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QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计【带有限元文件】【15张CAD图纸-3A0+毕业论文】

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qtz40 塔式起重机 总体 塔顶优化设计 有限元文件 cad图纸 毕业论文
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QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计

102页 34000字数+说明书+任务书+开题报告+15张CAD图纸【详情如下】

QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计开题报告.doc

QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计说明书.doc

塔帽框架.dwg

塔帽装配图.dwg

塔顶有限元文件.rar

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目录

第一章前言·1  

1.1塔式起重机概述1

1.2塔式起重机的发展趋势1

第二章总体设计2

2.1 概述2

2.2 确定总体设计方案2

2.2.1 金属结构2

2.2.2 工作机构·19

2.2.3 安全保护装置·27

2.3 总体设计设计总则·29

2.3.1 整机工作级别 29

2.3.2 机构工作级别·29

2.3.3主要技术性能参数· 30

2.4 平衡臂与平衡重的计算·30

2.5 起重特性曲线·32

2.6 塔机风力计算 34

2.6.1 工作工况Ⅰ·34

2.6.2 工作工况Ⅱ·38

2.6.3 非工作工况Ⅲ·40

   2.7整机的抗倾翻稳定性·43

       2.7.1工作工况Ⅰ·44

       2.7.2工作工况Ⅱ·45

       2.7.3工作工况Ⅲ·46

       2.7.4工作工况Ⅳ·47

   2.8固定基础稳定性计算·49

第三章塔顶的总体结构和受力分析51

3.1 塔顶总体·51

3.1 塔顶尺寸设计·52

3.1 塔顶受力分析·53

第四章塔顶的模型简化和有限元分析55

4.1 塔顶模型建立的几点简化及分析过程·55

4.2 塔顶结构的有限元分析·55

4.2.1塔顶模型的建立·56

4.2.2有限元分析计算·57

第五章塔顶受力校核

   5.1 塔顶稳定性校核·98

5.2 塔顶刚度校核·99

5.3 塔顶强度校核·99

第六章毕业设计小结·100

致谢·101

主要参考文献102

摘要

  塔式起重机作为建筑施工的主要设备,在建筑等行业发挥着极其重要的作用。塔式起重机属于臂架型起重机,由于其臂架铰接在较高的塔身上,且可回转,臂架长度较大,结构轻巧、安装拆卸运输方便,适于露天作业,因此大多数用于工业与民用建筑施工。

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顶分析设计。在塔顶设计工程中,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,主要确定了塔顶的结构参数。通过对塔顶作适当的简化,应用ANSYS10.0软件建立塔顶的有限元模型,施加各工况载荷,进行求解,进而可得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顶的变形挠度大小,并能演示塔顶加载过程的动画,清晰的展现了各工况下塔顶的受力性能。

本设计为QTZ400塔式起重机总体及塔顶优化设计,主要分为以下几个方面: 首先,进行总体设计,包括平衡臂与平衡重计算、塔机风力计算和整机的抗倾覆稳定性计算;其次是塔顶的设计包括受力分析、结构简化、有限元分析、受力校核(包括校核强度、刚度和稳定性)等。

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,进而获得塔顶的最终参数结果

关键词:QTZ40型塔式起重机     塔顶    有限元分析     ANSYS10.0

   Abstract

  As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction

Based on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower top design of the QTZ40 tower crane. In the tower top 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. Through the reasonable simplification of the tower top, the tower top finite element model is established by applying ANSYS10.0 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 top distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower top, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.

The design for the QTZ400 tower crane and lifting the whole set of frame design, divided into the following aspects: First, to design, including the balance weight calculation, calculation and wind machine tower crane anti-tipping stability calculation; Secondly, tower top design, including tower top force analysis and model simplification and finite element analysis and check analysis (including strength check and stiffness check and stability check).  

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 top can be obtained.

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

第2章 总体设计

2.1 概述

总体设计是毕业设计中至关重要的一个环节,它是后续设计的基础和框架。只有在做好总体设计的前提下,才能更好的完成设计。它是对满足塔机技术参数及形式的总的构想,总体设计的成败关系到塔机的经济技术指标,直接决定了塔机设计的成败。

总体设计指导各个部件和各个机构的设计进行,一般由总工程师负责设计。在接受设计任务以后,应进行深入细致的调查研究,收集国内外的同类机械的有关资料,了解当前的国内外塔机的使用、生产、设计和科研的情况,并进行分析比较,制定总的设计原则。设计原则应当保证所设计的机型达到国家有关标准的同时,力求结构合理,技术先进,经济性好,工艺简单,工作可靠。

2.2 确定总体设计方案

QTZ40塔式起重机是上回转液压自升式起重机。尽管其设计型号有各种各样,但其基本结构大体相同。整台的上回转塔机主要由金属结构,工作机构,液压顶升系统,电器控制系统及安全保护装置等五大部分组成。

2.2.1 金属结构

塔式起重机金属结构部分由塔顶,吊臂,平衡臂,上、下支座,塔身,转台等主要部件组成。对于特殊的塔式起重机,由于构造上的差异,个别部件也会有所增减。金属结构是塔式起重机的骨架,承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷,是塔式起重机的重要组成部分,其重量通常约占整机重量的一半以上,因此金属结构设计合理与否对减轻起重机自重,提高起重性能,节约钢材以及提高起重机的可靠性等都有重要意义。

1. 塔顶

自升塔式起重机塔身向上延伸的顶端是塔顶,又称塔帽或塔尖。其功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部载荷,并通过回转塔架、转台、承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。

自升式塔机的塔顶有直立截锥柱式、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑式等形式。截锥柱式塔尖实质上是一个转柱,由于构造上的一些原因,低部断面尺寸要比塔身断面尺寸为小,其主弦杆可视需要选用实心圆钢,厚壁无缝钢管或不等边角钢拼焊的矩形钢管。人字架式塔尖部件由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。而斜撑式塔尖则由一个平面型钢焊接桁架和两根定位系杆组成。这两种型式塔尖的共同特点是构造简单自重轻,加工容易,存放方便,拆卸运输便利。

塔顶高度与起重臂架承载能力有密切关系,一般取为臂架长度的1/7-1/10,长臂架应配用较高的塔尖。但是塔尖高度超过一定极限时,弦杆应力下降效果便不显著,过分加高塔尖高度不仅导致塔尖自重加大,而且会增加安装困难需要换用起重能力更大的辅助吊机。因此,设计时,应权衡各方面的条件选择适当的塔顶高度。

本设计采用前倾截锥柱式塔顶,断面尺寸为1.36m×1.36m。腹杆采用圆钢管。塔顶高6.115米。塔冒用无缝钢管焊接而成,顶部设有连接平衡臂拉杆和吊臂拉杆的铰销吊耳,以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮,顶部应装有安全灯和避雷针。其结构如图2-1所示:

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】 The Domestic Reform of Imported Hydraulic Excavators.

【23】Computers and Structures 80 (2002) 605–614.

内容简介:
河北建筑工程学院毕业设计(论文)开题报告课题名称QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计系 别: 机械工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机092 学生姓名: 刘伟 学 号: 2009307226 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简称塔机或者塔吊,是一种机身为塔架式结构的全回转动臂架式起重机。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。塔机的工作机构有五种:起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车走行机构(行走式的塔机)。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。塔式起重机的作业空间大,主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。由于塔式起重机能够靠近建筑物,在高层建筑施工中其幅度利用率比其它类型的起重机要高,可达到全幅度的80%。而普通履带式、轮胎式起重机的幅度利用率不超过50%,并随着建筑物高度的增加而急剧减小。因此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、降低工程造价等方面起着重要的作用。2、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。3QTZ40塔式起重机的整体和塔顶简介(一) 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。 (二) QTZ40塔式起重机的塔顶简介目前,国内应用较广泛的塔机塔顶形式有固定式塔顶和片式塔顶两种,固定式塔顶的结构形式为空间桁架,其弦杆和腹杆均为实心圆钢或钢管,迎风面积和风力系数小,从而减少了水平风力,甚至可以不考虑风载荷对其的直接影响。片式塔顶为铰交的结构形式所以其不承受弯矩、只承受轴向压力,而平衡臂固接于上转台,其受力状况较为复杂,其结构形式要求平衡臂臂架必须做成空间桁架结构,或者用大型型钢(工字钢)做成片式结构,用上下两个铰点固接于塔机的上转台,与上转台形成一个固定的结构体。片式塔顶结构简单、线条流畅、外形美观大方、受力简单,塔机架设既方便又省时省力二、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。三、本课题的目的(重点及拟解决的关键问题) 塔式起重机是指能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械,具有动作间歇性和作业循环性,多用于人力不能完成的任务。塔式起重机(以下简称塔机)是一种重要的施工机械,由于具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起升高度高、操作方便以及安装与拆卸简便等优点,已成为工程建设中的主要机种之一。自升式塔式起重机的塔顶是塔机的重要组成部分,它以固结或铰结的形式连接在塔机转台上,通过拉杆分别与起重臂和平衡臂相连,承受臂架和其上部件的自重以及吊重、风载等载荷作用而产生弯矩、拉压力以及剪切力,受力状况较为复杂。近几年来塔顶失稳现象多有发生,并且常常是仅在塔顶部分发生结构性破坏。由此可见在塔机设计中,塔顶部分是一个较为薄弱的环节,其抗过载能力较差,因此有必要对塔顶结构进行分析研究,加强塔顶的强度与结构的稳定性,从而防止塔顶结构部分的破坏。 伴随着计算机技术的进步,目前国内外先进的机械产品设计制造都离不开有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)计算,在工程设计和分析中受到越来越广泛的重视,其计算结果不仅详尽,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法进行机械产品的设计计算将会极大地提高设计效率、保证其设计质量。设计者只需借助通用有限元软件建立模型并进行仿真分析,就能真实地反映机械产品的尺寸外形特征和工作过程,并进行各种类型的力学分析,尽早发现设计缺陷,从而有效地缩短研发周期,降低生产成本,使产品的结构和性能更加合理。本论文将应用有限元软件ANSYS10.0对塔机总体及塔顶结构进行快速校核分析。重点:塔机总体及塔顶结构的快速有限元校核分析。四、主要内容、研究方法、研究思路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) 塔顶的设计和计算 塔顶的结构形式及尺寸 塔顶的设计和有限元分析及计算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、 研究思路 伴随着计算机技术的进步,目前国内外先进的机械产品设计制造都离不开有限元分析(Finite ElementAnalysis, FEA)计算,在工程设计和分析中受到越来越广泛的重视,其计算结果不仅详尽,而且更具可靠性。采用有限元分析的方法进行机械产品的设计计算将会极大地提高设计效率、保证其设计质量。设计者只需借助通用有限元软件建立模型并进行仿真分析,就能真实地反映机械产品的尺寸外形特征和工作过程,并进行各种类型的力学分析,尽早发现设计缺陷,从而有效地缩短研发周期,降低生产成本,使产品的结构和性能更加合理。本文应用有限元软件ANSYS10.0对塔顶结构进行快速校核分析。五、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 塔顶设计20135.16-2013.6.5 绘制塔顶装配及结构图纸2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸2013.6.20-2013.6.21 准备论文及答辩六、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.200315 现行建筑机械规范大全北京:中国建筑工业出版社.199516 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 The Domestic Reform of Imported Hydraulic Excavators. 22Computers and Structures 80 (2002) 605614.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092班 姓 名 刘伟 学 号 2009307226 实习日期 4月13日 实习地点 张家口 实习单位 张家口建筑机械厂 指导教师 李常胜 职称 高级工程师 实习成绩 毕业实习报告1.公司概况张家口建筑机械有限责任公司前身张家口市建筑机械厂始建于1952年,是建设部定点生产建筑机械的专业厂家,是我国第一批领取塔式起重机生产许可证的企业,同时也是华北地区最大的塔式起重机生产厂。该公司技术力量雄厚,生产设备齐全,工艺工装配套,检验手段完善,具有产品设计、机械加工制造、安装调试监测、检验等能力,现有金属切削机床、焊接设备、热处理设备200余台,另配有化验室、计量检验室、X光探伤室设备。其主要产品QTZ63、QTZ50、QTZ40D、QTZ40(角钢)型塔式起重机等建筑机械产品,且于2001年12月27日通过ISO9001:2000质量体系认证,于2004年再次通过北京9000标准认证机构复审,本产品远销25个省、市、自治区、本公司塔机系列产品经多方用户使用得到广泛好评。2.实习目的毕业实习是毕业设计最为关键的环节之一,是我们理论联系实际、扩大知识面的一个过程,可以通过实地参观对塔式起重机设计有一个感性认识,了解机器的实际结构,综合运用所学理论知识和方法为完成毕业设计打下了坚实的基础;同时实习又是锻炼和培养学生能力及素质的重要渠道,培养我们具有吃苦耐劳的精神,也是我们接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径,逐步实现由学生到社会的转变,培养我们工作的能力、了解企业管理的基本方法和技能。培养面对现实问题的正确态度和独立地分析解决问题的基本能力;通过实习,认识社会的需要,发现自身差距,培养锐意创新进取的精神;培养良好的职业精神,适应毕业后实际工作的要求。 我此次毕业设计的题目是:QTZ40塔式起重机总体及塔顶的有限元分析法设计。通过毕业实习,结合毕业设计深入工厂企业实地参观与调查,在这个基础上把所学的专业理论知识与实践紧密结合起来,提高实际工作能力与分析能力,以达到学以致用的目的。3.实习内容13号上午我们塔顶设计组乘车来到了实习地点。随即而见的是两台刚从建筑工地上拆回来的塔式起重机,其中一台是QTZ40支承架为角钢的塔机;另外一台是QTZ40塔式起重机,也是我们此次毕业设计的对象,支架均采用圆钢型式的塔机。我们重点观察了QTZ40的那台,这台QTZ40塔式起重机采用塔帽结构,上回转、水平臂架、小车变幅、液压自升塔机。起重力矩为400KN/m。独立式起升高度为30米。附着高度可达120米,最大起重量为4t,工作幅度为46.8米。该机设计合理,采用有塔帽结构,安装十分方便,质量安全可靠,价格适易,在市场中深受建筑企业的欢迎,其结构件的设计符合GBT12752及相关的国家及行业标准。起升、回转、变幅、液压顶升四大机构均采用双速电机,能满足各种工况的需要,液压顶升机构用于塔身的升高及降塔。钢丝绳的选用按GB8918新标准执行。该机安全保护装置齐全、灵敏、可靠。设有力矩限制器,起重量限制器,起升高度限位器,幅度限位器,回转限位器以确保塔机的安全使用,在电器系统中设有欠压、过流、断相、错相保护以保证电机的正常工作。另外护栏、挡板、平台等安全设施齐全,符合GB5144标准要求。,我结合老师的上课给我们讲解的知识仔细观察了起重机的顶升部分,了解了如何用伸缩油缸把支承架顶上去,而后又是用什么固定,支承架上为何不直接采用2.5米的间距等等问题。由于我们是做塔顶机构的设计,所以工人师傅在讲塔顶机构时,我们尤为认真。在工人师傅的讲解过程中,我认真的观察了塔顶结构的金属桁架结构空间布置形式,仔细琢磨水平腹杆,立柱,斜腹杆三者之间的铰接点布置。事实证明,这样的实物观察对我以后的有限元模型建立过程中的节点布置问题是有很大作用。紧接着,工人师傅又给我们讲解了塔机总体各工作机构的具体形式,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QTZ500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。 通过工人师傅为我详细地讲解以后,我对自己的设计又有了更加直观深入的了解。4. 实习结果通过这次参观实习,我们受益颇多。以下是我在实习参观时所得出的的一些体会:1.了解了QTZ40塔式起重机的总体结构,重点对塔顶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;4.认真的观察了塔顶结构的金属桁架结构空间布置形式,仔细琢磨水平腹杆,立柱,斜腹杆三者之间的铰接点布置。这也是我们建立塔顶有限元模型的基础。5.实习总结 这次毕业实习进一步巩固和深化了我们所学的理论知识,弥补了以前理论教学的不足,扩大了我的视野。通过这次毕业实习使我对所学理论得到了进一步理解、巩固和深化,培养了我收集资料的能力及提高分析问题和解决问题的能力,也给我的设计带来了许多灵感。要想搞好设计,就要耐心仔细地查找与设计相关的资料和信息,它要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。此次去天力塔吊租赁公司,使我对塔式起重机有了一个比较感性和直观的认识。以前也看到一些塔式起重机,但是没有认真观察过。对于塔式起重机的印象基本上只停留在课本上的几个简单的图片上。通过本次实习,我对塔式起重机有了一个相对全面的基本认识,培养和锻炼了我的综合运用课本所学的基础理论、基本技能和专业知识,为接下来的毕业设计打下一个良好的基础,也为我毕业后走上工作岗位打下一定的基础。总之,在此,感谢老师们给我们这次难得的实习机会,使我学到了很多课本以外的知识,同时也提高了自己的能力,积累了一些宝贵的经验,受益匪浅,我在以后的工作中一定会认真努力,格要求自己,饱满的热情做好自己的本职工作。设计题目: QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计 姓 名: 刘伟 班级学号: 机092班 2009307226 指导教师: 李常胜 设计题目: QTZ40塔式起重机总体及塔顶设计 姓 名: 穆业孟 班级学号: 机091班 2009307105 指导教师: 李常胜 摘要 塔式起重机作为建筑施工的主要设备,在建筑等行业发挥着极其重要的作用。塔式起重机属于臂架型起重机,由于其臂架铰接在较高的塔身上,且可回转,臂架长度较大,结构轻巧、安装拆卸运输方便,适于露天作业,因此大多数用于工业与民用建筑施工。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顶分析设计。在塔顶设计工程中,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,主要确定了塔顶的结构参数。通过对塔顶作适当的简化,应用ANSYS10.0软件建立塔顶的有限元模型,施加各工况载荷,进行求解,进而可得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顶的变形挠度大小,并能演示塔顶加载过程的动画,清晰的展现了各工况下塔顶的受力性能。本设计为QTZ400塔式起重机总体及塔顶优化设计,主要分为以下几个方面: 首先,进行总体设计,包括平衡臂与平衡重计算、塔机风力计算和整机的抗倾覆稳定性计算;其次是塔顶的设计包括受力分析、结构简化、有限元分析、受力校核(包括校核强度、刚度和稳定性)等。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,进而获得塔顶的最终参数结果关键词:QTZ40型塔式起重机 塔顶 有限元分析 ANSYS10.0目录第一章 前言1 1.1 塔式起重机概述11.2 塔式起重机的发展趋势1第二章 总体设计22.1 概述22.2 确定总体设计方案22.2.1 金属结构22.2.2 工作机构192.2.3 安全保护装置272.3 总体设计设计总则292.3.1 整机工作级别 292.3.2 机构工作级别292.3.3主要技术性能参数 302.4 平衡臂与平衡重的计算302.5 起重特性曲线322.6 塔机风力计算 342.6.1 工作工况342.6.2 工作工况382.6.3 非工作工况40 2.7整机的抗倾翻稳定性43 2.7.1工作工况44 2.7.2工作工况45 2.7.3工作工况46 2.7.4工作工况47 2.8固定基础稳定性计算49第三章 塔顶的总体结构和受力分析513.1 塔顶总体513.1 塔顶尺寸设计523.1 塔顶受力分析53第四章 塔顶的模型简化和有限元分析554.1 塔顶模型建立的几点简化及分析过程554.2 塔顶结构的有限元分析554.2.1塔顶模型的建立564.2.2有限元分析计算57第五章 塔顶受力校核 5.1 塔顶稳定性校核985.2 塔顶刚度校核995.3 塔顶强度校核99第六章 毕业设计小结100致谢101主要参考文献102 Abstract As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. Whats more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil constructionBased on the design of the similar tower crane, this design is composed of the system design and the tower top design of the QTZ40 tower crane. In the tower top 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. Through the reasonable simplification of the tower top, the tower top finite element model is established by applying ANSYS10.0 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 top distortion size under various operating modes. Also it can dem
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