戴长奇开题报告515.doc

毕业设计开题报告题 目：QTZ40塔机动态性能分析院 （部）： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机械075姓 名： 戴长奇学 号： 2007072305指导教师： 宋世军完成日期： 2011年5月2日山东建筑大学毕业论文开题报告班级：机本07机械设计方向 姓名：戴长奇论文题目QTZ40塔机动态性能分析一、选题背景和意义：随着生产技术的进步，机械动力结构向大型化、复杂化、高速化发展的趋势越来越明显，由此引起的机械结构的振动问题也变得日益突出。由于机械结构振动问题的分析非常复杂，所以以往有关的研究多局限在小型结构方面。20世纪60年代以来，伴随着以有限元为核心的计算理论和技术的发展以及电子计算机的问世，产生了计算结构动力学，使得对于大型复杂结构的动力分析成为可能。现代设计方法对于机械产品的设计要求：从简单的类比设计发展到计算机优化设计，从静态设计发展到动态设计，从常规设计发展到可靠性设计。特别表现在大型机械结构的设计上，从开始时采用静态设计，己发展到现在广泛采用的动态设计领域方面。1、塔式起重机发展：塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于1900年。1905年出现了塔身固定的装有臂架的起重机，1923年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。1930年当时德国已开始批量生产塔机，并用于建筑施工。1941年，有关塔机的德国工业标准DIN8770公布。该标准规定以吊载(t)和幅度(m)的乘积(tm)一起以重力矩表示塔机的起重能力。塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程，如今已达到发达国家九十年代水平并跻身于当代国际市场。五十年代初，我国塔机的仿制开始起步生产的是一些小型塔机，六十年代自行设计制造了25TM、40TM、60TM、160TM四种机型，多以摆臂为主；七十年代，随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求。于是，160TM附着式、45TM内爬式、120TM自升式等都由我国自己设计并制造；八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的250TM塔机也应运而生。特别是1984年，首先在北京建工集团建机厂引进世界先进的法国POTAIN（波坦）公司技术并于次年成功试制了FO/23B塔机，这可以说是我国塔机发展史的里程碑，它大大缩缺了我国与国外的差距，使我国塔机发展步入快行道。通过消化、吸收国外先进技术，我国自行研制的QTZ80、QTZ120两种机型已达到国外八十年代同类产品的水平；进入九十年代，现代化进程不断加快，国内外市场对塔机要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等不断增加，市场的要求加快了新产品开发的力度，先后有400TM、900TM水平臂和300TM动臂式塔机，主要性能达到了国外九十年代水平，这一系列的塔机的开发不但填补了国内空白，而且替代和减少了大型塔机的进口数量。综观50年发展史，我国塔机行业从无到有，从小到大，逐步形成了较为完整的体系，我国增幅最快的新兴行业之一，特别是改革开放以来，塔机行业在设计、制造、管理和市场开拓等方面已形成一套较为健全的机制，以目前我国300余家生产塔机厂家为计，取得生产许可证的达100余家。2、ADAMS发展及应用目前，A DAM S广泛应用在航空航天、汽车制造、造船、机器及其它多种工业机械，并取得了很好的社会经济效益。世界最先进的装机械制造商Pure- Pak的工程师们利用ADAMS成功的设计并试验饮料加注系统的单向阀;美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)成功地实现了火星探测器“探路号”在火星上的软着陆，JPL工程师利用ADAM S等虚拟样机技术仿真研究了宇亩飞船在不同阶段的工作过程。我国航天部上海航天局第805研究所利用ADAMS,完成了国家高技术项目“空间站两自由度大而积柔性太阳池阵”动力学仿真研究。 在我国，自从北京吉普汽车公司曾经利用ADAM DS成功开发了BJ2022二代车型。ADAM S软件更广泛的应用于复杂机构或复杂机械系统的研究，比如汽车的几乎所有总成、多级轮系、并联机床、电梯、起重机械、农业机械等复杂机械系统。这些研究采用的方法大多是在建立了系统模型的基础上利用A DAM S的仿真分析功能对系统的动力学进行分析。应用ADAM S对机械系统分析能够将复杂机械系统进行仿真，并对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，效果很好。3、Ansys发展及应用1965年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了40多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。 有限元法的理论和方法己经比较成热，出现了大量的应用软件。例如，国外的商品化大型通用有限元软件有ANSYS，MSC/NASTRAN,SAP,ADINA,ASKA,SAFE,COMOSWORKS,PRO/MECHANICA,PATRAN,COLDFLOW等;我国自习研制的有FEPS，DDJ-W，紫瑞CEA等。这些软件具有丰富的单元库、材料特性库，有较强的载荷、边界条件处理能力，应用这些成熟的软件，可以大大减轻用户创建工程模型、生成有限元模型以及分析和评价计算结果的工作量，提高下作效率。日前，三维实体设计己广泛应用在机械工程各部门，在工程起重机行业应用也比较普遍，但基木上是停留在CAD、CAE、CAM各分系统独立应用的状态上，与世.界工业先进国家相比有较大的差距，随着全球经济一体化进程的推进，必然带来对塔式起重机的设计制作周期、设计质量、产品成本的激烈竞争。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。也是迄今为止世界范围内唯一通过ISO90001质量管理体.系认证的分析设计软件。二、课题关键问题及难点：自二十世纪以来，机械产品的设计和生产进入到了一个崭新的阶段。现代设计方法手段的采用和以人为本设计理念的引入，使人们对机械产品的要求，不仅仅满足于它所具有的某种可用性，更多的是关注于其是否具有一定的舒适性、经济性和安全性等诸多方面。本课题关键就是采用塔机的静态分析与动态分析相结合，分别在ANSYA和ADAMS下模拟塔机的工作状态。分析对于在不同的在工作机构起制动加速度下，分析塔机结构最大振幅与最大瞬态应力发生部位，确定在满足钢结构安全的条件下司机室处最舒适的起制动加速度变化曲线。从而保证了司机工作室在不同工况下的舒适性。随着科学技术的进步和生产的发展,高速、高效和大功率成为机电产品的一个重要发展方向。这就导致大型机械系统结构日趋复杂,其中包含各类非线性环节。如果仍然采用线性模型或线性系统的分析、设计、监测与故障诊断方法,就会“忽略”与系统特性紧密相关的非线性特性,从而导致难以接受的错误,造成分析、设计和运行监测与故障诊断的失败。鉴于动态特性的问题的复杂性和多样性,不可能有普遍适用的一般解决方法。因此,对特定问题,仍需研究各自的解决方案和技术。从静态设计到动态设计转变是起重机设计未来发展的必然趋势，到目前为止，国内外成熟的动态设计规范还没有形成，动态设计过程还在个摸索过程中，要使动态设计理念成功应用到起重机械设计领域，成为一种成熟而实用的设计方法还有很长的路要走。对塔式起重机的动态分析没有统一的方法，对塔式起重机的动态分析要不断地摸索，从而得到解决方案。三、调研报告（或文献综述）：从上世纪70年代，机械结构的动态分析设计，应用领域有航空航、船舶、桥梁、汽车、机械、水利、建筑等更广泛的工程领域，解决的问题从结构优化、改进结构性能和提高安全寿命，同时兼顾考虑结构的制造合理、安全、舒适等诸多方面。长期以来，动态性能分析问题一直是起重机结构分析中一个普遍关心的课题。也有很多人做了大量的理论研究工作，但由于受种种限制，传统的起重机设计过程基本还是停留在静态设计层面上，真正涉及到起重机动态分析的不是很多。近年来随着机械向大型化、高速化、重载化方向发展，起重机的的动力学问题也越来越突出，运用传统的静态设计方法已远远不能满足实际的需求，迫切需求对起重机动态分析这一领域进行更深入的研究。起重机的动态性能分析理论和方法是目前该装备急需解决的关键技术问题，经调研目前针对起重机械的动态性能分析，国外只有日本、德国、芬兰等少数公司开展该方面的研究，并取得了一定的应用性成果，其关键技术核心仍然对外保密。我国相关设计制造公司尽管也做了一定的研究，但未形成系统的理论和方法。同时也相互保密，很少有相关成果公开发表。分析塔机动态特性研究现状:1.从研究对象来讲，大型的龙门起重机研究较多，而对建筑行业用的塔机研究较少。2.大多动态性能分析研究的只是塔式起重机的部分结构，对塔式起重机的整体动态分析研究较少。3.动态性能分析的方法很多，但都有一定的缺陷，缺少统一的整合。若多种方法结合使用，则能相互弥补不足。4.从研究过程来讲，多为单向研究，缺少从认识到实践的反复过程。四、方案：ADAMS是利用拉格朗日第一类方程建立系统最大量坐标动力学微分方程，求解算法稳定，对刚性问题十分有效。ADAMS的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷等，但对大型复杂结构的强度、刚度、屈曲、模态、热力学、超单元等弹性系统的解决有一定的局限性。目前解决弹性动力学的软件有MSC /NASTRAN和ANSYS有限元分析软件，这些软件能够较好地解决弹性动力学问题。通常ANSNY不适合进行机构的动力学分析、而ADAMS不适合进行有有限元分析 ，将二者结合，有利于取长补短。而ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件，分析对象主要足刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件的弹性，同样ADAMS的分析结果可为ANSYS分析提供相应的边界条件。而实际中绝对的刚体运动并不存在，绝对的弹性动力学问题在工程实践中也不多见，实际的工程问题严格地说都是多柔体动力学问题。因此在塔机的动态性能分析时用Ansys进行塔机钢结构建模，分析在不同工况下各部件的变形（刚度），各部件的固有频率。然后根据各部件的刚度和固有频率，建立Adams塔机整机模型，对于不同的工作机构起制动加速度，分析塔机结构最大振幅与最大瞬态应力发生部位，确定在满足钢结构安全的条件下司机室处最舒适的起制动加速度变化曲线。主要参考文献及资料：1.胡宗武.起重机的动态计算.起重运输机械，1987 11李欣.塔式起重机结构的有限元分析.建筑机械，1992.12.吴天行等.塔式起重机结构振动的力学模型和动载荷训算.建筑械,1987(9)3.胡宗武等.起重机动力学.机械工业出版社，19884.黄珊秋，孙家林.浅议塔机动态特性.哈尔滨科技人学学报，1997(2)5.国家标准.起重机设计规范(GB3811-83).中国标准工业出版社，19846.国家标准.塔式起重机设计规范(GB/T13752-92).中国标准工业出版社，19937.邓洪州等.小车变幅塔机动态分析.建筑机械，1989.