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 塔式起重机概述

塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械。在工业与民用建筑施工中塔式起重机是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的80%，普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧地减小。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、降低工程造价起着重要的作用。同时，为了适应建筑物结构件的预制装配化、工厂化等新工艺、新技术应用的不断扩大，现在的塔式起重机必须具备下列特点：

1.起升高度和工作幅度较大，起重力矩大。

2.工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能。

3.要求装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需

要。

QTZ40型自升式塔式起重机，其吊臂长40米，最大起重量4吨，额定起重力矩40吨米。是一种结构合理、性能比较优异的产品，比较目前国内外同规格同类型的塔机具有更多的优点，能满足高层建筑施工的需要，可用于建筑材料和构件的调运和安装，并能在市内狭窄地区和丘陵地带建筑施工。整机结构不算太大，可满足中小型施工的要求。

本机以基本高度（独立式）30米。用户需高层附着施工，只需提出另行订货要求，即可增加某些部件实现本机的最大设计高度100米，也就是附着高层施工可建高楼32层以上。

1.2 塔式起重机发展情况

塔式起重机是在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。欧洲率先成功，1923年成功制成第一台比较完整的塔式起重机，

在我国，塔式起重机的生产与应用已有40多年的历史，经历了一个从测绘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。1954年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试制成功了中国第一台TQ2-6型塔式起重机。随后又仿照前苏联样机，研制了15t与25t塔式起重机，这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量都较少。

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了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力耦合器等。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。1961年，首先在北京试制成功了红旗-11型塔式起重机，它也是中国最早自行设计的塔式起重机。随后，中国又自行设计制造了TQ-6型等塔式起重机，至1965年全国已有生产厂10余家，生产塔式起重机360多台。这些塔式起重机都是下回转动臂式，可整体托运，能满足六层以下民用建筑施工的需要。

20世纪七十年代，塔式起重机服务对象更为广泛。塔式起重机的幅度、起重量和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。1972年中国第一台下回转的轻型轮胎式轨道两用起重机问世；同年为了北京饭店施工，中国又自行设计制造了QT-10型自升式塔式起重机，该机的起重力矩为1600kN·m。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限位开关触头的压键，从而切断起升机构的电源。

力矩限制器主要有传感器装置，吊臂长度检测装置，吊臂仰角检测装置，运算系统及显示部分和执行机构所组成。力矩限制器通过检测装置当时的吊臂长度和吊臂对水平面的倾角，并输入到运算系统内，计算出当时的工作幅度，然后根据相应的“幅度-起重量特性曲线”计算出当时允许起升的最大载荷，并以此作为额定值。装设在变幅液压缸上的传感器装置测得反应总力矩的信号，送入运算系统内，经过计算后得出起升载荷的实际值。当实际值大于额定值时，起重机已处于危险工作状态，这时力矩限制器会发出声响和灯光警报。

5. 风速仪

风荷是塔式起重机的基本载荷，风荷与风速有关，还会随高度升高而增大。因此，风速仪是一种极其重要的安全预警装置，对每台自升式塔式起重机均是必备之物。

风速仪应安装在塔机顶部至吊具最高位置间的不挡风处。

6. 钢丝绳防脱装置

GB5144《塔式起重机安全规程》规定：滑轮、起升卷筒及动臂式塔机的变幅卷筒应设有钢丝绳防脱装置，该装置与滑轮或卷筒侧板最外缘的间隙不得超过钢丝绳直径的20% 。

除此之外还有许多电子安全装置，用以保证工人工作的安全，使他们在安全、舒适的环境下工作。

7. 电气系统

电气系统是塔机最重要的组成部分之一。电气系统的设计直接关系到塔机使用的可靠性。

塔机的电气系统是由大量的电气元件组成的，从设计角度讲，可以简单地为三个组成部分：

1）驱动元件部分，如电动机、电磁联轴节、电磁离合器、电磁制动器、涡流制动器；

2）控制元件部分，如接触器、中间继电器、延时继电器、整流器、变压器、电阻器、电容器、断路器、主令控制台、按钮；

3）保护元件部分，如过电流继电器、熔断器、相序保护器、压敏电阻、以及限位器等装置。

2.3 总体设计原则

2.3.1 整机工作级别

塔式起重机的工作级别与它的利用等级（工作频繁程度）和载荷状态（受载荷的轻重和频繁程度）有关。

根据使用状态由GB/T 13752-92《塔式起重机设计规范》P60附录C表C1选取本次设计的QTZ40自升式建筑用塔机的利用等级为U4(经常轻负荷使用)，载荷状态为Q2（中—有时起吊额定载荷，一般起吊中等载荷），起升等级为HC2，工作级别为A4,名义载荷谱系数Km=0.25。

2.3.2 机构工作级别

根据GB/T 13752-92《塔式起重机设计规范》规定：

机构的工作级别按机构的利用等级和载荷状态分为六级：M1- M6。

机构的利用等级按机构工作总时间分为六级：T1- T6。机构工作总时间规定为机构在设计寿命期内处于运转的总小时数，它仅作为机构零件的设计基础，而不能视为保用期。

机构的载荷状态表明机构受载的轻

主要参考文献

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【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

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【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

内容简介：: 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

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