本次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的最佳手段。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、塔身的设计、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：

①总体参数的选择（QTZ40级别）

②结构形式

（2）总体设计

①主要技术参数性能

②设计原则

③平衡重的计算

④塔机的风力计算

⑤整机倾翻稳定性的计算

（3）塔身的设计和计算

①塔身的形式及尺寸

②设计塔身的强度、稳定性及刚度验算

③联接套焊缝强度的计算

④高强度螺栓强度的计算

⑤塔身腹肝的计算

（4）要求

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤设计成果要求：

1）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。

2）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、使用等亦有一般了解。

3）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。

4）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）：

① 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。

② 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/T9462—1999 塔式起重机技术条件

[5] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范

[6] GB5144—1994 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．

[9]GB/T9462—1999 塔式起重机设计条件．

[10] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范．

[11] GB/T5144—1994 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．

5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划：

起迄日期工作内容

2013.3.25-2013.3.28

2013.3.29-2013.4.13

2013.4.14-2013.4.20

2013.4.21-2013.5.15

2013.5.16-2013.6.5

2013.6.6-2013.6.19

2013.6.20-2013.6.21

熟悉整理资料

方案选择及总体设计

绘制总图

塔身设计

绘制塔身装配及结构图纸

绘制零件图纸

准备论文及答辩

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塔身分析设计。在塔身设计工程中，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。

首先按照整机主要性能参数，确定各机构类型及钢结构型式，主要确定了塔身的结构参数，并按照风载荷平行于起重臂方向，风载荷与起重臂方向呈45度角时两种工况分析。通过对塔身作适当的简化，应用ANSYS10.0软件建立塔身的有限元模型，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塔身的变形挠度大小，并能演示塔身加载过程的动画，清晰的展现了各种工况下塔身的受力性能。

本次设计分析通过修改模型参数共准备了三种不同方案，进而对不同模型方案进行分析比较。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，进而获得塔身的最终参数结果。

关键词：QTZ40型塔式起重机塔身有限元分析 ANSYS10.0

ABSTRACT

Based on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower body design of the QTZ40 tower crane. In the tower body design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.

According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. And then, the parameter analysis is carried on two different operating modes which are composed of the direction of the wind load is parallel to the lazy arm and the direction of the wind load is at a 45 degrees angle with the lazy arm. Through the reasonable simplification of the tower body, the tower body finite element model is established by applying ANSYS12.0 software, and then it’s exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower body distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower body, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.

Through the revision of the model parameters, three different schemes have been prepared for the analysis comparison, which is carried on the different models. Because the stress condition and stiffness condition of different model are compared under the same operating mode, and a comprehensive analysis of the intensity and the stiffness condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained. Through the intensity and the stiffness examination regarding this model, then the final parameter result of the tower body can be obtained.

Key words: QTZ40 tower crane Tower body Finite element analysis ANSYS10.0

第1章前言1

1.1塔式起重机概述1

1.2塔式起重机的发展情况1

1.3塔式起重机的发展趋势3

第2章总体设计5

2.1 概述 5

2.2 确定总体设计方案5

2.2.1 金属结构5

2.2.2 工作机构22

2.2.3 安全保护装置29

2.3 总体设计设计总则32

2.3.1 整机工作级别 32

2.3.2 机构工作级别32

2.3.3主要技术性能参数 33

2.4 平衡重的计算33

2.5 起重特性曲线35

2.6 塔机风力计算 36

2.6.1 工作工况Ⅰ37

2.6.2 工作工况Ⅱ41

2.6.3 非工作工况Ⅲ43

2.7整机的抗倾翻稳定性45

2.7.1工作工况Ⅰ46

2.7.2工作工况Ⅱ47

2.7.3非工作工况Ⅲ49

2.7.4工作工况Ⅳ50

2.8固定基础稳定性计算51

第3章塔身的有限元分析设计53

3.1 塔身模型简化53

3.2 有限元分析计算54

3.2.1 方案一54

3.2.2 方案二79

3.2.3 方案三98

第4章塔身的受力分析计算121

4.1 稳定性校核121

4.2 塔身的刚度检算122

4.3 塔身的强度校核124

4.4 链接套焊缝强度的计算125

4.5 塔身腹杆的计算126

4.6 高强度螺栓强度的计算127

第5章毕业设计小结129

致谢130

主要参考文献131

毕业实习报告

主要参考文献

【1】董刚　李建功　潘风章主编　《机械设计》（第3版）　北京：机械工业出版社　1998

【2】张质文，虞和谦等.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社.1997.

【3】《机械设计手册》（第1卷）（新版）机械设计手册编委会编著　

北京：机械工业出版社　2004.8

【4】《机械设计手册》（第2卷）（新版）机械设计手册编委会编著　

北京：机械工业出版社　2004.8

【5】成大先主编《机械设计手册》（第4版）北京：化学工业出版社　2002

【6】顾迪民主编《工程起重机》（第2版）北京：中国建筑工业出版社　1988

【7】刘品主编《互换性与测量技术基础》（第2版）哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社　2001

【8】徐灏主编《机械设计手册》（第2版）　北京：机械工业出版社　2000

【9】曹双寅主编《工程结构设计原理》　南京：东南大学出版社　2002

【10】刘鸿文主编《材料力学 Ⅰ》（第4版）高等教育出版社

【11】《QTZ50塔式起重机使用说明书》

【12】张青张瑞军编著《工程起重机结构与设计》北京：化学工业出版社，2008.7

【13】中华人民共和国国家标准GB/T　13752-92　《塔式起重机设计规范》　北京：中国标准出版社　1993

【14】范俊祥主编《塔式起重机》中国建材工业出版社

【15】许镇宇、邱宣怀主编：《机械零件》人民教育出版社

【16】刘佩衡主编《塔式起重机使用手册》北京：机械工业出版社，2002

【17】中国建设部《钢结构设计规范》 2003.12

【18】黄靖远龚剑霞贾延林《机械设计学》北京工业出版社，2002

【19】GB/T　75144-1994 《塔式起重机安全规程》　

【20】孙在鲁著《塔式起重机应用技术》北京：中国建材工业出版社，2003.5

【21】邢静忠编著《ANSYS应用实例与分析》北京：科学出版社，2006

【22】张方瑞主编《ANSYS应用基础与实例教程》北京：电子工业出版社，2006.9

【23】陈精一编著《ANSYS工程分析实例教程》北京：中国铁道出版社，2007.5

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筋板3.gif

上接架11.gif

内容简介：: 河北建筑工程学院毕业设计（论文）任务书课题名称 QTZ40塔式起重机总体及塔身的优化设计系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其制动化班级：机095 姓名：盛怀江学号： 2011407525 起迄日期：2013年3月25日 2013年 6月22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：本次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的最佳手段。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、塔身的设计、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）塔身的设计和计算塔身的形式及尺寸设计塔身的强度、稳定性及刚度验算联接套焊缝强度的计算高强度螺栓强度的计算塔身腹肝的计算（4）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：1）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。2）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、使用等亦有一般了解。3）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。4）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200214 张东升机械零件及建筑机械重庆：重庆大学出版社.200315 现行建筑机械规范大全北京：中国建筑工业出版社.19955、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塔身设计绘制塔身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095班姓名王顺民学号 20114075424 指导教师李常胜实习成绩毕业实习报告1、实习目的毕业实习是大学生完成四年的全部课程之后的最重要的实践环节。也是在进行毕业设计或毕业论文时必不可少的实践性教学环节。它对于培养我们的动手能力有很大的意义，而且可以使我们了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术。毕业实习为大学生提供了培养和造就实践能力和创新能力的必要物质基础和良好的环境，这次毕业实习对我们毕业生来说意义非常的重大，因此每位同学都必须珍惜这一难得的机会，有效地利用宝贵的毕业实习时间，把培养实践能力和打造创新能力作为毕业实习和毕业设计的指导思想。2、实习内容老师为了我们更加感性的认识QTZ40塔式起重机，安排我们去张家口建筑机械厂去参观实习。因为对塔式起重机比较陌生，所以我们对这次的实习抱很大希望，首先要对塔式起重机有个全面的了解，其次对于自己要设计的起升机构更要弄明白。我们这次去建筑机械厂是分批去的。我们大概是九点出发，下车后在老师的带领下我们来到建筑机械厂，在厂里工作人员的带领下我们来到了摆放各个成品部件的地方，我们详细的看了每个部件，塔身、臂架、标准节、等等很多部件。当然我仔细看了起升机构的结构并照下了很多照片以便下来自己再细细研究。由老师与工作人员的介绍我们对塔式起重机有了初步的认识。塔式起重机是一种塔身竖立起重臂会转到起重机械。在工业与民用建筑施工中塔式起重机是完成预制构件与其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在高层建筑施工中，它的幅度利用率比其他类型起重机高。塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的使用中一直处于领先地位。应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。由于塔式起重机性能参数不断完善，使建筑工艺也有可能进行许多重大改革，比如采用大型砌块、大板结构设置箱形结构后，建筑物结构件的预制装备化、工厂化达到了很高的水平。塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。在中国塔式起重机的生产与应用已有40多年的历史，经历了一个从侧回到自行设计制造的过程。经过多年的发展，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，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。根据国内外一些技术资料介绍，塔式起重机的发展趋势可具体归纳为吊臂长度加长、工作速度提高且能调速、改善操纵条件、更多的采用组装式结构四个方面。塔式起重机一般有四大工作机构，它们是起升机构、变幅机构、回转机构、行走机构。起升机构用来实现载荷的升降，它是塔式起重机中最重要也是最基本的机构，起升机构的性能将直接影响到整台塔式起重机的工作性能。变幅机构是塔式起重机改变工作幅度的机构，用以扩大塔式起重机的工作范围，提高工作效率。通过变幅机构能将所运输的物料运送到工作面上。回转机构是塔式起重机的主要工作机构之一，它能将起升在空间的物料绕塔式起重机垂直轴线作圆周运动，扩大塔式起重机的工作面。行走机构的作用是驱动塔式起重机沿着轨道行驶、配合其他机构完成水平运输及垂直运输工作。塔式起重机的自重和载荷重量通过行走机构的行走轮传给轨道。塔式起重机的起升机构通常由电机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。电机通过联轴器与减速器相连。减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和安装在塔身或塔顶上导向滑轮及滑轮组与吊钩相连。电机工作时，卷筒将钢丝绳卷进或放出，通过滑轮组使吊钩上的物品起升或下降。当电机停止工作时，制动器通过弹簧力将制动轮刹住。塔式起重机的变幅机构按工作性质可分为非工作性变幅机构和工作性变幅机构。非工作性变幅机构指只在空载时改变幅度，调整取物装置的作业位置，而在重物装卸英东过程中幅度不再改变。这种变幅机构变幅次数少，变幅时间对起重机的生产效率影响小，一般采用较低的变幅速度，其优点是构造简单、自重轻。工作性变幅机构是指能在带载条件下变幅的机构。变幅过程是起重机工作循环主要环节，变幅时间对起重机的生产效率有直接影响，一般采用较高的变幅速度。其优点是生产率高，能更好地满足装卸工作地需要。工作性变幅机构驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置，与非工作性变幅机构相比，构造复杂，自重也较大。塔式起重机的变幅机构按机构运动形式分为臂架摆动式变幅机构和运行小车式变幅机构。动臂式变幅机构式通过吊臂俯仰摆动实现变幅。小车变幅塔式起重机是指通过起重小车沿起重臂运行进行变幅的塔式起重机。综合变幅塔式起重机是指根据作业的需要臂架可以弯折的塔式起重机。塔式起重机的回转机构能使塔机的起重臂架作360度回转，这样就扩大了塔式起重机的工作面。塔式起重机回转机构包括回转支撑装置和驱动机构两部分。回转支撑装置为塔机的回转部分提供稳定、牢固的支撑，并将回转部分的载荷传递给塔身部分；驱动机构驱动塔机的回转部分，使其相对塔机的固定部分实现回转。塔式起重机的回转支撑装置一般有柱式回转支撑装置和滚动轴承式回转支撑装置。塔式起重机上一般采用电动回转驱动装置。回转驱动装置通常安装在塔机的回转部分上，电动机经减速器带动最后一级小齿轮，小齿轮与装在塔机固定部分上的大齿圈相啮合，以实现回转运动。行走机构用以支撑起重机本身的重量和起重载荷，并使起重机水平运行。起重机的行走方式分为有轨行走机构和无轨行走机构两类。有轨行走是指车轮在专门铺设的轨道上行走；无轨行走则采用轮胎或履带，可以在普通的道路上行驶，机动性强。通过老师的讲解使我们更深入的了解的塔式起重机的构造和功用。为我们的毕业设计做了很好的铺垫。3、实习结果历时两天的实习结束了,该次实习使我们不仅掌握了有关起升机构的知识还了解了关于塔式起重机的其他部件。以前在课本上不能理解的问题都有了更深刻的认识。这次实习以及前一段时间查阅的大量资料为我的毕业设计提供了良好的基础，使我深深地体会到要想搞好设计，就必须耐心仔细地查找与设计相关的资料和信息（包括设计产品的基本功能、主要结构、应用特点及其发展前途，市场效益等）。我国目前制造业的发展状况也粗步了解了机械制造的发展趋势。在新的世纪里,科学技术必将以更快的速度发展，更快更紧密得融合到各个领域中,而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。将来的机械制造将会向“四个化”发展，即柔性化、灵捷化、智能化、信息化。即使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要,使其与环境协调的柔性,使生产推向市场的时间最短且使得企业生产制造灵活多变的灵捷化,还有使制造过程物耗,人耗大大降低,高自动化生产,追求人的智能与机器智能高度结合的智能化，以及借助于物质和能量的力量生产出价值的信息化。4、实习总结或体会毕业实习是我们从学校到社会的一座桥梁，是从理论到实际的一条纽带。加强我们综合能力的培养，使得我们既要掌握专业的基本理论和基本知识，又具有对于所学知识的运用能力以及独立工作的能力，为我们在毕业设计中、甚至为毕业后的实际工作打下了良好的基础。通过此次毕业实习我们了解到目前机械制造的发展趋势，也使我们清晰地定位我们所处的位置，对我们以后走上工作岗位起到一个良好的模范作用。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。我深深地感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的匮乏，一旦接触到实际，才发现自己知道的是多么少，这时才真正领悟到“学无止境”的含义，今后需要学的东西还很多。河北建筑工程学院本科毕业设计（论文）题目QTZ40塔式起重机塔身的设计学科专业机械设计制造及其自动化班级机095班姓名盛怀江指导教师李常胜辅导教师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塔身分析设计。在塔身设计工程中，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。首先按照整机主要性能参数，确定各机构类型及钢结构型式，主要确定了塔身的结构参数，并按照风载荷平行于起重臂方向，风载荷与起重臂方向呈45度角时两种工况分析。通过对塔身作适当的简化，应用ANSYS10.0软件建立塔身的有限元模型，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塔身的变形挠度大小，并能演示塔身加载过程的动画，清晰的展现了各种工况下塔身的受力性能。本次设计分析通过修改模型参数共准备了三种不同方案，进而对不同模型方案进行分析比较。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，进而获得塔身的最终参数结果。关键词：QTZ40型塔式起重机塔身有限元分析 ANSYS10.0 ABSTRACTBased on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower body design of the QTZ40 tower crane. In the tower body design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS10.0 software.According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. And then, the parameter analysis is carried on two different operating modes which are composed of the direction of the wind load is parallel to the lazy arm and the direction of the wind load is at a 45 degrees angle with the lazy arm. Through the reasonable simplification of the tower body, the tower body finite element model is established by applying ANSYS12.0 software, and then its exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower body distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower body, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.Through the revision of the model parameters, three different schemes have been prepared for the analysis comparison, which is carried on the different models. Because the stress condition and stiffness condition of different model are compared under the same operating mode, and a comprehensive analysis of the intensity and the stiffness condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained. Through the intensity and the stiffness examination regarding this model, then the final parameter result of the tower body can be obtained.Key words: QTZ40 tower crane Tower body Finite element analysis ANSYS10.0河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称QTZ40塔式起重机塔身的设计系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机095 学生姓名：盛怀江学号： 2011407525 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(一) 塔式起重机概述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。塔式起重机必须具备下列特点：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。(二) 国外塔式起重机的发展现状国外塔机发展的主要代表性国家或地区有：欧洲、日本、澳大利亚。从20世纪90年代开始，欧洲塔机行业缓慢复苏，目前欧洲生产塔机的国家有德国、法国、英国、意大利、俄罗斯、西班牙、瑞典、丹麦等，主要厂家有法国Potain，德国Liebherr、Peiner、Wolff，意大利Comedil，丹麦Kroll,西班牙Comansa。在产量、系列品种、技术水平等方面，德国的Liebherr和法国的Potain在世界上居领先地位，Potain目前在法国、德国、意大利、葡萄牙、中国的工厂生产60多种型号塔机，迄今为止已在全球销售了超过100000台塔机，其中被国内行业熟知的FO/23B、H3/36B是我国1984年从Potain引进技术生产的。2003年，Potain为南京长江第三大桥工程提供的MD3600（最大起重力矩为3600tm），是Potain迄今为止建造的最大塔机。20世纪80年代，日本塔机行业开始缓慢复苏，1987年开发了900tm级内爬式自升塔机，1990年，日本最著名的塔机生产商石川岛( IHI)公司开发了日本国内最大的1500tm级内爬式自升塔式起重机 JCC1500H（最大起重量70t），其在日本大吨位塔机市场中占有份额最高。截至目前，日本内爬塔机的主要机型有：80tm级、150tm级、400tm级、450tm级、500tm级、600tm级、900tm级、1500tm级。另外，还开发了利用钢结构大楼钢立柱为塔身的钢柱塔身内爬式塔式起重机，使塔机结构更为简化，也增加了内爬式塔机的新机种。俄罗斯继承前苏联传统，曾经也是一个塔机大国，拥有雄厚的开发和生产实力。1990年俄罗斯塔机产量达2526台，在随后的经济衰退时期，许多俄罗斯塔机制造厂处境困难，停止了生产，到2000年，俄罗斯塔式起重机年产36台，2001年产量77台。与1990年相比，产量锐减。前苏联解体后，俄罗斯塔机行业修改了前苏联塔机设计规范和技术条件，向ISO标准靠拢。目前，俄罗斯建筑业复苏，根据官方资料，现在俄罗斯的塔机80%超期服役。在过去的几年里，这些年久失修的塔机，在作业中时有事故发生。部分地区（如莫斯科）法规已经规定不允许使用这些塔机，塔机的用户希望购买新的具有现代化装置的塔机，因此，俄罗斯塔机市场的需求趋旺，在今后几年里，酝酿着巨大的市场潜力。尽管塔机有需求，但越来越多用户希望购买国外塔机，俄罗斯的塔机生产企业面临巨大的竞争。近几年国外塔机市场上，一种结构新颖的平头式塔机发展很快，大有流行之势；平头塔机起源于欧洲，叫法源于flat-toptowercrane的译名,也有叫无塔头式塔机(toplesstowercrane)的。平头塔机的设计思想及雏形最早可追溯到20世纪60年代，当时法国Richier公司研制的塔机外形已接近于现在的平头塔机，例如其X1290和GT系列塔机塔头较矮，通常不超过4m，只稍稍高于吊臂和平衡臂。但严格来讲，这些塔机又不同于现在的平头塔机，尽管塔头较矮，但还是能区分出塔头、平衡臂、拉杆等。真正的平头塔机诞生于1975年，瑞典Linden公司首次提出平头塔机的概念，并率先推出了Linden8000平头塔机模数系统，不同型号平头塔机的吊臂可以互换。Linden平头塔机没有传统意义上的塔头，而且取消了拉杆，上部结构形状呈水平且均为刚性结构，没有传统塔机那种塔头、平衡臂、吊臂及拉杆之间的铰接连接方式。可以说，Linden平头塔机的出现揭开了平头塔机发展的序幕。自从Linden公司推出平头塔机以来在相当长的一段时期内没有被用户普遍接受，因为人们在内心深处已经习惯了带塔头的塔机，认为塔机带塔头是天经地义的事，有的甚至认为塔机上没有塔头、拉杆,结构不合理、不安全。一直领导世界塔机发展潮流的波坦和利勃海尔等大公司对平头塔机最初都不推崇，所以其发展一直较缓慢。随着平头塔机应用领域的不断扩大，其独特的优点被越来越多的用户所认可，于是一些制造厂家纷纷涉足平头塔机的研制，以至于波坦和利勃海尔等大公司也以各种方式推出平头塔机，由此极大地推动了平头塔机的发展。近5年是国外各大塔机制造商相继推出平头塔机最集中的时期，也是发展最快的时期。下面从几个主要塔机制造公司的情况就可以看出平头塔机的发展状况及态势。国外工程起重机的发展方向为：发展超大型起重机，“迷你”起重机大量涌现，伸缩臂结构不断改进，数据总线技术得到应用，静液压传动起重机进入市场，混合起重机得到发展，汽车起重机也在不断发展，随车起重机产销量不断增长。(三) 我国塔式起重机的发展趋势我国大规模经济建设已有二十来年的历史，这二十来年里，大量建筑物的涌现和大型工程的兴建，铁路、公路桥梁的建设，给塔式起重机提供了良好的市场。在十二五期间，我国提出了推行城镇化建设，我国人口众多，地大物博，市场需求，市场前景还有一定的空间，我国的塔式起重机发展趋势可以分以下几个方面：1 我国塔机产品的品种、型号、规格应向多样化发展，以适应不同工程、不同用户的需求。2 适当发展动臂式自升塔机和折曲式两用臂架自升塔机的生产，以适应塔机出口市场和国内大中型城市内某些特定工程和钢结构高层建筑施工的需要。3 更多的采用组装式结构，做到产品系列化，部件模数化，以不同模数塔身、臂架标准节组合成的变断面塔身和臂架，这不仅能提高塔身、臂架的力学性能，减轻塔式起重机自重，而且可明显减少使用单位塔架、臂架的储备量，为单位节约成本。便于产品更新换代，简化设计制造，提高塔机使用的经济效益。(四) QTZ40塔式起重机概述 QTZ40塔式起重机为按照最新标准JG/T5037-93塔式起重机分类设计的加强型塔式起重机，该QTZ40自升式塔吊为上回转、水平臂架、小车变幅、液压自升式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4T，独立架设时最大起升高度可达29米，加附着最大起升可达120米，最大幅度分46.8米、42米和50米。QTZ40塔式起重机充分利用成组技术、组合设计技术及有限元分析技术，以“塔式起重机微机设计平台”为工具设计的国内最新型的起重运输机械。QTZ40塔吊为水平臂架、小车变幅、上回转液压顶升式起重机。最大有效幅度47m。是该种机型国内唯一达到此幅度的塔机。塔机独立使用时，起升高度27.8m，附着起升高度为120m（2倍率）。该机各项速度指标均达到或优于国家标准。该机自重（不含配重及附着装置）21.46吨，总装机容量25.82KW，该机参数先进，性能优良可靠，造型美观，质量精良，结构简单实用，设有先进的安全装置，维修方便，使用安全，价格合理，是广大中小建筑企业理想的建筑施工机械。QTZ40塔吊布置合理，外型美观，司机室独立侧置，视野好，给操作者创造了良好的工作环境。使用方便，维修简单，是广大建筑施工企业理想的建筑施工机械。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，可用于港口、货场的装卸。二、本课题的目的（重点及创新点）本次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的最佳手段。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、塔身的设计、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。随着市场竞争的日益激烈，降低成本、提高产品质量及缩短产品开发周期已经成为企业生存和发展的关键。塔式起重机尤其是大吨位的塔机，其施工高度高，塔身成本占总成本的比重较大，通过塔身的结构优化，降低塔身重量是降低塔式起重机成本的关键之一。传统的设计方法，一般是根据经验选定塔身的截面尺寸、主弦杆和腹杆的截面面积以及节距等参数，然后进行校核，这样设计的塔身, 结构自重偏大，材料的利用率低，成本高，经济效益不好。塔机结构现正经历从传统设计到现代设计方法的过程。传统设计计算复杂、耗时，不利于在激烈市场竞争中缩短设计周期，提高设计质量。计算机辅助设计、优化设计和有限元法等现代设计方法受到塔机科技人员越来越广泛的重视。塔身是塔式起重机的重要组成部分,利用有限元软件ANSYS对QTZ40塔式起重机塔身进行工作及非工作状态分析计算，得到了塔身工作及非工作状态总位移分布云图、各种状态下塔身当量应力分布云图；根据分析结果对其结构进行了有限元分析法设计，有效控制了可能出现的危险，增强了设备的安全性。三、主要内容、研究方法、研究思路(五) 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）塔身的设计和计算塔身的结构形式及尺寸塔身的设计和有限元分析及计算(六) 研究方法类比法：参考国内同类型塔式起重机设计；有限元分析法：利用有限元分析软件对塔身进行设计计算。(七) 研究思路在毕业设计时,当我们收到设计任务书时首先对研究对象进行细致的调查, 收集国内外有关资料并通过对资料的调研、加工与整理了解国内外的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定设计原则。设计原则应当保证所设计的机型符合有关的方针政策。在毕业设计工作中，通过掌握正确的设计思想，综合运用多学科的理论、知识与技能在认真的科学态度和严谨的工作作风下分析并解决设计中遇到的问题。先通过整体参数的计算来确定塔式起重机的设计方案，同时了解不同塔式起重机结构的差别。再逐步确定各个装置

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