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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)總體及平衡臂設(shè)計
系： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其制動化
班級： 機(jī)092
姓名： 申亞軍
學(xué)號： 2009307224
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計（論文）地點(diǎn): 綜405
指導(dǎo)教師： 李常勝
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 5 日
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)論文
1、 論文資料的準(zhǔn)備
（一）塔式起重機(jī)的概況及發(fā)展趨勢
塔式起重機(jī)（下文簡稱塔機(jī)），是工程機(jī)械設(shè)備的一種，主要用于物料的垂直和水平輸送，廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)、市政工程、工業(yè)建設(shè)等諸多領(lǐng)域。
20世紀(jì)50年代初，我國塔機(jī)由仿制開始起步。經(jīng)過改革開放和1998年房改，我國塔機(jī)行業(yè)得到快速發(fā)展。我國已成為世界塔機(jī)的生產(chǎn)大國，也是世界塔機(jī)主要需求市場之一。
?近年來，隨著塔式起重機(jī)技術(shù)的發(fā)展，塔式起重機(jī)型號規(guī)格不斷完善，性能、質(zhì)量不斷提高，塔式起重機(jī)除滿足其安全、可靠、高效的基本性能外，越來越趨向于智能和綠色。下面著重介紹最新的幾點(diǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢。
（1）設(shè)計方法精確化。
??計算機(jī)技術(shù)的深化發(fā)展，改變了塔式起重機(jī)的設(shè)計理念。有限元技術(shù)、疲勞分析、動力學(xué)仿真分析的廣泛應(yīng)用，使塔式起重機(jī)的設(shè)計計算、受力分析更精確，塔式起重機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理；一些實(shí)力強(qiáng)大塔式起重機(jī)制造商，都有自己超強(qiáng)的設(shè)計能力，他們利用優(yōu)勢，開發(fā)塔式起重機(jī)參數(shù)化設(shè)計專用軟件，使塔式起重機(jī)設(shè)計進(jìn)一步的向最優(yōu)化方向推進(jìn)，有效地提高塔式起重機(jī)產(chǎn)品的安全性、可靠性、節(jié)能效果，同時大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提升競爭能力。
（2）零部件模塊化。
??模塊化的設(shè)計可能增加少量的制造成本，但其不僅可以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以降低管理成本，也相應(yīng)地降低了用戶的購置成本。如A機(jī)型和B機(jī)型有許多的結(jié)構(gòu)件（如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和起重臂節(jié)、平衡臂節(jié)）是通用的，那么用戶就可以少購買通用的結(jié)構(gòu)件，交錯使用這些可能閑置的通用件，從而減少購置成本。因此，模塊化設(shè)計是塔式起重機(jī)發(fā)展的必然趨勢，國際上許多的塔式起重機(jī)制造商如Liebherr、Potain、Terex、Wolffkran等都是模塊化設(shè)計的典范。
（3）控制智能化。
??隨著數(shù)字化、集成化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展，高可靠、低能耗、微型化、集成化、數(shù)字化的各種液壓、機(jī)電及電氣元件在塔式起重機(jī)上得到普遍應(yīng)用，使傳動和控制系統(tǒng)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。在控制手段上，無級調(diào)速、安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)、故障自動診斷系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了塔式起重機(jī)操作過程的自動控制、自動顯示與記錄、遠(yuǎn)距離遙控等，保證了塔式起重機(jī)的安全使用和實(shí)時監(jiān)控，減少了控制的故障點(diǎn)，提高了塔式起重機(jī)的可靠性，大幅提升了塔式起重機(jī)行業(yè)的管理水平。
（4）制造綠色化。
??國外塔式起重機(jī)在設(shè)計時就充分考慮零部件的通用性、模塊化，因此零部件集約化程度高，適合批量化生產(chǎn)。批量化零部件從原材料前處理、下料、焊接、機(jī)加、裝配、到涂裝都采用生產(chǎn)流水線，這樣既提高了材料的利用率、零部件通用性、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀，又便于管理、減少污染、節(jié)約成本。Liebherr、 Zoomlion、 Potain等公司都有成熟的生產(chǎn)流水線。如，Zoomlion現(xiàn)已擁有了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)生產(chǎn)線、涂裝流水線，其他流水線在陸續(xù)建設(shè)中。
（5）在產(chǎn)品開發(fā)中落實(shí)實(shí)驗驗證。
??實(shí)驗是新產(chǎn)品驗證最直接的方法，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性最主要的檢驗手段。產(chǎn)品的可靠性和安全性主要是由零部件決定的，是零部件安全性和可靠性的綜合體現(xiàn)。零部件的可靠性和安全性高，產(chǎn)品的可靠性和安全性自然就高。因此，大型塔式起重機(jī)制造廠商，投入大量的財力物力，建設(shè)自己的實(shí)驗場，如Potain的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)實(shí)驗場在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)基本建成，共占地17萬m2，擁有各種實(shí)驗臺架百余種，產(chǎn)品需經(jīng)過真實(shí)而嚴(yán)酷的工況驗證合格才能出廠。Zoomlion目前正在建設(shè)自己的塔式起重機(jī)專用實(shí)驗基地。
一個國家要成為工業(yè)化、現(xiàn)代化國家，必須要實(shí)現(xiàn)一定的城市化水平,而城市化進(jìn)程是產(chǎn)業(yè)、人口、市場的集聚過程，城市化、工業(yè)化進(jìn)程在集聚產(chǎn)業(yè)過程中，成為農(nóng)村富余勞動力轉(zhuǎn)移的載體，提供了改善區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展空間。城市化與工業(yè)化互動并進(jìn)，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特征。中國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)耕大國，改革開放30年來，中國的工業(yè)化發(fā)展取得了很大的成就，而中國要成為一個現(xiàn)代化強(qiáng)國，就必走城市化、工業(yè)化并進(jìn)發(fā)展的道路。因此，城市化進(jìn)程是未來國家重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時也是2020年全面建成小康社會最直接、最重要的載體。而城市化進(jìn)程會伴隨大規(guī)模的基本建設(shè)。
今后工程項目的體量和規(guī)模越來越大。勞動力短缺越來越嚴(yán)重，勞動力成本越來越高。建筑施工屬勞動密集型行業(yè)，而隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展，以及社會轉(zhuǎn)型，加速了人口紅利的消耗及“劉易斯拐點(diǎn)”的到來。按有關(guān)專家的分析預(yù)測，中國的人口紅利窗口將會在2015年關(guān)閉。因此，今后建筑施工的勞動力成本會不斷推高。因此，今后工程施工對塔機(jī)等技術(shù)裝備的依賴性會越來越大。
（二）??平衡臂相關(guān)介紹?
（1）平衡臂的作用：?
上回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)均需配設(shè)平衡重，用以支撐平衡重，構(gòu)成作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩。?在平衡臂上放置配重，使其產(chǎn)生后傾力矩以便在工作狀態(tài)減少由吊重引起的前傾力矩，在非工作狀態(tài)以減少強(qiáng)風(fēng)引起的前傾力矩，并保證其抗傾翻穩(wěn)定性。平衡臂上可放置起升或變幅機(jī)構(gòu)，還可以安裝風(fēng)帆標(biāo)志，調(diào)節(jié)逆風(fēng)面積，保證非工作狀態(tài)下尾吹風(fēng)以減少傾翻力矩。在采用可擺動塔頂撐桿時，平衡臂還要對塔頂支撐桿起支持作用，在采用固定塔頂時，平衡臂則是靠塔頂來支持的。
（2）平衡臂的分類：?
平衡臂有以下幾種常見的結(jié)構(gòu)形式：平面框架式、三角形截面桁架式和矩形截面桁架式。平面框架式平衡臂由由兩根槽鋼或兩根槽鋼拼焊的箱型截面梁組成。桁架式平衡臂適用要求有較長平衡臂的重型、超重型自升塔機(jī)。本公司平衡臂的結(jié)構(gòu)形式為;平面框架式平衡臂。
?（3）平衡臂及平衡重?：
平衡臂長度與起重臂長度之間有一定的比例關(guān)系一般可取其比值為0.2~0.35。?平衡重的用量與平衡臂的長度成反比例關(guān)系，一般用鑄鐵或鋼筋混凝土制造。鑄鐵平衡重結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造難度大，但是體形尺寸小，迎風(fēng)面積小。鋼筋混凝土體積較大，迎風(fēng)面極大，對塔身結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性有一定不利影響。?
（4）平衡臂的結(jié)構(gòu)：?
平衡臂的結(jié)構(gòu)一般包括金屬結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和起升機(jī)構(gòu)?
（5）平衡臂的行走平臺?：
平衡臂的行走平臺主要供塔式起重機(jī)操作人員行走及維修人員進(jìn)行維修用，行走平臺是單獨(dú)成型焊接的焊好后按要求靠銷軸連接到平衡臂的坯料上的。將平衡臂的后坯兩側(cè)各焊上四根支撐方鋼作為行走平臺的支撐，將焊好的行走平臺放到支撐上焊接到平衡臂的坯料上。
（6）平衡臂的護(hù)欄?：
平衡臂的護(hù)欄焊接到平衡臂的兩側(cè)，護(hù)欄全為圓管焊接而成，與平衡臂的連接靠的是管套，鉆孔后的管套焊接到平衡臂上，再把鉆孔后的欄桿插入管套用銷簽固定。
（7）平衡臂的吊耳?：
平衡臂的吊耳共三對，前坯和后坯各一對，通過拉桿將平衡臂與塔帽連接。后半坯子上另有一對吊耳，用于拆卸和安裝。
（8）平衡臂的加強(qiáng)板：?
平衡臂的很多位置都需要加強(qiáng)板來增加某些位置的強(qiáng)度，平衡臂前后坯子的連接處需要焊接加強(qiáng)板來增加連接強(qiáng)度。安裝吊耳處需要加強(qiáng)板來增加強(qiáng)度，安裝拆卸用的吊耳下部需加強(qiáng)板增加強(qiáng)度。
2、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)計要求每個學(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，使學(xué)生掌握塔式起重機(jī)的總體設(shè)計、吊臂的設(shè)計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
擬解決的關(guān)鍵問題：
① 塔式起重機(jī)總體設(shè)計
② 平衡臂設(shè)計
3、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） 平衡臂的設(shè)計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設(shè)計
研究方法、研究思路：
在畢業(yè)設(shè)計時,當(dāng)我們收到設(shè)計任務(wù)書時首先對研究對象進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查, 收集國內(nèi)外有關(guān)資料并通過對資料的調(diào)研、加工與整理了解國內(nèi)外的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研情況，并進(jìn)行分析比較，制定設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計的機(jī)型符合有關(guān)的方針政策。
畢業(yè)設(shè)計工作中，通過掌握正確的設(shè)計思想，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能在認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)下分析并解決設(shè)計中遇到的問題。
4、總體安排和工作進(jìn)度計劃：
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
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 平衡臂設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制平衡臂圖
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
5、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
[7]機(jī)械設(shè)計師手冊.吳宗澤主編， 機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[8]機(jī)械設(shè)計手冊編委會主編. 機(jī)械設(shè)計手冊(2冊). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8
[9]陸玉、荷在洲、佟延偉編. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
[10]范俊祥主編《塔式起重機(jī)》 中國建材工業(yè)出版社
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