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767 QTZ40塔式起重机总体及臂架优化设计（有cad图） QTZ40 塔式起重机 总体 优化 设计 cad

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河北建筑工程学院毕业设计（论文）任务书课题名称QTZ40塔式起重机总体及臂架优化设计 系： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机093 姓名： 侯延峰 学号： 2009307333 起迄日期： 2013年3月25日 2013年 6月21日设计（论文）地点: 综405 指导教师： 李常胜 辅导教师： 发任务书日期： 2013年3月 5 日 1、毕业设计（论文）目的：毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创新、解决相关技术问题。通过毕业设计，使学生掌握塔式起重机的总体设计、吊臂的设计、整体稳定性计算等内容，为今后步入社会、走上工作岗位打下良好的基础。2、毕业设计（论文）任务内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（1） 设计任务： 总体参数的选择（QTZ40级别） 结构形式（2） 总体设计 主要技术参数性能 设计原则 平衡重的计算 塔机的风力计算 整机倾翻稳定性的计算（3） 吊臂的设计和计算 吊臂的形式及尺寸（变截面）（双吊点） 吊臂的强度、稳定性及刚度验算（4） 设计要求 主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一份毕业论文，并绘制有关图表。 知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化理论认识、扩展知识领域、延伸专业技能。 能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。 设计成果要求：凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定了解。2） 说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。3） 对国内外塔式起重机情况有一般的了解，对各种塔式起重机有一定的分析、比较能力。其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。3、毕业设计（论文）成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： 计算说明书一份 内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、批准，字数要求不少于2万字；撰写中英文摘要；提倡学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 图纸一套不少于四张零号图纸量。4、主要参考文献：1 哈尔滨建筑工程学院主编.工程起重机.北京：中国建筑工业出版社2 董刚、李建功主编.机械设计.机械工业出版社3 机械设计手册.化学工业出版社（5册）4 GB/T94621999 塔式起重机技术条件5 GB/T137521992 塔式起重机设计规范6 GB51441994 塔式起重机安全规程 7 邢静忠ANSYS应用实例与分析科学出版社2006 8 刘坤ANSYS有限元方法精解国防工业出版社2005 9GB/T94621999 塔式起重机设计条件 10 GB/T137521992 塔式起重机设计规范 11 GB/T51441994 塔式起重机安全规程 12刘鸿文材料力学北京：高等教育出版社2002 13李柱，徐振高互换性与测量技术北京：高等教育出版社2002 14 张东升机械零件及建筑机械重庆：重庆大学出版社.2003 15 现行建筑机械规范大全北京：中国建筑工业出版社.1995 16 吴庆鸣，何小新工程机械设计武昌：武汉大学出版社.2006 17刘佩衡塔式起重机使用手册北京：机械工业出版社.2002 18 张质文，虞和谦等起重机设计手册北京：中国铁道出版社1997 19 顾迪民工程起重机北京：中国建筑工业出版社1988 20 王金诺，于兰峰起重运输机金属结构北京：中国铁道出版社.2002 21 张凤山，董红光塔式起重机构造与维修.北京：人民邮电出版社2007 22 张青工程起重机结构与设计化学工业出版社20085、本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容2013.3.25-2013.3.282013.3.29-2013.4.132013.4.14-2013.4.202013.4.21-2013.5.152013.5.16-2013.6.52013.6.6-2013.6.192013.6.20-2013.6.21熟悉整理资料方案选择及总体设计绘制总图臂架设计绘制臂架装配及结构图纸绘制零件图纸准备论文及答辩教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日系审查意见： 系主任签字： 年 月 日河北建筑工程学院毕业实习报告系 别 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机093班 姓 名 侯延峰 学 号 2009307333 指导教师 李常胜 实习成绩 毕业实习报告一.实习目的。本次实习的目的是通过实物及实习单位的相关设计资料全面了解起重机的结构和设计并对其进行设计。希望通过这次实习能够巩固和扩大我们在校期间所学的基础知识和专业知识，训练我们综合运用所学知识分析和解决问题的能力，尽量有自己的一点创新。为了让我们把毕业设计做的更好，通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面，我们进行了毕业实习。毕业实习是每个毕业生都必须经过的过程，是毕业设计的一个重要环节。是将毕业生所学的理论知识与实际知识相结合，使我们对专业知识有了更深刻的了解，为将来的设计、学习和工作打下了坚实的基础。二.实习内容本次实习为毕业参观实习，3月20日我们在李老师的带领下来到长春国际会展中心进行参观实习，初步了解塔式起重机的整体结构，然后业余时间自己到张家口市建筑机械厂对此次设计的QTZ40型塔式起重机进行具体的学习。塔式起重机是现代工业与民用建筑的主要施工机械之一。高层建筑施工中，它的幅度利用率比其他类型起重机高，其幅度利用率可达全幅度的80%。我们这次设计的QTZ40自升式塔式起重机是为满足高层建筑施工、设备安装而设计的新型起重运输机械，性能先进，结构合理，操作使用安全可靠。其主要特点是起升高度大，工作幅度大。塔机上部能借助于液压顶升机构，根据施工的建筑物的增高而相应的升高，使司机操作方便，视野宽阔并始终保持高清晰。QTZ40塔式起重机有多种形式，设计正在不断的完善中。此次设计的形式为固定上回转液压顶升自动加节，最大起升高度可达100米（附着状态）。随着更高层建筑的出现，塔式起重机必然朝着更完美的方向发展。塔式起重机由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和顶升四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。 塔式起重机的起升和变幅机构均由电动机、联轴器、制动器、减速器和卷筒等部件组成。为提高塔机的生产效率，加快吊装的施工进度，各工作机构均应具备较高的工作速度，并要求启动和制动过程中都能平缓进行，避免产生急剧冲击，对金属结构产生破坏性影响。另外，工作机构与金属结构之间的关系协调，互不相碰。起升机构：起升机构是起重机机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、钢丝绳、滑轮组和吊钩组成。回转机构:塔机是靠起重臂回转来保障其工作覆盖面的。回转运动的产生是通过上、下回转支座分别装在回转支承的内外圈上并由回转机构驱动小齿轮。小齿轮与回转支承的大齿圈啮合，带动回转上支座相对于下支座运动。我们设计的QTZ40塔式起重机的回转机构设成单回转式，通常由回转电动机、液力耦合器、回转制动器、回转减速器和小齿轮组成。变幅机构:变幅机构是实现改变幅度的工作机构，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅机构由电动机、减速器、卷筒和制动器组成。功率和外形尺寸较小。变幅机构按其构造和不同的变幅方式分为运行小车式和吊臂俯仰式。塔机都设有安全保护装置，包括：起升高度限制器、起重量限制器、力矩限制器。此次我设计吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重机起重臂简称臂架或吊臂，按构造形式可分为：小车变幅水平臂架；俯仰变幅臂架，简称动臂；伸缩式小车变幅臂架；折曲式臂架。本次设计采用小车变幅水平臂架，小车变幅水平臂架又概分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车变幅臂架。单吊点小车变幅臂架是静定结构，而双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重性能的单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻5%-10%。小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。塔机臂架的截面形式有三种：正三角形截面、倒三角形截面和矩型截面。小车变幅水平臂架大都采用正三角形截面。这次设计的QTZ40型塔式起重机是一种采用水平臂架，小车变辐，上回转的自升塔式起重机，该塔机采用液压顶升，起升机构采用变频调速技术，可获得理想的起升速度及荷重慢就位；回转机构、牵引机构采用变频器控制变频电机带动行星减速器传动，实现无级调速。李老师为我们详细地讲解以后，我对自己的设计又有了更加直观深入的了解。我重点了解了吊臂的情况，通过老师给我们的讲解和我仔细观看了吊臂的具体结构，我对自己设计的部分吊臂有了比较全面的了解。这次参观实习可以说收获颇多。三. 实习结果 1.了解了QTZ40塔式起重机的总体结构，重点对吊臂的结构有了全面的了解；2. 知道了塔机用顶升机构进行顶升时，利用液压缸的作用把上面的所有机构顶起，然后加入标准节。3. 明白了塔机的起升机构和变幅机构是用不同的钢丝绳分开控制的；四.实习总结毕业实习结束了，时间虽然不长，但是通过实习，我们扩充了视野，开阔了大脑思维，巩固和扩充了我们在学校学不到的实践知识，使我们收益颇丰。另外培养、锻炼了我们独立工作的能力和创新的精神；进一步巩固和深化了所学的理论内容，弥补了以前理论学习的不足，更加深刻地体会到了自己学习上的不足。感谢老师们不辞辛苦地为我们联系实习单位，并亲自带领我们去实习地参观讲解，感谢老师给予我们的帮助。河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称QTZ40塔式起重机总体及臂架优化设计系 别： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机093 学生姓名： 侯延峰 学 号： 2009307333 指导教师： 李常胜 课题来源导师课题课题类别工程设计一、论文资料的准备 1 塔式起重机概述塔式起重机又称塔机，从西欧发源，具有适用范围广，回转半径大，操作方便，工作效率高以及安装与拆卸比较简便等特点，从而广泛的使用在建筑安装工程中，并成为重要的施工机械之一。同时，塔式起重机在水利建设，造船以及电站施工等部门也有应用参考。塔式起重机是一种塔身树立起重臂回转的起重机械，简称塔机，也叫塔吊，起源于西欧。具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起升高度大、操作方便以及安装与拆卸比较简便等特点。主要完成在高层建筑施工中预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作。塔式起重机应具备下列特点： 起升高度和工作幅度较大、起重力矩大； 工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能； 要求拆装运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需要。 2我国塔式起重机的发展现状塔式起重机在我国的生产与应用已经有50余年的历史，经历了以个从测绘仿制到自行设计制造的过程，特别是进入20世纪90年代以后，我国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。现在我国的建筑用塔式起重机已越来越普遍，从普通的多层民用建筑、房地产工程、高层建筑到大型的铁路工程、桥梁工程、电力工程、水利工程等，到处都有塔机的应用。近20年来，市场的需求，有力的促进了技术的进步，通过研究开发、技术创新、引进消化，我们的设计手段和配套件生产能力也有了很大的进步，计算机辅助设计、微电子技术、程控语言控制技术都在塔机上得到了应用。当然也不可否认，我国的塔机产品的技术性能、制作质量和品种型号规格，与发达国家产品相比，仍然存在较大的差距，特别是基础零部件的可靠性、电气元件、液压元件、工艺安装、生产设备和检测手段等，差距更大。这就影响了我们整机产品的质量和可靠性，增加了事故隐患。对此我们绝不可以掉以轻心，要加倍努力、敢于创新、严格把关、赶超国际水平。二、塔式起重机的研究现状及发展趋势塔式起重机(简称塔吊)是一种塔身直立、起重机臂铰接在塔帽下部且能够作360回转的起重机,通常用于房屋建筑和设备安装的场所,具有适用范围广、起升高度高、回转半径大、工作效率高、操作简便、运转可靠等特点。因此它在建筑安装施工中已经得到了广泛的应用,特别对于高层建筑施工来说,更是一种不可缺少的重要施工机械。塔式起重机起源于欧洲。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。我国的塔机行业于20世纪50年代开始起步,已有50多年的历史，经历了一个从测仿制到自行设计制造的过程。20世纪50年代，为满足国家经济建设的需要，中国引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量较少。20世纪60年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构中采用比较先进的技术，如直流调速、可控硅调速、涡流制动器、在回转和运行机构中安装液力偶合器等。在此时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。20世纪70年代，塔式起重机服务对象更为广泛。塔式起重机的幅度、起重量合起升高度均有了显著提高。为了满足市场各方面的要求，塔式起重机又向一机多用方向发展。中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。这一时期还先后开发了ZT100、ZT120、ZT280等小车变幅自升式塔式起重机、QT-20小车变幅内爬式塔式起重机，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回转动臂自行架设快装塔式起重机等，其年产量最高超过900台，标志着中国塔式起重机行业进入一个新的阶段。20世纪90年代以后，中国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。全国塔式起重机的总拥有量也从20世纪50年代的几十台截至2000年约为6万台。至此，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度来衡量，中国均堪称塔式起重机大国。三QTZ40塔式起重机的整体简介QTZ40塔式起重机具有起升、回转、变幅、顶升四种工作机构，可单独或复合动作，可以获得较高的工作效率。顶升机构用于塔身接高或降塔,起升机构采用多速电机，有快速、中速和 慢就位多种速度，充分满足用户各种工况的需要。起重臂可左、右作540度全回转，回转、变幅灵活可靠，起吊就位准确，可满足建筑施工中垂直及水平运输的需 要。该机设有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回转限制器等安全保护装置齐全，灵敏可靠，确保塔机正常工作。另外，还设有休息平台、护栏等安全保护设施。司机室独立侧置，造型美观，视野开阔，内部空间大，操作方便。该机适用性好，广泛用于中高层以下的各类工业与民用建筑和滑模施工的吊装，也用于港口、货场的装卸。 四. 此次我设计吊臂，所以主要了解了吊臂。塔式起重机起重臂简称臂架或吊臂，按构造形式可分为：小车变幅水平臂架；俯仰变幅臂架，简称动臂；伸缩式小车变幅臂架；折曲式臂架。本次设计采用小车变幅水平臂架，小车变幅水平臂架又概分为三种不同形式：单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重机与平衡臂架连成一体的锤头式小车变幅臂架。单吊点小车变幅臂架是静定结构，而双吊点小车变幅臂架则是超静定结构。双吊点小车变幅臂架结构自重轻，据分析与同等起重性能的单吊点小车变幅臂架相比，自重均可减轻5%-10%。小车变幅臂架拉索吊点可以设在下弦处，也可设在上弦处，现今通用小车变幅臂架多是上弦吊点，正三角形截面臂架。这种臂架的下弦杆上平面均用作小车运行轨道。塔机臂架的截面形式有三种：正三角形截面、倒三角形截面和矩型截面。小车变幅水平臂架大都采用正三角形截面。 五、ANSYS介绍 “有限元”这个词语于1965年首次被提出，经过大约40多年的不断发展和完善，到今天已经广泛应用于各种不同的工程之中，理论也已经相当成熟。有限元思想的核心就是把实际结构离散化，假想地使实际的结构离散为有限数目个类似结构的个体，然后通过分析这些有限个体的性能来求出满足实际工程要求的计算结果，从而代替对于具体复杂实际结构的求解。经过离散化，应用有限元思想，可以解决很多实际复杂的工程问题，并在理论研究和工程应用两方面都具有极其重要的实用价值。 1970年，美国著名力学专家、匹兹堡大学教授John Swanson创建了ANSYS公司，通过四十余年的发展壮大，已经逐渐成为全球CAE行业中最大的公司。在发展过程中，ANSYS软件不断改进提高，性能也不断增强，可靠性也不断得到保证，在易用性和适应运行环境等其他方面也日趋完善，基本上完全能够满足当前用户对于有限元分析软件的要求，当下，已发展到了140版本。 ANSYS作为一个大型通用软件，可以广泛的应用于结构、流体、声场、热、耦合场、电磁场上面，其使用用户也能够涵盖机械、土木建筑、水利、生物、医学、能源、航空航天和交通运输等各行各业的不同领域，利用ANSYS软件，能够将实际模型置于各种各样不同的复杂实际工况之中，准确并合理的分析，优化设计，减少实际试验的物质和人力投入，提高工作效率，缩短研发周期从而能够为提高利润做出贡献。使用ANSYS软件分析，包含以下几个过程：建立模型、划分网格、加载和求解、结果后处理。若在实际应用过程中想对其中的某一个步骤进行改动和变化，则依然需要重新完成其中的每一个步骤，无形中浪费了太多的工作时间。针对现实情况，ANSYS提供了APDL参数化设计语言来处理类似问题，通过APDL语言及UIDL语言或类似VB、VC编程语言开发应用界面，即可完成在ANSYS中的二次开发。二次开发已经在国外得到了很多方面的应用。例如： AlexeyIBorovkv开发了两款软件，分别应用于散热器稳态3D热分析及转子体刚度不对称补偿。使用者只需面对初始参数输入界面，而软件自动完成建立模型、划分网格、加载和求解等复杂步骤，还可以在专用软件中生成符合用户要求的报告，这一系列开发，无形中减少了用户建模的工作量，无疑会提高相当的效率，大大节省了用户的时间。而相对而言，国内关于ANSYS的二次开发方面才刚刚起步，在很多方面与国外先进水平存在相当的差距，但一些高校和科研机构也相应的开发了很多产品，取得了一定的研究成果，并在实际应用方面也做出了很大的贡献。这系列研究和实际大致取得的成果有：针对具体实际工程应用问题而开发的专用系统，例如水利工程、土木建筑以及机械的结构和优化设计；针对商业化发展的具体模块，例如压力容器自动化分析软CPV-ANSYS，基于ANSYS的应用柴油机铸造成型专用软件等。总体而言，国内关于二次开发的研究也已经取得了很好的效果，同时也存在发展的空间，是一个具有相当潜能，大有可为的新兴科研项目。六、主要内容、研究方法、设计要求1、主要内容（1） 设计任务： 总体参数的选择（QTZ40级别） 结构形式（2） 总体设计 主要技术参数性能 设计原则 平衡重的计算 塔机的风力计算 整机倾翻稳定性的计算（3） 吊臂的设计和计算 吊臂的形式及尺寸（变截面）（双吊点） 吊臂的强度、稳定性及刚度验算2、 研究方法 （1）资料的准备 通过上网和毕业实习，搜集同类已研发产品相关资料，了解国内外塔式起重机总体设计和塔顶的设计的已研发的产品，借鉴这些产品的设计思路为自己的设计做准备。了解所做设计中的标准部件的相关信息，为以后设计做好准备。 （2）参数确定根据所查资料，了解到起重机的相关参数，和对标准部件的了解，选择能免租条件的相关零件。根据传统设计方法并结合相似的产品结构进行具体的设计，在设计中确定个关节的合理尺寸和形状。整体和各个部件的形状和尺寸确定后，用二维作图工具（autoCAD等）绘制出个主要部件的图形图和总装图。明确产品的具体具体设计尺寸和形状。3、 设计要求 主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一份毕业论文，并绘制有关图表。知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化理论认识、扩展知识领域、延伸专业技能。能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。设计成果要求：凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。1）对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸能力。对运输、安装、使用等也有一定了解。2）说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。3）对国内外塔式起重机情况有一般的了解，对各种塔式起重机有一定的分析、比较能力。其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。五、毕业设计（论文）成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： 计算说明书一份 内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、批准，字数要求不少于2万字；撰写中英文摘要；提倡学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 图纸一套不少于四张零号图纸量。七、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理资料2013.3.29-2013.4.13 方案选择及总体设计2013.4.14-2013.4.20 绘制总图2013.4.21-2013.5.15 吊臂设计20135.16-2013.6.5 绘制吊臂装配及结构图纸2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸2013.6.20-2013.6.21 准备论文及答辩八、主要参考文献1 哈尔滨建筑工程学院主编.工程起重机.北京：中国建筑工业出版社2 董刚、李建功主编.机械设计.机械工业出版社3 机械设计手册.化学工业出版社（5册）4 GB/T94621999 塔式起重机技术条件5 GB/T137521992 塔式起重机设计规范6 GB51441994 塔式起重机安全规程 7 邢静忠ANSYS应用实例与分析科学出版社2006 8 刘坤ANSYS有限元方法精解国防工业出版社2005 9GB/T94621999 塔式起重机设计条件 10 GB/T137521992 塔式起重机设计规范11 GB/T51441994 塔式起重机安全规程 指导教师意见： 指导教师签名： 日期：教研室意见： 教研室主任签名： 日期：系意见： 系领导签名： 日期：系盖章毕业设计（论文）外文资料翻译 系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 外文出处 Ocean Engineering 附 件：1、外文原文；2、外文资料翻译译文。指导教师评语：签字： 年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。 海洋工程29（2002）14631477通过油水界面性能数值模拟的威尔斯涡轮机设计参数分析A.布里托-梅洛，L.M.C.加托，A.J.N.A.萨尔门托 机械工程系，西班牙优秀设计员，里斯本技术大学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 3.结果与讨论 试验研究不同类型的转子叶片，最近对这些叶片进行了管理来提高空气动力学性能（Raghunathan，1995年，加托，1999年a，b）。在这些类型当中，我们考虑两个涡轮叶片配置，这可能会提供一个更大范围的流量，在这个流量范围内涡轮机可以完全以不错的效率运行，与更多标准NACA0015无后掠叶片的涡轮机转子相比：他们是向后掠NACA0015叶片（韦伯斯特和加托，1999年）。图1所示，优化HSIM-15-262123-1576的未波及叶片（加托和恩里克斯，1996年），如图2所示。为了进行比较，我们采取NACA0015无后掠叶片（加托等人，1996年）。图3和图4显示了在IST钻机上单向流动小规模测试的实验结果（韦伯斯特和加托，1999年a，b）。结果列于图3和图4，高坚固性的威尔斯涡轮机的转子（转子外半径为R0.295米，常数翼弦C125毫米，涡轮实度0.64，上文提到的叶片配备，有或无导流叶片。数据显示，在无量纲形式中，实验结果为效率与压力降相关，和转矩,及函数流量系数相关（是空气密度）。无导流叶片的涡轮机在图3中的结果显示，NACA001530无后掠转子在时具有较低的为0.583，NACA001530向后掠转子在时具有较低的为0.583，但没有表现出无后掠转子的转矩急剧下降。此外，在失速条件下，转子扫略的转矩在一个更高流量时变为负，而无后掠转子在时效率变负。无后掠HSIM装有叶片的转子显示出了与向后掠转子类似的hmax，但通过转子叶片产生的逐步失速的流量，在很宽的流速范围内显出更高效率失速的发生。【】图1，转子叶片掠角 【】 图2 NACA0015和HSIM15-262123-1576部分。图4表示配备相应的情节相同的涡轮机转子双列的导流叶片。如图4实验结果，导流叶片的使用为上述任何几何形状增加了hmax，即从0.583到0.706，0.551到0.613和0.553到0.669。此外，我们发现，使用导流叶片缩小了流量范围，在这个范围内涡轮机以正扭矩运转。【1469 图（a）（b）（c）】图3. 无后掠和30向后掠NACA0015和无后掠HSIM转子叶片涡轮机，无导流叶片：效率的测量值（a）中，压力降（b）和扭矩（c）针对流量系数。【1470 图（a）（b）（c）】图4. 无后掠和30向后掠NACA0015和无后掠HSIM转子叶片涡轮机，带导流叶片：效率的测量值（a）中，压力降（b）和扭矩（c）针对流量系数。表1总结了六个涡轮机的性能数据，其中和分别为最小和最大的流量系数，效率名义上是。然而，和给出了这样一个迹象，即当中压力和流率比例近于直线的范围时的操作范围。在上面的性能对比中，稳定的整体坚固性被假定为不同的涡轮机配置。表1中的结果显示出，转子叶片的几何形状对涡轮机的性能具有显著的影响。特别是与在 较窄的流量范围内有更高的峰值效率的涡轮机相比，一些转子的几何形状会给与相当宽的流量范围，在这个范围中，涡轮机可以高效运行。图5-7通过44个有代表性的波浪气候的亚速尔群岛网站的记录给出了平均电力输出，并考虑到各海况的发生频率设定的数值。结果给出了涡轮机特性K为几个值的额定功率。表2表示在哪些设计的不同类型的涡轮机转子及旁通压力释放阀的流量系数值。3.1 NACA0015无后掠转子叶片和导流叶片图5给出了研究NACA0015无后掠叶片的转子使用导流叶片的数值模拟的结果。图5还展示出了有或者无庞统压力溢流阀，导流叶片的使用都会使平均电功率输出有显著的增加。图3和图4中绘制的NACA0015有或者无导流叶片的转子的曲线图，分别显示出带导流叶片的涡轮机具有最大效率.无导流叶片的涡轮机的转矩曲线具有较宽的流量范围，超过这个范围涡轮机将以良好的效率运行。数值模拟的结果揭示了有用的导流叶片。此外，他们显示的是在上述条件下，涡轮机的空气动力学设计标准应该是最大化的涡轮机的峰值效率，即使可能导致相对于流速曲线有一个较窄范围的效率。此外，可以发现，使用导流叶片会导致涡轮机尺寸的一个小的增加，然而，这不应该构成重大的问题，因为涡轮机的成本只有整个工厂成本的一小部分。 【1471 表1】【1472 图（a）（b）（c）】图5（a）的结果还表明，不管导流叶片是否被承认电功率输出作为涡轮机的额定功率的功能的趋势是一样的，。图6显示出电功率输出的显著增加。被看做涡轮机额定功率增大到600KW。最大电功率输出已实现，在模拟中考虑涡轮机额定功率的范围。【1473 图（a）（b）】图6，向后掠的30NACA0015转子叶片涡轮机和无导流叶片（a）和无旁通阀（b）：作为涡轮机的特性函数K，涡轮机的额定功率为几个值。图5（b）给出了使用旁路泄压阀的情况下的数值模拟结果。在这样的条件下，当使用旁路泄流阀时，与相应的情况下相比，总的转换功率相当小。另外，转换后的电功率随涡轮功率增长至900kw，高于这个值时，转换后的功率将减小，因为小流量涡轮机损失和机械损失。转换的最大电力获得的常数k的值，类似于使用旁路溢流阀获得的。【1474 图（a）（b） 】图7中，HSIM转子叶片涡和无导流叶片（a）以及无旁通阀（b）：作为涡的特性函数k，涡的额定功率为几个值。【 1474 表2】3.2NACA0015横扫转子叶片，有或者无导流叶片 图6给出了研究使用导流叶片对NACA0015 30向后掠转子叶片的影响的数值模拟的结果。可以看出，导流叶片的使用不利于没有溢流阀的情况。这是由于与无导流叶片的涡轮机相比，装有导流叶片的涡在停滞流动条件下的性能最差（见图3和图4）。 如图5和图6比较所示，装有横扫叶片转子的涡比无后掠叶片涡的性能差，假定该导流叶片和压力释放阀都被使用。这个结果与图4所示的相同的涡的性能曲线相符。 当考虑使用溢流阀且无导流叶片时，向后掠NACA0015叶片的转子与无后掠NACA0015转子相比，表明向后掠的转子叶片比相应的无后掠的转子生产的能量少。在这些条件下，与向后掠叶片相比，无后掠转子具有比失速之前效率更高的优点。然而向后掠叶片的好处是，目前向后掠叶片没有旁路压力释放阀且不使用导流叶片。 对于一个给定的涡的额定功率，电能的转换作为涡特性k的一个功能，这两种类型的涡是相似的，既当最高转换达到195k119.4Pam3S时，无论是否使用旁路泄压阀都一样。 此外，可以看出，旁通阀的使用与向后掠叶片转子的配合不会导致一个显著增加的平均功率转换，与所发现的相应条件下无后掠叶片涡轮机相反。这是由于在较宽的流速范围内，向后掠叶片转子的涡可以以良好的效益工作。3.3 HSIM转子叶片和无导流叶片图7的结果显示，无后掠HSIM叶片转子在使用旁通阀（图7a）和不使用旁通阀时（图7b），有或无导流叶片相比较，可以看出，当无导流叶片的涡的旁路泄压阀运行时，所产生的电能稍高，可以看出，当无导流叶片的涡的旁路泄压阀运行时，所产生的电能稍高。在涡带导流叶片的条件下也可以发现使用旁路压力泄压阀可以使电功率转换有较大幅度的提高。当HSIM叶片转子与NACA0015（图5）比较时，在无导流叶片和带有旁通阀这两种情况下，我们观察到NACA0015装有叶片的转子的涡可以获得更好的性能。这意味着与HSIM叶片转子的下部较宽的曲线相比应优选高峰窄的NACA0015叶片转子的效率曲线。 图4表明，当使用旁通阀时无后掠NACA0015叶片转子比HSIM叶片转子的转矩曲线更有利。与此相反目前如果没有旁通阀是事实。虽然在流速范围更宽时HSIM转子叶片具有正的转矩，有或者无导流叶片，其结果与NACA转子叶片相比表明，如果使用压力释放阀，至少波气候在亚速尔群岛是不利的。如果不考虑旁通阀，可以通过使用HSIM叶片得到稍微好一点的性能。我们注意到，HSIM叶片会导致更高的额定功率和尺寸更小的涡轮机，然而如果考虑到电动发电机和其电力电子的成本，这可能不会是一个优势。4. 结论通过波线理论来模拟电源转换链的数学模型可以用来匹配多个威尔斯涡轮机油水界面波能量转换器。主要关注的是威尔斯涡轮机的峰值效率与涡轮机可以高效运转的流率范围的宽度（固有有限），尤其是考虑在油水界面工厂中结合使用一个旁路压力释放阀。旁路高压溢流阀被发现为在类似的工作条件下研究的每个涡轮设计，以提供更高级别的电能生产。这一增长对无后掠NACA0015带有导流叶片的转子尤为重要。这个涡轮机为所有研究的涡轮机配置提供最佳的电源转换。无后掠NACA0015无导流叶片，且无旁路减压阀的转子表现最差。数学模型预测这种情况下，最大的平均电能生产只有60%左右，这样可以实现最好的安排，即无后掠NACA0015导流叶片与压力释放阀并行工作的转子。当不考虑溢流阀时，无后掠HSIM带或不带导流叶片的转子提供了最佳的功率转换。旁通压力释放阀的使用已经被发现用来减小涡轮机的尺寸和额定功率。当旁通溢流阀被应用于油水界面的控制时，涡轮机的设计应着眼于涡轮机的峰值效率最大化，即使这会导致一个较窄的效率曲线。相反，当没有考虑旁通阀时，计算结果表明，涡轮机的空气动力学设计会导致涡轮机能够在一个很宽的流速范围内以相当不错的效率运转。致谢根据IDMEC和MAQETEC的合同BD/5148/95，部分财政支持的计划PRAXIXXI，里斯本的工作报告。摘要本次设计在参照同类塔式起重机基础上，对QTZ40型塔式起重机进行总体设计及吊臂的设计。在吊臂设计工程中，采用了有限元法对其进行分析计算，采用了ANSYS10.0软件进行分析。按照整机主要性能参数，确定各机构类型及钢结构型式，主要确定了吊臂的结构参数，并按照吊臂端部加载、跨中加载及根部加载三种工况分析。通过对吊臂作适当的简化，应用ANSYS10.0软件建立吊臂有限元模型，施加各工况载荷，进行求解，进而可得各工况下各节点受力情况及各单元所受轴向力、轴向应力大小及各工况下吊臂的变形挠度大小，并能演示吊臂加载过程的动画，清晰的展现了各工况下吊臂的受力性能。通过修改模型参数，对不同模型进行分析比较。由比较不同模型在相同工况下的受力状况及刚度状况，综合分析强度和刚度条件，可得出受力最为合理的一组模型参数，通过对此组参数下模型进行强度及刚度校核，进而获得吊臂的最终参数结果。关键词：QTZ40型塔式起重机 吊臂 有限元分析 ANSYS10.0AbstractRefers 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.