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QTZ40塔式起重机的臂架优化设计开题报告.doc

QTZ40塔式起重机的臂架优化设计【13张CAD图纸-3A0+毕业论文】

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关键词：: qtz40 塔式起重机臂架优化设计 cad图纸毕业论文

资源描述：

QTZ40塔式起重机的臂架优化设计

89页 33000字数+说明书+任务书+开题报告+13张CAD图纸【详情如下】

QTZ40塔式起重机的臂架优化设计开题报告.doc

QTZ40塔式起重机的臂架优化设计说明书.doc

上弦杆.dwg

下弦杆.dwg

下接头.dwg

中文摘要.doc

任务书.doc

加强板.dwg

加强筋.dwg

吊点轴.dwg

吊臂总图.dwg

实习报告.doc

封皮.doc

封面.doc

拉板组.dwg

支座板.dwg

目录.doc

第七节臂.dwg

第二节臂.dwg

英文摘要.doc

轴套.dwg

销轴.dwg

第二节臂.gif

第七节臂.gif

吊臂总图.gif

吊点轴.gif

加强板.gif

加强筋.gif

拉板组.gif

全部文件.gif

上弦杆.gif

下接头.gif

下弦杆.gif

销轴.gif

支座板.gif

轴套.gif

第1章前言1

1.1 概述1

1.2 发展趋势·1

第2章总体设计2

2.1 概述·2

2.2 确定总体设计方案2

2.3 总体设计原则·29

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·33

2.7 整机的抗倾覆稳定性计算·43

2.8 固定基础稳定性计算·49

第3章吊臂的设计计算50

3.1 分析单吊点与双吊点的优缺点·50

3.2 吊臂吊点位置选择51

3.3 吊臂结构参数参数52

3.4 有限元模型建立过程的几点简化53

3.5 吊臂结构的有限元分析计算54

3.6 计算结果分析69

3.7吊臂强度校核76

3.8 吊臂稳定性校核·76

毕业设计小结87

致谢88

参考文献89

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 ANSYS10.0Abstract

Refers 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.

According to the entire machine main performance parameter, various organizations type and the steel structure pattern has been determined. The design parameter of operating modes which are composed of nose increase, the cross center increase and the root increase. Through the suitable simplification to the lazy arm, the lazy arm finite element model is establishment applied ANSYS10.0 software, and then exerted various operating modes load, carried on the solution. Then ANSYS10.0 software can calculate various pitch points stress situation, various units receive the axial stress size, and the lazy arm distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the process of the lazy arm increase. It has clearly displayed the lazy arm stress performance under various operating modes.

Through the revision for model parameter, the analysis comparison is carried on the different model. Because the stress condition and rigidity condition of different model is compared under the same operating mode, and the generalized analysis intensity and the rigidity condition is carried on, a most reasonable model parameter can be obtained, though the intensity and the rigidity examination regarding this model, then the final parameter result of the lazy arm can be obtained.

Key words: QTZ40 tower crane Lazy arm Finite element analysis ANSYS10.0

毕业设计小结

毕业设计是大学四年中最合实际的一次理论与实践相结合的过程，是对我们四年大学生活中所学知识的检查，同时也是四年所学知识的综合运用与提高，也是为我们将来走向社会能更好的适应社会工作的一次大练兵。此次设计的目的在于巩固和扩大我们在校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。从最初的选题，开题到计算、有限元建模、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改有限元命令流，修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

通过这次设计实践，我了解了塔式起重机的用途及工作原理，熟悉了塔式起重机的设计步骤，自学了ANSYS10.0软件，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力以及相关的各个方面都有很大的提高。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

虽然在设计中遇到了不少问题，但通过老师的辅导和自己的努力，问题不断得以解决，在毕业设计过程中，个人的设计和老师的耐心辅导是相辅相成的，这样可以启发我们的设计思维，拓宽我们的设计思路，并且在设计中深深体会到了作为一名设计工作者的辛苦和执着，提高了我们综合运用所学知识和查阅各种资料的能力，使我们受益匪浅。我努力设计，达到了毕业设计任务书中的要求，这样不仅仅是解决了设计中的难题，更重要的是通过一次次的解决难题来弥补了自己学习上的不足之处，这样又学到了许多新的知识，为自己即将走上工作岗位，可以说是打下了扎实的基础。通过这次毕业设计，我对自己又有了一个新的认识，我确信自己在新的工作岗位上一定会尽自己的一份力，发自己的一份热，迎接工作中的种种挑战。在此，请允许我向曾经给与我们无微不至的关怀、支持和帮助的老师说一声：“老师，您辛苦了！”

虽然设计做完了，但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如在设计中的各个环节当中，不可能做得十分细致，难免会有这样或那样的错误和漏洞；缺乏综合应用专业知识的能力；对材料的性能了解不深刻等等。在这还请老师给予理解和原谅，并欢迎老师和同学批评指正并提出宝贵意见。

通过这次设计实践，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国机械工业添上自己的一份微薄之力。

最后，让我再次向耐心辅导和给予我们支持的毕业设计辅导老师以及给予我很大帮助的同学表示最衷心的感谢！

致谢

本设计是在各位指导老师和辅导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。他们不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向各位老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业设计小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个个的困难和疑惑，直至毕业设计顺利完成。

在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有很多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!另外，我还要特别感谢李常胜李老师在设计和有限元方面解决一个又一个的问题。最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

参考文献

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[2] 董刚、李建功主编.机械设计.机械工业出版社

[3] 成大先．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/5144—94 塔式起重机安全规程．

[10] JG/T1 5037—93 塔式起重机分类．

[11] 孙在鲁. 塔式起重机应用技术. 北京：中国建材工业出版社. 2003.

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[13] 李柱，徐振高．互换性与测量技术．北京：高等教育出版社．2002．

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[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] 范俊祥．塔式起重机．北京：中国建材工业出版社．2004．

[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．

内容简介：: 导师课题课题类别工程设计（一）塔式起重机的研究现状及发展趋势塔式起重机是现代工业与民用建筑的重要施工机械之一。在高层建筑施工中，它的幅度利用度比其他类型起重机高。塔机由于能靠近建筑物，其幅度利用率可达整体幅度的80。塔式起重机的变幅及回转机构是可以同时实现重物在垂直方向和水平方向移动的机构，所以可以扩大起重机的工作范围，提高生产率。应用塔机对于加快施工速度、缩短工期、降低工程造价能够起到重要作用。塔式起重机已经成为建筑工程业必要的技术装备，成为衡量建筑工程业生产力水平高下的重要标志之一，成为加快工程建设、确保工程整体质量、降低工程造价、提高社会效益与经济效益的重要手段。塔机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。自塔式起重机在建筑施工中显露身手并逐渐成为工程机械一个重要分支以来，已经有50余年历史，其间利经了曲折复杂的发展阶段。70年代末，由于种种原因，国外塔式起重机制造业陷入了低谷，不少中小工厂纷纷停业或转产，仅少数大厂得以维持。直至80年代末才呈现逐渐复苏态势，1994年为复苏年头，复苏势头最好的国家为德国。据有关资料介绍，在塔机制造业鼎盛的70年代，西德拥有各式塔机48500台，80年代总量减至1/3，而近几年，东西德合并，基建规模扩大，塔机产量上升，现有塔机近40000台，其中半数机龄不足5年。我国的塔机行业于20世纪50年代开始起步,相对于中西欧国家由于建筑业疲软造成的塔机业的不景气, 我国的塔机业正处于一个迅速的发展时期。到20世纪90年代以后，塔式起重机行业随着行业建筑任务的增加而进入了新兴时期，年产量连年猛增，而且也有部分产品出口到了国外。全国塔式起重机的拥有总量也从20世纪50年代的几十台到2000年的60000台左右。至此，无论从生产规模、应用范围、塔式起重机总量等各个角度来衡量，我国都可以称为塔式起重机大国。从塔机的技术发展方面来看，虽然新的产品层出不穷，新产品在生产效能、操作简便、保养容易和运行可靠方面均有提高，但是塔机的技术并无根本性的改变。塔机的研究正向着组合式发展。所谓的组合式，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔身分解成若干部分，并依据系列化和通用化要求，遵循模数制原理再将各部分划分成若干模块。根据参数要求，选用适当模块分别组成具有不同技术性能特征的塔机，以满足施工的具体需求。推行组合式的塔机有助于加快塔机产品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。当前塔机的发展具有如下一些特点和趋势：1、吊臂长度加长在六十年代初，吊臂长度超过40m的较少，七十年代吊臂长度已能做到70m，快速拆装下回转塔式起重机的吊臂长度可达35m。自升式塔式起重机吊臂是可以接长的，标准臂长一般为3045m，可以接长到5060m。重型塔式起重机吊臂则更长。吊臂加长可带来更好的技术经济效果。随着塔式起重机设计水平的提高，能解决由臂长加大带来的一些技术问题(如安装和运输问题)。低合金高强度钢材及铝合金的广泛采用亦为加长吊臂提供了非常有利的条件。2、工作速度提高，且能调速由于调速技术的进步，滑轮组倍率可变，双速、三速电动机及直流电动机调速的应用，使塔式起重机工作速度在逐渐提高。起升机构普遍做到至少具有3种工作速度，重物起升速度超过100mmin者也很多。构件安装就位速度可在0-10mmin范围内进行选择。回转速度一般可在0-1rmin之间进行调节。小车牵引和塔式起重机行走大多也有2-3种工作速度，小车牵引速度最快可达60mmin。3、改善操纵条件随着塔式起重机向大型、大高度方向发展，操纵人员的能见度愈来愈差。因此需要在吊臂端部(动臂变幅)或小车上(小车变幅)安装电视摄象机，在操作室利用电视进行操作。有的还采用了双频道的无线电遥控系统，不但可由地面的操作人员控制吊装；还可根据事先编排的程序自动进行吊装。4、更多地采用组装式结构为了便于产品的更新换代，简化设计制造、使用与管理，提高塔式起重机使用的经济效益，国外塔式起重机专业厂已做到产品系列化，部件模数化。以不同模数塔身，臂架标准节组合成变截面塔身和臂架，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，为降低成本，简化管理创造了条件。（二）ANSYS介绍有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域-飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。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。 ANSYS作为一个大型通用软件，广泛应用于结构、流体、声场、热、耦合场、电磁场上面，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、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）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、走向工作岗位打下良好的基础。塔机臂架作为塔机的工作装置,在塔机产品的设计内容中处于核心地位, 采用有限元分析的方法进行塔机臂架的设计计算将会极大地提高设计效率、保证其设计质量。我们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。三、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）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。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起升系统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）绘制出各主要部件的图形图和总装图。明确产品的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,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对塔机总体及臂架结构进行快速校核分析。四、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 臂架设计2013.5.16-2013.6.5 绘制塔身装配及结构图纸2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸2013.6.20-2013.6.21 准备论文及答辩五、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

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