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畢業(yè)設(shè)計開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)總體及起升系統(tǒng)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: 機(jī)械094
學(xué)生姓名: 劉志勇
學(xué) 號: 2009307428
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
一、 論文資料的準(zhǔn)備
1、 現(xiàn)狀
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)。
塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)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(jī)。按能否移動又分為:走行式和固定式。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn),安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上,或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動系統(tǒng),主要包括:機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)供電系統(tǒng)故障及起升機(jī)構(gòu)故障情況下安全制動器閉合;其特點(diǎn)是在起升機(jī)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(jī)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(jī)械傳動鏈造成的沖擊載荷,避免了零部件損壞,確保了設(shè)備和工作人員安全。
塔式起重機(jī)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(shí)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(dāng)?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(dú)承擔(dān),無需他人指揮,節(jié)省了人力資源;操作人員獨(dú)立判斷,操作的準(zhǔn)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(diǎn)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(kuò)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(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加,促使大型或高速起重機(jī)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(jī)已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要容易操作,容易維護(hù),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(jì)性。工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性,使專用起重機(jī)的市場不斷擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)化
用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計方法,將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)。對起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn),只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機(jī),只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合??墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn),實(shí)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(dá)到改善整機(jī)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(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場合使用,工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣,考慮綜合效益,要求起重機(jī)盡量降低外形高度,簡化結(jié)構(gòu),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(gòu)輕型化,降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)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(jī)。
④產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化
起重機(jī)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(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合,將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動和控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動化和智能化。大型高效起重機(jī)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(shè)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(yīng)防碰撞技術(shù)、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(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)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(jī)綜合自動化水平。重點(diǎn)開發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動裝置,使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性,可進(jìn)行操作的自動控制、自動顯示與記錄,起重機(jī)運(yùn)行的自動保護(hù)與自動檢測,特殊場合的遠(yuǎn)距離遙控等,以適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要。
二、本課題的目的(重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題)
起重機(jī)是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機(jī)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(wù)。
塔式起重機(jī):動臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。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。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)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。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號及照明裝置等。
隨著科學(xué)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)代工程技術(shù)正向著實(shí)用、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)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(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計也提出了新的要求,實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)在安全可靠的基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)性受到了人們越來越多的重視。同時,在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計過程中,設(shè)計人員更多的依靠經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)定性分析和手工勞動,導(dǎo)致了設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計周期長,設(shè)計質(zhì)量差,設(shè)計費(fèi)用高,產(chǎn)品缺乏競爭力。因此,研究塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法,對于提高塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)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(jī)在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況、主要形式及其作用,提出了對塔式起重機(jī),特別是對塔式起重機(jī)的咽喉設(shè)備——起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,使其使用更加方便,成本更加低廉,具有重要現(xiàn)實(shí)意義的思想。本論文在理論和實(shí)踐中的主要成果與特色如下: (1)應(yīng)用設(shè)計方法學(xué)對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的總體方案進(jìn)行了優(yōu)化決策,采用基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計方法對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,提出使用基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計方法對起升卷筒進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。 (2)論述了設(shè)計方法學(xué),包括功能分析法和層次分析法的基本原理和設(shè)計思想。其中,運(yùn)用功能分析法對門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性的分析,而運(yùn)用層次分析法對塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的方法。
重點(diǎn):塔式起重機(jī)總體及其起升系統(tǒng)的設(shè)計,以及各個部件的設(shè)計。
需要解決的問題:
1、在塔式起重機(jī)總體設(shè)計中,要考慮到起重機(jī)每個部件的的合理及其安全性能。
1)吊鉤是橋式起重機(jī)用得最多的取物裝置,它承擔(dān)著吊運(yùn)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(jiān)決不要對吊鉤進(jìn)行焊補(bǔ)。
2)減速器是橋式起重機(jī)的重要傳動部件,通過齒輪嚙合對扭矩進(jìn)行傳遞,把電動機(jī)的高速運(yùn)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(diǎn)蝕、齒面膠和、齒面磨損等機(jī)械故障。
3)制動器是橋式起重機(jī)重要的安全部件,具備阻止懸吊物件下落、實(shí)現(xiàn)停車等功能,只有完好的制動器對起重機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和安全生產(chǎn)才能有保證,在起重機(jī)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(jī)械故障。根據(jù)以上常見問題,來考慮各個部件的基本設(shè)計和技術(shù)要求。
4)在安全方面采用多種措施,能保證當(dāng)同一軸線上的電動機(jī)發(fā)生故障時,另一軸線上 的兩個電動機(jī)仍可以繼續(xù)工作;機(jī)構(gòu)中在高速軸上裝置有塊式制動器,在卷筒上再設(shè)置夾鉗盤式緊急制動器;在卷筒及電機(jī)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(yīng)得緊急措施;采用手動操作對非常事故進(jìn)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(shè)計任務(wù):
① 總體總體參數(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) 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算
① 起升機(jī)構(gòu)的形式
② 確定起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率
③ 確定卷筒尺寸
④ 選擇電動機(jī)、減速器、制動器、聯(lián)軸器
⑤ 驗(yàn)算實(shí)際起升速度
⑥ 驗(yàn)算起、制動時間
⑦ 電動機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
⑧ 卷筒強(qiáng)度的計算
(4) 吊鉤組的設(shè)計
① 吊鉤組的形式
② 吊鉤組橫梁的強(qiáng)度計算
2、研究方法及思路
(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)計和起升系統(tǒng)的設(shè)計的已研發(fā)的產(chǎn)品,借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計思路為自己的設(shè)計做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息,為以后設(shè)計做好準(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,在設(shè)計中確定個關(guān)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(shè)計尺寸和形狀。
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 熟悉設(shè)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(shè)計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 起升機(jī)構(gòu)、吊鉤組的設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機(jī)構(gòu)、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(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機(jī).北京:中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機(jī)械設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 機(jī)械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社(5冊)
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機(jī)安全規(guī)程
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