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15张CAD图纸与说明书全套资料 QTZ40 塔式起重机 总体 塔顶 优化 设计 15 CAD 图纸 说明书 全套 资料

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内容简介：

为了预测焊缝几何形状而进行的数学模型的研究 摘要在最近的几年中，自动化焊接或机器人焊接系统使用的比例显著增长，为了进一步开发这些系统，研究模型的相关焊接工艺参数对焊缝的几何形状的预测是必需的。为了获得焊缝的几何形状与焊接工艺参数的关系，需要改变AS 1204指令下在12mm厚的低碳钢制造的部分渗透、单通、珠板焊缝的大量焊接工艺参数，将此实验结果与输入变量输入到已经发表的公式中获得的输出结果进行比较。此试验结果还能被用于开发一个数学模型用来解释气体保护焊（GMAW）工艺参数变量和焊缝几何形状之间的关系，进而使用最小二乘法理论，以期望的焊缝尺寸为基础，计算线径、焊接电压、焊接速度、电弧电流等焊接工艺参数。（版权所有1996年加拿大矿业和冶金研究所。由Elsevier科学有限公司发布）。 命名法 D线径 H焊缝高度 I电弧电流 Q热量的传入速度 P焊缝渗透 焊缝渗透的估算 S焊接速度 T熔化温度环境温度 时间 V焊接电压 焊缝宽度 焊缝宽度估计 实验结果 理论结果 百分误差 容积热容量 散热 热输入效率简介 由大量的焊接焊缝的工艺参数的差异导致的焊缝几何形状的不同可能会影响产品质量、生产效率和成本效益。因为涉及大量的参数，所以气体保护焊焊接工艺参数和焊缝几何形状之间的关系是非常复杂的，现在人们只能尝试预测和理解气体保护焊焊接参数变量对焊缝几何形状的影响。这些尝试包括：基于热流理论的理论研究法和基于实际焊接过程的经验法。焊接研究所早期曾尝试应用统计方法评估埋弧焊变量和焊缝几何形状之间的关系，并取得了很大的成功。然而，此研究方法获得的结果是不完整的，并且在车间应用或解释埋弧焊工艺过程的特征时是没有价值的。另一种方法是一个被称为公差盒方法的优化过程，使用它对焊接工艺过程的选择进行优化，并涉及许多后续试验。这种技术能非常有效的提供一个解决焊接工艺过程优化问题的方法，优化焊接变量的方法常常用于变化过程中的公差和生产速率的优化，但它很难处理三个以上的变量。 Shinoda,Doherty和McGlone对1978年以前出版的这些理论进行了总结；McGlone和Chadwick用数学的方法分析了弧焊工艺变量和焊缝几何形状之间的关系。埋弧焊焊接的工艺变量包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、斜角和电极直径。在研究焊接变量和角焊缝几何形状之间的数学关系时，对于气体保护焊过程中使用的焊丝药芯种类与角焊几何形状之间的关系中也有类似的研究；Chandel的研究包括电极的极性、焊接接头的渗透程度、熔化速度和焊珠大小对气体保护焊接过程的影响；Yang等人，第一个扩展研究了焊缝沉积区域，并提出了电极的极性、扩展、电极直径、焊接电流、电弧电压、行驶速度、电源设置和通量碱度对焊缝沉积区的影响。 为了有效地利用自动化弧焊和机器人弧焊，开发一个容易编程并能把数据传送给机器人的数学模型是非常重要的。这个数学模型在满足所需焊件的机械性能的同时，还应提供焊缝的几何尺寸参数和形状的联系，并且具有高的置信度。该数学模型也可应用于各种不同厚度材料的焊接，并能适用于全位置焊接。在自动焊接系统中，数据的形式必须是可用于数学方程的形式。 本实验研究中含有获得焊接过程参数和焊缝的几何形状之间关系的关键步骤，将实验结果与输入变量输入到公式中而获得的输出变量的结果进行比较，去完善数学公式，以更好地预测气体保护焊过程中的输出，开发数学模型可以准确解释气体保护焊变量与焊缝几何部分的渗透、单通、珠板之间的联系，并最终定义数学模型方程，利用最小二乘法的理论进行计算，即允许以所需的焊缝尺寸为条件，计算焊接工艺参数。实验步骤 在这个试验研究中，焊接过程中的工艺参数变量是线直径、焊接电压、电弧电流、焊接速度，响应是焊缝宽度，焊缝高度和焊缝渗透率。其中可供选择有两个线直径（1.2和1.6毫米）、三个层次的焊接速度（25，33和41毫米/分钟）、三个层次的弧电流（180，260和360A）和三个层次焊接电压（20，25和30V）。焊接设备在先进制造中心和工业自动化生产中的作用是数据的收集和评估。该设施由Lincoln气体保护金属极电弧焊接单元和日立机器人操纵器组成。气体保护金属极电弧焊接单元包括：焊接电源、焊工远程控制单元、焊丝焊炬；日立机器人操纵器由机器人控制单元和机器人教导盒组成。焊丝焊炬的定位和运动控制通常由日立的六轴联动机器人控制器来实现。焊接电极丝的确定主要依据于加工过程中焊件的机械性能、基体金属的物理特性、焊接尺寸和现有的电极库存。直径为1.2和1.6毫米的钢丝碳含量为0.07 - 0.15，锰含量为1.00-1.50，硅含量为0.60-0.85，硫含量小于等于0.035，磷含量小于等于0.025，铜含量小于等于0.5。在气体保护焊接的工艺过程中，为了使两个样品达到平衡，两个样品常被放在相隔50毫米的两侧进行观察，以消除端部效应。在2007512mm的低碳钢的实验板上进行的焊接过程相当于在1204个由0.25的C、0.4的Si、0.04的P组成的单位中使用部分渗透，单通，珠板焊缝技术的焊接过程，因为在焊接工艺更一般的情况下这种技术能简单模拟重要的焊接工艺过程，在焊接条件的输入路径特定时，实验测试板均位于机器人控制器和机器人选择的夹具中。当输入焊机的氩气保护气体导通时，机器人便被初始化，开始W图1 W:焊缝宽度H:焊缝高度P:焊缝渗透进行焊接，一直持续到实验运行完成。在此之后，实验板可被当作电源钢锯和已加工的端面使用，特殊端面还需要被抛光并用2.5硝酸酒精蚀刻溶液使实验板显示出晶粒边界和渗透深度。配置文件投影机的图像放大倍率为10倍和20倍，用于精确测量焊缝的几何形状。最后在联系焊接几何参数和焊缝几何尺寸关系的基础上进行实验结果的分析。图1为焊缝的几何参数的研究。 表1 机器人和方程的模型分析误差估计水平相关复映系数决定系数焊缝宽度焊缝渗透深度0.502340.345210.7020.60350.69620.596 结果与讨论 假如在预测过程中假设焊缝完全穿透，并且板焊传热只在板的平面中进行，那么理论上可在导电传热研究的基础的上准确预测焊缝几何形状，。Robers和Wells估计焊缝宽度可以通过下式计算得到： 焊缝渗透深度常被假定等于焊缝宽度的一半，焊缝横截面为半圆形。假设材料参数值是: ：试验结果图2 计算焊缝宽度 比较测量和计算焊缝宽度在气体保护焊焊接过程中，由产品决定气体保护焊焊接过程中的热输入速率。当焊接钢时，焊接工艺参数的值是由焊接电压、电弧电流、电极延伸和不同的保护气体决定的，实验所得焊缝的宽度一般大于理论的焊缝宽度，而实验所得焊缝渗透深度却通常低于理论焊缝渗透深度。线性回归分析常用于实验结果与理论计算结果的二维（2D）数学模型的分析，所获得的结果如下： (2) (3) 表1示出标准的误差估计、多个相关性系数、上述相应模型描述的决定系数，这两个方程的复相关系数的值分别为0:702和0.6035。值得注意的是，方程（2）的复相关系数高于方程（3），焊缝的几何尺寸的测量和计算值散点图如图2和图3所示，使用线性回归方程绘制出最佳的线。从图2和图3，可以发现，方程（2）和（3）有一种高估了焊缝渗透，低估了焊缝宽度的趋势，Christensen等人发现了类似的结果。此外，Friedman和Glickstein分析表明，在固定氩弧焊中较大直径的热源往往增加焊缝宽度，减少焊缝渗透。图4 无量纲的焊缝宽度的测量尺寸：测量焊缝宽度：计算焊缝宽度 :试验结果图3 计算焊缝渗透深度 比较测量和计算焊缝宽度Christensen等人发表的理论无量纲图表显示出了各种焊缝尺寸与焊缝工艺参数，他们宣称他们的这个模型在点源方程的假设下和一定的限度内适合所有材料的焊接组合。此实验是在假设了一个三维的导热组态下进行的，将此实验结果与Christensen等人得到的实验结果相比较，并用无量纲的参数绘制实验结果的点图，图4示出了无量纲的焊缝宽度。即使散射的理论成果相当可观，实验的无量纲焊缝宽度和理论的无量纲焊缝宽度之间的合理讨论也会存在。从图 5看出，它的理论结果超过了估计的焊缝渗透。此外，从上面的比较很明显的看出，在各种型号模型的基础上准确合理预测的焊缝几何形状，需要调整焊接参数以使焊缝几何形状更好地与实验结果相符。由于传导，对流，辐射传热和大量传热都包括在气体保护焊中，因此准确的分析模型的发展趋势是非常复杂的，并且有时分析结果与两种闭环控制或自适应控制的目的相矛盾。这时，应考虑用一个回归模型来代替分析模型对焊缝几何尺寸进行准确的分析。 图5 ：测量焊缝渗透 ：计算焊缝渗透：焊缝高度：焊缝渗透：焊缝宽度 由Chandet发表的气体保护焊工艺中的经验公式也被用来预测焊缝几何特征。在生产54焊缝的过程中，常用矩阵设计和矩阵处理的方式将每个方程结果输入到上述经验公式中。将Chandel方程的精确结果与实验结果进行比较，把每个焊缝宽度，焊缝高度和焊缝渗透的结果绘制在分散点图中，理论结果描绘在X轴上，实验结果描绘在Y轴上，还有一条与标绘点拟合最佳的线。显而易见，没有一条线能在一定精度内合理地预测实验值。然而，当这些数据点的值绘制成散点图时，会出现确定的相关性。在一定的百分误差内基于理论结果预测实验结果时常采用这种方法，精确的理论结果的计算常按下式进行计算 ： （4）图9 Chandel方程的精确分析这是将这些组的结果分为：0至5，5 至10，10至20，20至30，30至40，40至50和50以上七类的依据，这个焊道尺寸（焊缝宽度，焊缝高度和焊缝渗透）的分析结果示于图 9。 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顶优化设计 系： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其制动化 班级： 机092 姓名： 刘 伟 学号： 2009307226 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：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） 塔顶的设计和计算: 塔顶的形式及尺寸 塔顶的强度、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：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），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 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 8 张质文，虞和谦等. 起重机设计手册. 北京：中国铁道出版社.1997. 9 机械设计手册 （第1卷）（新版）机械设计手册编委会编著 10 机械设计手册 （第2卷）（新版）机械设计手册编委会编著 11 成大先主编机械设计手册（第4版）北京：化学工业出版社2002 12 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 13 刘品主编互换性与测量技术基础（第2版）哈尔滨工业大学出版社2001 14 徐灏主编机械设计手册（第2版）北京：机械工业出版社2000 15 曹双寅主编工程结构设计原理南京：东南大学出版社2002 16刘鸿文主编材料力学 （第4版） 高等教育出版社 17QTZ50塔式起重机使用说明书 18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 19范俊祥主编塔式起重机 中国建材工业出版社 20许镇宇、邱宣怀主编：机械零件 人民教育出版社 21刘佩衡主编塔式起重机使用手册 北京：机械工业出版社，2002 22中国建设部钢结构设计规范 2003.12 23黄靖远 龚剑霞 贾延林 机械设计学北京工业出版社，2002 24GB/T75144-1994 塔式起重机安全规程 25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 26邢静忠编著ANSYS应用实例与分析北京：科学出版社，2006 27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 28陈精一编著ANSYS工程分析实例教程北京：中国铁道出版社，2007.55、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顶设计绘制塔顶结构图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。河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计（论文）题目QTZ40塔式起重机总体及塔顶优化设计学 科 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机092班 姓 名 刘 伟 指 导 教 师 李常胜 辅 导 教 师 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