔式起重機(jī)基礎(chǔ)上，對QTZ40型塔式起重機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)及吊臂的設(shè)計(jì)。在吊臂設(shè)計(jì)工程中，采用了有限元法對其進(jìn)行分析計(jì)算，采用了ANSYS10.0軟件進(jìn)行分析。
按照整機(jī)主要性能參數(shù)，確定各機(jī)構(gòu)類型及鋼結(jié)構(gòu)型式，主要確定了吊臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并按照吊臂端部加載、跨中加載及根部加載三種工況分析。通過對吊臂作適當(dāng)?shù)暮喕?，?yīng)用ANSYS10.0軟件建立吊臂有限元模型，施加各工況載荷，進(jìn)行求解，進(jìn)而可得各工況下各節(jié)點(diǎn)受力情況及各單元所受軸向力、軸向應(yīng)力大小及各工況下吊臂的變形撓度大小，并能演示吊臂加載過程的動(dòng)畫，清晰的展現(xiàn)了各工況下吊臂的受力性能。
通過修改模型參數(shù)，對不同模型進(jìn)行分析比較。由比較不同模型在相同工況下的受力狀況及剛度狀況，綜合分析強(qiáng)度和剛度條件，可得出受力最為合理的一組模型參數(shù)，通過對此組參數(shù)下模型進(jìn)行強(qiáng)度及剛度校核，進(jìn)而獲得吊臂的最終參數(shù)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：QTZ40型塔式起重機(jī) 吊臂 有限元分析 ANSYS10.0
Abstract
Refers to the similar tower crane, this design is composed by the system design and the lazy arm design to the QTZ40 tower crane. In the lazy arm design progress, it has carried Finite Element method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameter, various organizations type and the steel structure pattern has been determined. The design parameter of operating modes which are composed of nose increase, the cross center increase and the root increase. Through the suitable simplification to the lazy arm, the lazy arm finite element model is establishment applied ANSYS10.0 software, and then exerted various operating modes load, carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various pitch points stress situation, various units receive the axial stress size, and the lazy arm distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the process of the lazy arm increase. It has clearly displayed the lazy arm stress performance under various operating modes.
Through the revision for model parameter, the analysis comparison is carried on the different model. Because the stress condition and rigidity condition of different model is compared under the same operating mode, and the generalized analysis intensity and the rigidity condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained, though the intensity and the rigidity examination regarding this model, then the final parameter result of the lazy arm can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Lazy arm Finite element analysis ANSYS10.0
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯
外文出處 Ocean Engineering
海洋工程29（2002）1463－1477
通過油水界面性能數(shù)值模擬的威爾斯渦輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)分析
A.布里托-梅洛，L.M.C.加托，A.J.N.A.薩爾門托
機(jī)械工程系，西班牙優(yōu)秀設(shè)計(jì)員，里斯本技術(shù)大學(xué)av.
Rovisco Pais，1049-001里斯本，葡萄牙
2001年5月22日收到，于2001年8月30日接受
文摘
本文通過研究數(shù)值模擬威爾斯渦輪機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)對整個(gè)設(shè)備的影響，通過渦輪機(jī)最大效率和流率范圍對渦輪機(jī)能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)有影響。渦輪機(jī)振蕩水柱（油水界面）的匹配問題是通過捕捉氣候波動(dòng)和亞速爾群島電源轉(zhuǎn)換器的油水界面被闡明的。這項(xiàng)研究是通過采用一個(gè)基于線性水波理論和在波槽中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臅r(shí)域數(shù)學(xué)模型被執(zhí)行的。結(jié)果是由考慮到威爾斯渦輪機(jī)幾個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬提供的，這個(gè)渦輪機(jī)可以有或者無導(dǎo)流葉片，且使用旁通壓力安全閥。2002愛思唯爾科學(xué)有限責(zé)任公司版權(quán)所有。
關(guān)鍵詞：波能量；振蕩水柱；設(shè)備；威爾斯渦輪機(jī)。
1.介紹
在振蕩水柱（油水界面）波能量轉(zhuǎn)換中，威爾斯渦輪機(jī)已經(jīng)是最常用來解決空氣-電能量轉(zhuǎn)換問題的辦法。這些本質(zhì)上是由一個(gè)開放在底部的入射波前的捕捉氣室、渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的。這個(gè)入射波移動(dòng)激發(fā)在氣室中夾有水質(zhì)量的內(nèi)部自由表面振動(dòng)，并且產(chǎn)生一種低壓往復(fù)流量驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。一些全面的渦輪機(jī)原型已經(jīng)在歐洲國家建造和安裝在發(fā)電廠并且并網(wǎng)發(fā)電，例如安裝在亞速爾群島的500千瓦導(dǎo)流葉片威爾斯單翼機(jī)渦輪機(jī)（法爾考，2000年）和安裝在英格蘭的2×250千瓦雙翼飛機(jī)反轉(zhuǎn)渦輪機(jī)。
設(shè)計(jì)者的最大挑戰(zhàn)是設(shè)備波能量轉(zhuǎn)換器的振蕩性質(zhì)和隨機(jī)分布的波能量資源。這些特性不存在或者幾乎沒有與其他資源技術(shù)的競爭?？諝鉁u輪機(jī)在油水界面轉(zhuǎn)換器中主要是與效率相關(guān)的受流條件（隨即往復(fù)流），比幾乎任何其他應(yīng)用程序中的渦輪機(jī)要求更高。與傳統(tǒng)渦輪機(jī)相比，威爾斯渦輪機(jī)達(dá)到僅有的一個(gè)適度的最高效率，可以在不需要整流閥的往復(fù)流系統(tǒng)運(yùn)行。渦輪機(jī)，一方面必須從空氣的流量中提取能量，在零和一個(gè)振蕩的最大值的每兩個(gè)方向，它反過來有極其大的變化。另一方面，轉(zhuǎn)速一定時(shí)，一般來說，威爾斯渦輪機(jī)特別的地方是它只在一個(gè)有限范圍的流動(dòng)條件圍繞最高效率點(diǎn)，可以高效率的操作。威爾斯渦輪機(jī)的能量輸出在小流量（流量在一個(gè)波周期中兩次經(jīng)過零）時(shí)被認(rèn)為是低的（或消極的），在大流量時(shí)快速下降，由于氣動(dòng)損失導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片失速。因此，渦輪機(jī)在非常充滿活力的海洋國家或每當(dāng)暴力波峰出現(xiàn)時(shí)將表現(xiàn)不佳。根據(jù)亞速爾群島的工廠，頂部安裝有旁路溢流閥的空氣室可能防止這個(gè)問題。閥門是以控制限制空氣室（根據(jù)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速）最大壓力和吸力來防止瞬時(shí)空氣流量通過渦輪超標(biāo)值土面的空氣動(dòng)力失速轉(zhuǎn)子在秋季葉片鎖所產(chǎn)生的功率輸出。數(shù)值模擬（布里托梅洛等人，1996年法爾考和胡思迪諾1999年）表明，減小渦輪尺寸和大幅度增加年度生產(chǎn)的電能有可能通過使用一個(gè)旁路釋放壓力閥來實(shí)現(xiàn)。此外，最近的研究（理論和模型測試）表明，威爾斯渦輪轉(zhuǎn)子葉片部分的特別設(shè)計(jì)可以明顯擴(kuò)大流率的范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)與其他的渦輪葉片設(shè)計(jì)相比較，這種渦輪可以高校的運(yùn)作并減少空氣動(dòng)力損失。且在一個(gè)窄范圍的流量通過通過渦輪時(shí)可以給一個(gè)更高的峰值效率。這就提出了一個(gè)問題：針對總年度的生產(chǎn)電能和考慮采用水動(dòng)力性能的油水界面設(shè)備它更適合空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)的渦輪，這樣的渦輪在高效運(yùn)作時(shí)允許一個(gè)更大范圍的流率通過。給一個(gè)更高的效率值和降低流量范圍使渦輪更高效運(yùn)作。此外，有趣的是這個(gè)問題可能在和大程度上依賴于壓力釋放閥。
現(xiàn)在工作的主要目的是探討威爾斯渦輪機(jī)對整個(gè)設(shè)備的影響。因?yàn)闇u輪可以有效運(yùn)行受渦輪的最高效率和流率范圍的影響使旁路溢流閥也被認(rèn)為是渦輪機(jī)的現(xiàn)實(shí)特征。因?yàn)榭諝馐覂?nèi)才生的壓力變化是依賴于渦輪機(jī)特性，壓力安全閥會(huì)影響渦輪機(jī)運(yùn)行，并且能量萃取的水動(dòng)力過程也被修改了。在薩爾門托和布里托梅洛（1996年）的描述中，通過使用時(shí)域數(shù)學(xué)模型，流體力學(xué)的波能量可以轉(zhuǎn)化為氣動(dòng)能源，而這種時(shí)域數(shù)學(xué)模型基于線性水波理論和在波槽中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀８鶕?jù)結(jié)果推測，從空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究比例模型和實(shí)證近似電機(jī)損失（布里托梅洛等人，1996年）預(yù)測起飛設(shè)備功率，空氣動(dòng)力能源轉(zhuǎn)換為電能是一個(gè)合適的計(jì)算模型。本文介紹了一些考慮威爾斯渦輪機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，是否有導(dǎo)流葉片和使用壓力釋放閥時(shí)數(shù)值模擬的結(jié)果。渦輪機(jī)油水界面的匹配問題是通過捕捉氣候波動(dòng)和亞速爾群島電源轉(zhuǎn)換器的油水界面被闡明的。
2.線性模型
2.1工廠操作
這個(gè)波線模型考慮一個(gè)油水界面配備一個(gè)威爾斯渦輪機(jī)，一個(gè)無限容量的旁通閥和一個(gè)變速渦輪發(fā)電機(jī)在一組代表海況條件下的操作問題。
眾所周知，威爾斯渦輪機(jī)是展示渦輪壓力降和流量之間的一個(gè)近似線性關(guān)系。然后我們可以把渦輪機(jī)特性寫作為在這個(gè)式子中，和是壓力和流量（渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片開始停止之前）的最大值，這（對于一個(gè)給定的渦輪機(jī)）取決于渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。使用一個(gè)旁路壓力釋放閥可防止渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片失速的發(fā)生?？刂崎y門是為了確保,然后確保.多余的流量通過閥門進(jìn)入大氣。
旋轉(zhuǎn)部門的慣性是假定足夠大了，以至于旋轉(zhuǎn)速度可能被認(rèn)為是在模擬給定的海況條件下大約恒定的時(shí)間間隔（約15分鐘）。為了電氣能源生產(chǎn)最大化，這可以優(yōu)化為每一個(gè)記錄的典型海況。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速是允許不同的同步速度發(fā)電機(jī)和其價(jià)值的兩倍?？偨Y(jié)產(chǎn)品的實(shí)測表面，卡爾輸出功率與發(fā)電頻率為整體年均電能輸出提供了所有的記錄數(shù)據(jù)。
2.2 水動(dòng)力模型
水動(dòng)力模型是薩爾門托和法爾考（1985年）在壓力模型的基礎(chǔ)之上提出的。根據(jù)油水界面性能的描述提出了2.1節(jié)，封閉氣室控制表面的質(zhì)量平衡是
（1）
在式子中，是氣室內(nèi)由自由表面移動(dòng)的體積流率，Vo表示安靜條件下空氣在氣室中的體積；Pa是大氣壓力，是比熱比。與2.1節(jié)中提到的一樣（即當(dāng)閥門不工作時(shí)）,如果。根據(jù)線性水波理論，氣室內(nèi)由自由表面移動(dòng)的體積流率可以分解為,是衍射流量，由于入射波作用假設(shè)內(nèi)部和外部在恒定大氣壓力下，是輻射流量，由于在平靜水面只有壓力震蕩P(t)。在線性波浪理論的假設(shè)條件下，我們可能會(huì)應(yīng)用卷積定理，以得到一個(gè)依據(jù)脈沖響應(yīng)的線性問題的解決方案（管道和哈維爾，1970），如下所示：
（2）
其中p（t）是空氣室內(nèi)部壓力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，t表示滯后的時(shí)間，方程（2）中的積分上限表示本瞬間的滯后時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)過程是因果關(guān)系（康明斯，1962年）。脈沖影響函數(shù)hr（t）可以以下方式獲得，即計(jì)算數(shù)值模型油水界面的水動(dòng)力系數(shù)，如wamit（lee等人，1996年）或aquadyn（布里托美羅等人，1999年），或電坦克測試。在這里，我們通過亞述爾群島油水界面波電T1:35的規(guī)模測試，使用一個(gè)估計(jì)的脈沖響應(yīng)函數(shù)獲得自由振蕩的瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)（見薩爾門托和布里托美羅，1996年）。
繞射流的時(shí)間序列，也成為被獲得的能量，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的相似模型收到亞速爾群島電網(wǎng)站的一組44海況代表。在這些實(shí)驗(yàn)中生產(chǎn)一個(gè)等價(jià)的空氣壓降模型渦輪設(shè)備。流量可以從函數(shù)的校準(zhǔn)曲線上獲得。衍射流量時(shí)間序列通過求解方程對每個(gè)44海況進(jìn)行估計(jì)（1）（）使用記錄的壓力從實(shí)驗(yàn)中提取能量，并且預(yù)先獲得在瞬間實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行試驗(yàn)性的估計(jì)。
2.3動(dòng)力輸出設(shè)備
動(dòng)力輸出設(shè)備是基于從結(jié)果推斷小規(guī)模渦輪機(jī)測試（加托等人，1996年，韋伯斯特和加托，1999年a，b）和渦輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)損失的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（布里托美羅等人，1996）。渦輪機(jī)軸段t的平均功率已經(jīng)給出了t
（3）
其中L是空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的渦輪扭矩和Lm扭矩，這是由于機(jī)械損失（尤其是軸承損失）。對于失速自由條件下，L接近于一個(gè)二階多項(xiàng)式。為了提供必要的性能數(shù)據(jù)來研究動(dòng)力輸出設(shè)備和氣動(dòng)式的匹配，考慮到轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性比率，利用一個(gè)簡單的線性渦輪流量分析方法修改小型渦輪測試的數(shù)據(jù)。當(dāng)雷諾數(shù)增加時(shí)忽略停轉(zhuǎn)的推遲，應(yīng)考慮修正轉(zhuǎn)矩曲線的渦輪機(jī)的規(guī)模效應(yīng)。這樣做是為了倍增（分）正（負(fù)）值L通過f=0.8/0.706。（它糾正了無后掠NACA0015轉(zhuǎn)子葉片的扭矩曲線，導(dǎo)葉匹配的峰值效率為。假定初步設(shè)計(jì)的渦輪葉片速度的最大值為160ms1，平均輸出電能是由渦輪機(jī)軸上的平均功率減去發(fā)電機(jī)損失得到。這個(gè)模型的發(fā)電機(jī)損失包括焦耳的損失，鐵損失，通風(fēng)損失和機(jī)械損失（布里托美羅等人，1996）。
目 錄
第1章 前言··········································································1
1.1 概述················································································1
1.2 發(fā)展趨勢·········································································1
第2章 總體設(shè)計(jì)····································································2
2.1 概述···········································································2
2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案····························································2
2.3 總體設(shè)計(jì)原則·································································29
2.4 平衡臂與平衡重的計(jì)算······················································30
2.5 起重特性曲線·································································32
2.6 塔機(jī)風(fēng)力計(jì)算·······························································33
2.7 整機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算·················································43
2.8 固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算·······················································49
第3章 吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算························································50
3.1 分析單吊點(diǎn)與雙吊點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)·············································50
3.2 吊臂吊點(diǎn)位置選擇··························································51
3.3 吊臂結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)··························································52
3.4 有限元模型建立過程的幾點(diǎn)簡化··········································53
3.5 吊臂結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算················································54
3.6 計(jì)算結(jié)果分析································································69
3.7吊臂強(qiáng)度校核································································76
3.8 吊臂穩(wěn)定性校核·····························································76
畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)······································································87
致謝··················································································88
參考文獻(xiàn)············································································89
Abstract
Refers to the similar tower crane, this design is composed by the system design and the lazy arm design to the QTZ40 tower crane. In the lazy arm design progress, it has carried Finite Element method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.
According to the entire machine main performance parameter, various organizations type and the steel structure pattern has been determined. The design parameter of operating modes which are composed of nose increase, the cross center increase and the root increase. Through the suitable simplification to the lazy arm, the lazy arm finite element model is establishment applied ANSYS10.0 software, and then exerted various operating modes load, carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various pitch points stress situation, various units receive the axial stress size, and the lazy arm distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the process of the lazy arm increase. It has clearly displayed the lazy arm stress performance under various operating modes.
Through the revision for model parameter, the analysis comparison is carried on the different model. Because the stress condition and rigidity condition of different model is compared under the same operating mode, and the generalized analysis intensity and the rigidity condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained, though the intensity and the rigidity examination regarding this model, then the final parameter result of the lazy arm can be obtained.
Key words: QTZ40 tower crane Lazy arm Finite element analysis ANSYS10.0
任務(wù)書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)——臂架優(yōu)化設(shè)計(jì)
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目的：
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)新精神之最佳手段。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)、吊臂的設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性計(jì)算等內(nèi)容，為今后步入社會(huì)、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（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） 吊臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點(diǎn)）
② 吊臂的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算
（4） 設(shè)計(jì)要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與電氣工程圖紙，獨(dú)立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐，深化理論認(rèn)識、擴(kuò)展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計(jì)思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計(jì)成果要求：
凡給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括說明書、計(jì)算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
1） 對設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械構(gòu)造、工作原理、整機(jī)布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計(jì)過程、計(jì)算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運(yùn)輸、安裝、使用等也有一定了解。
2） 說明書、計(jì)算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正確，數(shù)學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確，各項(xiàng)說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機(jī)械機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
3） 對國內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對各種塔式起重機(jī)有一定的分析、比較能力。
其他各項(xiàng)應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果要求（包括圖表、實(shí)物等硬件要求）：
① 計(jì)算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)任務(wù)要求的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容、畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟(jì)性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進(jìn)行統(tǒng)一編號）、批準(zhǔn)，字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖。
② 圖紙一套
不少于四張零號圖紙量。
4、主要參考文獻(xiàn)：
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5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
熟悉整理資料
方案選擇及總體設(shè)計(jì)
繪制總圖
臂架設(shè)計(jì)
繪制臂架裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
繪制零件圖紙
準(zhǔn)備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
課題類別
（一）塔式起重機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
塔式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的重要施工機(jī)械之一。在高層建筑施工中，它的幅度利用度比其他類型起重機(jī)高。塔機(jī)由于能靠近建筑物，其幅度利用率可達(dá)整體幅度的80％。塔式起重機(jī)的變幅及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)重物在垂直方向和水平方向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所以可以擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高生產(chǎn)率。應(yīng)用塔機(jī)對于加快施工速度、縮短工期、降低工程造價(jià)能夠起到重要作用。塔式起重機(jī)已經(jīng)成為建筑工程業(yè)必要的技術(shù)裝備，成為衡量建筑工程業(yè)生產(chǎn)力水平高下的重要標(biāo)志之一，成為加快工程建設(shè)、確保工程整體質(zhì)量、降低工程造價(jià)、提高社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。
塔機(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(tái)，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(tái)，其中半數(shù)機(jī)齡不足5年。
我國的塔機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)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(jī)業(yè)的不景氣, 我國的塔機(jī)業(yè)正處于一個(gè)迅速的發(fā)展時(shí)期。到20世紀(jì)90年代以后，塔式起重機(jī)行業(yè)隨著行業(yè)建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了新興時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且也有部分產(chǎn)品出口到了國外。全國塔式起重機(jī)的擁有總量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺(tái)到2000年的60000臺(tái)左右。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍、塔式起重機(jī)總量等各個(gè)角度來衡量，我國都可以稱為塔式起重機(jī)大國。
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(yùn)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(diǎn)，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(fèi)用，并能更好的為客戶服務(wù)。
當(dāng)前塔機(jī)的發(fā)展具有如下一些特點(diǎn)和趨勢：
1、吊臂長度加長
在六十年代初，吊臂長度超過40m的較少，七十年代吊臂長度已能做到70m，快速拆裝下回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)的吊臂長度可達(dá)35m。自升式塔式起重機(jī)吊臂是可以接長的，標(biāo)準(zhǔn)臂長一般為30—45m，可以接長到50—60m。重型塔式起重機(jī)吊臂則更長。吊臂加長可帶來更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。隨著塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)水平的提高，能解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題(如安裝和運(yùn)輸問題)。低合金高強(qiáng)度鋼材及鋁合金的廣泛采用亦為加長吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調(diào)速
由于調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，滑輪組倍率可變，雙速、三速電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的應(yīng)
用，使塔式起重機(jī)工作速度在逐漸提高。起升機(jī)構(gòu)普遍做到至少具有3種工作速度，重物起升速度超過100m／min者也很多。構(gòu)件安裝就位速度可在0---10m／min范圍內(nèi)進(jìn)行選擇?；剞D(zhuǎn)速度一般可在0---1r／min之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。小車牽引和塔式起重機(jī)行走大多也有2-3種工作速度，小車牽引速度最快可達(dá)60m／min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機(jī)向大型、大高度方向發(fā)展，操縱人員的能見度愈來愈差。因此需要
在吊臂端部(動(dòng)臂變幅)或小車上(小車變幅)安裝電視攝象機(jī)，在操作室利用電視進(jìn)行操作。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統(tǒng)，不但可由地面的操作人員控制吊裝；還可根據(jù)事先編排的程序自動(dòng)進(jìn)行吊裝。
4、更多地采用組裝式結(jié)構(gòu)
為了便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，簡化設(shè)計(jì)制造、使用與管理，提高塔式起重機(jī)使用的經(jīng)
濟(jì)效益，國外塔式起重機(jī)專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化，部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身，臂
架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成變截面塔身和臂架，不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能，減輕塔式起重
機(jī)自重，而且可明顯減少使用單位塔架，臂架的儲(chǔ)備量，為降低成本，簡化管理創(chuàng)造了
條件。
（二）ANSYS介紹
有限單元法是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域--飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元思想的核心就是把實(shí)際結(jié)構(gòu)離散化，假想地使實(shí)際的結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目個(gè)類似結(jié)構(gòu)的個(gè)體，然后通過分析這些有限個(gè)體的性能來求出滿足實(shí)際工程要求的計(jì)算結(jié)果，從而代替對于具體復(fù)雜實(shí)際結(jié)構(gòu)的求解。經(jīng)過離散化，應(yīng)用有限元思想，可以解決很多實(shí)際復(fù)雜的工程問題，并在理論研究和工程應(yīng)用兩方面都具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。
ANSYS作為一個(gè)大型通用軟件，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場、熱、耦合場、電磁場上面，利用ANSYS軟件，能夠?qū)?shí)際模型置于各種各樣不同的復(fù)雜實(shí)際工況之中，準(zhǔn)確并合理的分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少實(shí)際試驗(yàn)的物質(zhì)和人力投入，提高工作效率，縮短研發(fā)周期從而能夠?yàn)樘岣呃麧欁龀鲐暙I(xiàn)。使用ANSYS軟件分析，包含以下幾個(gè)過程：建立模型、劃分網(wǎng)格、加載和求解、結(jié)果后處理。若在實(shí)際應(yīng)用過程中想對其中的某一個(gè)步驟進(jìn)行改動(dòng)和變化，則依然需要重新完成其中的每一個(gè)步驟，無形中浪費(fèi)了太多的工作時(shí)間。針對現(xiàn)實(shí)情況，ANSYS提供了APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語言來處理類似問題，通過APDL語言及UIDL語言或類似VB、VC編程語言開發(fā)應(yīng)用界面，即可完成在ANSYS中的二次開發(fā)。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
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)新精神之最佳手段。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)、吊臂的設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性計(jì)算等內(nèi)容，為今后步入社會(huì)、走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
塔機(jī)臂架作為塔機(jī)的工作裝置,在塔機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)內(nèi)容中處于核心地位, 采用有限元分析的方法進(jìn)行塔機(jī)臂架的設(shè)計(jì)計(jì)算將會(huì)極大地提高設(shè)計(jì)效率、保證其設(shè)計(jì)質(zhì)量。我們只需借助通用有限元軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析,就能真實(shí)地反映機(jī)械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進(jìn)行各種類型的力學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
1、主要內(nèi)容
（1） 設(shè)計(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） 吊臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點(diǎn)）
② 吊臂的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算
（4） 設(shè)計(jì)要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與電氣工程圖紙，獨(dú)立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐，深化理論認(rèn)識、擴(kuò)展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計(jì)思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計(jì)成果要求：
凡給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括說明書、計(jì)算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
1） 對設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械構(gòu)造、工作原理、整機(jī)布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計(jì)過程、計(jì)算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運(yùn)輸、安裝、使用等也有一定了解。
2） 說明書、計(jì)算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正確，數(shù)學(xué)計(jì)算準(zhǔn)確，各項(xiàng)說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機(jī)械機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
3） 對國內(nèi)外塔式起重機(jī)情況有一般的了解，對各種塔式起重機(jī)有一定的分析、比較能力。
2、 研究方法
（1）資料的準(zhǔn)備
通過上網(wǎng)和畢業(yè)實(shí)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(jì)和起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路為自己的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，在設(shè)計(jì)中確定個(gè)關(guān)節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個(gè)部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出各主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)尺寸和形狀。
3、 研究思路
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,目前國內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析(Finite ElementAnalysis, FEA)計(jì)算,在工程設(shè)計(jì)和分析中受到越來越廣泛的重視,其計(jì)算結(jié)果不僅詳盡,更具可靠性。采用有限元分析的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算將會(huì)極大提高設(shè)計(jì)效率、保證其設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)者只需借助通用有限元軟件建立模型并進(jìn)行仿真分析,就能真實(shí)地反映機(jī)械產(chǎn)品的尺寸外形特征和工作過程,并進(jìn)行各種類型的力學(xué)分析,盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,從而有效地縮短研發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能更加合理。本文應(yīng)用有限元軟件對塔機(jī)總體及臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速校核分析。
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 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 臂架設(shè)計(jì)
2013.5.16-2013.6.5 繪制塔身裝配及結(jié)構(gòu)圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
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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
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