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SWQ3000型双桅杆起重机设计【11张图/23000字】【优秀机械毕业设计论文】

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SWQ3000型双桅杆起重机设计【石油】【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

A0-总装配.dwg

A0-立体图.dwg

A1-标准节.dwg

A1-活塞总成.dwg

A1-空心千斤顶.dwg

A1-钢体总成.dwg

A3-工具锚.dwg

A3-横杠2.dwg

A3-法兰.dwg

A3-锁片.dwg

A3-顶升横杠.dwg

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关键词：: swq3000 桅杆起重机设计石油优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,45页,23000字左右.
PPT答辩稿.ppt
中文翻译.doc
开题报告.doc
英文期刊.doc
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图纸共11张,如下所示
A0-总装配.dwg
A0-立体图.dwg
A1-标准节.dwg
A1-活塞总成.dwg
A1-空心千斤顶.dwg
A1-钢体总成.dwg
A3-工具锚.dwg
A3-横杠2.dwg
A3-法兰.dwg
A3-锁片.dwg
A3-顶升横杠.dwg

开题报告表
课题名称 SWQ3000型双桅杆起重机设计

在现代石化、建筑安装工程中，大型起重设备应用越来越广泛。但常用的运输起重机在狭窄的区域难以使用，这就需要采用桅杆式起重机等。随着大型设备和部件的增多，对超大起重量桅杆式起重机更加需求。SWQ30000双桅杆起重机就是考虑发展需要创新设计的。SWQ3000型双桅杆起重机这种大型的起重设备采用了新型的双塔并行分节顶升，每个标准节的高度相同，最大起升高度120米，可以根据安装的要求调整自身的高度。
起重机的主体金属结构采用杆系结构，每组桅杆钢结构采用四根主腹杆承载和外加弦杆提高整体稳定性的结构。水平工作台采用箱梁结构以便于设备的安装以及人员的操作，两桅杆两端采用铰接结构固定，消除了提升重物时带来的附加弯矩，在很大程度上改善了桅杆的受力状况。
现在许多超大型构件的安装多是用液压方法实现的，本次设计的起重载荷较大，因此采用超大吨位液压空心千斤顶起重技术，4组钢丝绳液压提升系统，每组液压提升系统提升载荷8000N，属于行业首创；液压系统由4台液压泵站提供额定35MPa的系统工作压力；额定提升速度为8m/h；承载钢丝绳(左.右旋向各半)数24根。液压空心千斤顶同步起重技术装置不仅可实现大吨位重物的顶升，而且顶升平稳、可靠、安全性好。液压空心式液压提升装置是一种新型特殊的起重设备,其结构以及起重原理与常规起重设备不同。每次吊装前,应根据吊装工艺要求,在每个吊点提升要求高度上的主梁上相应布置液压空心千斤顶,再在液压千斤顶活塞上端相连接的上锁紧机构和与千斤顶本体下端相连接的下锁紧机构之间穿越承载钢丝绳,承载钢丝绳通过工具锚与被吊重物连接。在实际吊装时,以液压泵站为动力源单元,其得到电气控制单元发布的信号后,向液压千斤顶单元提供高压液压油,推动中心穿有承载钢丝绳的液压千斤顶活塞作往复运动,使钢丝绳在与活塞杆上端固接的上锁紧机构和与千斤顶缸体下部相连的下锁紧机构之间进行交替转换、卡紧,通过承载钢丝绳进行载荷交替，从而通过承载钢索的升降带动被吊物的上升或下降。

SQW3000型桅杆起重机的安装和提升过程都由电气系统控制控制，以达到自动控制与检测，保证提升过程中的平稳性和提升质量。在提升过程中有人员进行监控，防止设备故障引起事故，保证人员及设备安全。
本次设计采用三维仿真设计软件SolidWorks ，用于双桅杆起重机的结构设计与结构有限元的受力分析。结构设计完全采用计算机三维设计，在 solid works 下对整个结果进行精确建模、整个模型采用参数化设计，设计效率高，可修改性强。设计过程中采用 Cosmos 进行同步有限元分析，及时发现结构设计问题并对其进行优化设计。采用有限元可视计算能较真实地模拟结构计算模型，解决手工计算不能解决的空间结构超静定问题，建立的计算力学模型符合实际，计算结果精度高,起重机整体变形、各杆件受力一目了然，便于多工况计算和修改,这些特点是传统手工计算所不及的。有限元法能针对起重机实际使用的结构边界条件进行定量的分析计算，为设计提供丰富的、反映实际工况的计算结果，并可配有丰富的动态图形显示功能。对于大型起重机和特殊、关键零部件的设计计算及局部应力分析。采用有限元可视计算能较真实地模拟结构计算模型,解决手工计算不能解决的空间结构超静定问题，建立的计算力学模型符合实际,计算结果精度高,起重机整体变形。各杆件受力一目了然,便于多工况计算和修改,这些特点是传统手工计算所不及的。采用有限元法更具有优越性。
最后在经过方案对比、综合考虑效率与经济性和各部分的详细设计后，将绘制设计机器总体图、标准节图、液压千斤顶装配图、主要零件图、机器立体图等，折合0号图纸5张以及包括对双桅杆起重机的整体结构性能、主要结构的参数的确定等详细细节的任务书，并且对桅杆起重机的整体安全性进行分析。

摘要

在现代石化、桥梁、建筑安装工程中，大型起重设备应用越来越广泛。但常用的履带式起重机在狭窄的区域很难发挥作用，需采用桅杆式起重机等。随着大型设备和部件的增多，对起重量大于10000kN桅杆式起重机的需求日益紧迫。本设计所提出的SWQ30000双桅杆起重机就是考虑发展需要创新设计的。通过查阅资料、比较各种方案，确定了SWQ30000双桅杆起重机的结构、工作方式及安装的方案。该方案采用了新型的双塔并行分节顶升和超大吨位液压空心千斤顶起重技术，并采用起重量和起吊位置智能控制。
在设计中，对桅杆金属结构的整体强度进行了有限元仿真分析，准确的反映了起重机金属结构的整体以及每根杆件的受力状况。对SWQ3000双桅杆起重机的超大吨位液压空心千斤顶的提升部分实现连续提升动作的工作原理及方案予以了详细的阐述。最后对SWQ3000型双桅杆起重机的总体和部件进行了设计和计算。

关键词：双桅杆起重机；空心液压千斤顶；顶升机构；钢丝绳；有限元分析

Abstract

The application of large lifting equipment is getting wider and wider in petrochemical industry, bridgesandbuilding installation. But groovy crawler cranes are very difficult to give full play to their function, so it is time to use mast crane, etc. With the increasing of large equipment and component parts，the demands for mast cranes which can hoist more 10000 kN weight increasingly pressure. SWQ 30000 double mast crane in this paper is designed because the development needs creation design. By looking for references and project contrasting, the project of framework，operating mode and installation scheme are confirmed. A late-model parable two – tower lift-up technology and great large tonnage hydraulic operating gear lifting technique are used in this project. The weight and positions controlling technique are used, too.
In designing process, fem simulative analysis is used in metal structures analysis of global strength and analysis of each bar loading. the principle and working scheme of continuous hydraulic lifting are described in detail. Last, design and calculation of SWQ 30000 double mast crane collectivity and component parts are gived.

Key words：double mast crane；hollow hydraulic operating gear；climbing mechanism；steel wire rope；finite - element method
概述 1
第1章双桅杆起重机方案的确定 4
1.1桅杆起重机的金属结构 4
1.1.1桅杆起重机的安装方式 4
1.1.2两桅分离式 4
1.1.3 伸缩式三脚桅杆 5
1.1.4 型钢组合斜架和型钢桁架结构立架 6
1.1.5 箱形斜架和钢桁架结构立架 6
1.1.6 方案对比确定 6
1.2 提升方案的确定 9
1.3 本章小结 9
第2章桅杆金属结构设计 10
2.1 金属结构设计 10
2.1.1 金属结构概述 10
2.1.2 起重机金属结构 11
2.1.3 起重运输机金属结构的工作类型 13
2.1.4 对起重运输机金属结构的要求 15
2.1.5 起重运输机金属结构的材料 16
2.2 金属结构的受力分析 19
2.2.1 建立模型 19
2.2.3 有限元分析 19
2.2.4 风载荷计算 20
2.2.5 计算风载影响 22
2.3 本章小结 23
第三章液压空心钢索千斤顶 24
3.1 液压空心钢索千斤顶提升结构设计 24
3.1.1 液压空心钢索千斤主要组成 24
3.1.2 提升原理 24
3.1.3 钢丝绳选用 26
3.1.4 工具锚及锁片的设计 27
3.1.5 液压空心钢索千斤顶主提升油缸设计 28
3.1.6锁紧油缸的主要参数 34
3.1.7行程时间控制及油口 36
3.1.8 密封件选用 37
3.2　电气控制 37
3.2.1 控制系统 37
3.2.2 PLC顶升系统及其工作原理 38
3.2.3 计算机自动控制系统 38
3.3 本章小结 39
结论 40
参考文献 41
致谢 42

SWQ3000型双桅杆起重机设计

内容简介：: 指导教师 : 赵伟民设计人 : 李云峰课题来源青岛中石化第七建设公司海外施工开发项目设计背景在现代石化、桥梁、建筑安装工程中，大型起重设备应用越来越广泛。但常用的履带式起重机在狭窄的区域很难发挥作用，需采用桅杆式起重机等。随着大型设备和部件的增多，对起重量大于 10000设计所提出的主要应用：石油、化工行业的安装工程建筑安装安装、拆卸方便；占用空间较小；采用了新型的双塔并行分节顶升。超大吨位液压空心千斤顶起重技术起重量大、定位精确；技术参数 1）起升高度 120m； 2）液压千斤顶 4； 3）液压泵站 /台 4； 4）电气控制系统套 1； 5）液压千斤顶结构形式；穿心式； 6）单组提升力 8000 7）标准配置总提升力 32000 8）液压千斤顶工作行程 500 9）液压系统额定工作压力 35 10）承载钢丝绳 (左数 24根； 11）额定提升速度 8m/h 。起重机金属结构液压千斤顶提升系统双塔并行分节顶升 : 利用汽车吊安装底节、两标准节、顶节、顶端外框架、主梁；一侧千斤顶伸缸将横杠支撑在底架外侧的临时支撑板上，带着顶端外框架、主梁升 5米；另一侧千斤顶伸缸将横杠支撑在底架外侧的临时支撑板上，带着顶端外框架、主梁再升 5米；对应的一侧千斤顶空载缩缸；利用外框架顶端的卷扬机吊装第 1节标准节段，进行安装就位。为提高整体的稳定性腹杆的设计采用交叉式；采用顶端铰接方式，消除了由于载荷所带来的附加弯矩。起重机金属结构的标准节铰接处理结构处理：塔身主要是钢管组成的混合结构。为使结构分析更接近实际状态，将塔身钢管全部按杆元分析，在焊接情况下，主肢、腹杆等连接不易发生松动。因此，杆元之间的连接全部采用刚接。受力分析液压绳缆千斤顶系统采用液压千斤顶和中央控制台并通过纲丝绳来提升、降低或牵引设备的起重装置 . 千斤顶具有极强的推举力，利用电子计算机对成群的千斤顶的液力和行程进行同步的分配与控制，以拉动钢绞线，并应用预应力锚具和 “ 猴子爬杆 ” 的原理，对钢绞线进行反复的收紧和固定，以达到使数百吨、甚至数千吨的重物 ,按预定要求平稳地整体提升安装就位 . 提升钢丝绳的选用 : 法尔福钢绳（上海）有限公司的改进型系列。该钢丝绳外部由 10个异型股组成钢丝绳。内芯和外股的力矩在受到外力作用下，几乎完全抵消，从而使得钢丝绳本身不产生旋转。液压空心千斤顶主要部分上锁紧主提升下锁紧提升原理液压提升器的工作原理是利用钢丝绳与锁片把重物与提升千斤顶连接起来，通过千斤顶活塞与油缸沿钢丝绳的相对运动和上下锁紧部分交替夹紧与松开，将钢丝绳向上拉或向下放，使重物上升或下降。锁片与锚具配合锁紧部分锁紧部分工具锚主提升油缸活塞配合缸筒应力分析锁片受力分析工具锚应力分析结论感谢各位老师的审阅！希望老师给与指教！中国机械第十卷 , 第四期 1994年十一月国际标准期刊编号中国北京工程出版社出版美国纽约出版社出版桁架结构最优化的两个公式的数学性能程耿东蒋铮 (大连理工大学 ,大连 116024,中国 ) 摘要 :这篇文章研究了在多重载荷和应力约束的条件下桁架结构的最优化。这篇文章里指出由于在传统公式里零交叉区域里应力公式的缺失而导致的从桁架结构最优化的数学运算中删除或者增加杆是相当困难的。在这个新的公式中，我们用新的约束代替应力约束。这个新的约束具有与应力约束相同的特性，但是在封闭的零交叉区域是连续的。新的公式使我们利用现有的件和数学设计方法拓扑最优化问题。桁架结构的最优化的许多例子都应用了鲍威尔的变量方法。对比桁架结构最优化的两个公式的数学性能。传统的数学运算法则不能应用并且停留在并非最优化的解决方法上。在新的公式中杆的增加或删除都是通过理论推导并且局部优化，甚至通过反复运算可以得到全局优化。关键词 : 桁架设计 ,结构优化 ,拓扑优化 ,数学运算结构拓扑优化是一个最有挑战性的结构优化任务。一个基本的困难就是结构模型本身和设计空间在结构优化过程中要满足各种情况。自从拓扑最优化被应用以来，这领域的工程师和科学家极大地节约了材料提高了利用率。被出的这个基础的结构方法被在桁架结构最优化方法中起着重要作用的。用这种方法，对于给定的固定节点 ,包括支承节点和承载节点，杆都在每两个节点间被引入以获得一个被称为基础结构的初始拓扑优化设计。基于基础结构这个概念，桁架结构最优化可以数学的方法阐明。如果设计问题是一个在单载荷作用下的整体崩溃载荷下的最小重量问题，我们可以线性的解决这个问题并且可以应用这个单一的方法去找出最优的设计方案。自从相容性条件已经不被考虑，这个公式不能延伸应用到多载荷、应力限制和载荷限制条件下的弹性桁架拓扑最优化。考虑多载荷、应力限制和载荷限制，基于基础结构方法的传统公式必须公式化的表达结构拓扑优化作为结构尺寸优化，将杆的下界置于横截面到零点并且应用非线性的设计方法。在反复的计算过程中，如果某个杆的横截积变的非常小，我们就从基础结构中删除它然后继续反复计算。杆一旦被删除就不能再应用于结构中。这是种方法从数学或是物理的角度都是不合理的。而且正如在举例的三杆结构一样，非优化设计中杆通过这种方法是不能从结构中删除的。本文的作者进一步指出即使杆的横截面积趋近于零，杆的应力公式在节点位移处仍将产生有限的应力。在基础结构方法中，应力公式在零截面区的不连续性是杆删除或增加的主要障碍。在本文中的分析更加详细并且一个新的桁架结构优化公式被介绍。这个新的公式能够使我们解决存在于件和数学编程方法中拓扑优化问题。这个众所周知的鲍威尔限制变量法被用于解决传统数学编程和应用于新的公式中的问题于某些例子的一些数学性能被比较。这些例子表明对于传统的公式数学运算法则的应用由于应力约束的不连续性而被限制并且停留在一个解法的禁区，对于新的公式杆的增加或删除做得更加合理并且局部优化，通过反复运算甚至可以得到全局优化。扑优化及其缺点让我们考虑桁架拓扑优化问题。假设结构材料，外载荷和结构节点包括支承节点和承载节点是给定的。基于基础结构方法，桁架拓扑优化传统上是以非线性的结构尺寸优化公式：， W= 0A i=1,2, ,n j=1,2, ,m 其中础结构中杆的数量，示第和分别表示第上角标分别指上下边界。为了包含可能的、对桁架优化公式十分必要拓扑变化，横截面积下边界为零。第常通过公式分析或者有限元的方法： 2）第意到横截面积 1A 并不明确地出现在（ 2）式中并且决于弹性模量，第为了揭示以上传统公式（ 1）的内在问题，我们来考虑图 1中的四杆桁架。分别假定杆 1、杆 2、杆 3、和杆 4有相同的截面积，我们有两个设计变量 2。三种可能的不同拓朴结构在图2(a)、 2（ b）和 2（ c）。其他的数据是杨的系数 E 长 L 用应力中给出。 j 40 45 2 30 90 3 20 135 四杆结构布局优化的传统公式如下 ( 3 ) o (A AA)s i n( c o (A i (A AA)s i n( c o (A 1 , 2 , 3=j 1 , 2=i 0A 5 . 0 5 . 0- s . t Wm i n A ,A f i n d 21图 3说明了优化公式（ 3）的设计空间。根据公式（ 3）中的应力规则，基础结构（如图 2（ a）的可行范围是 0),212111 （ b）中的拓扑布局，它的 )A( 2122 。对于图 2（ c）拓扑布局的可行范围是 )A( 2133 。优化公式（ 3）可行范围是 1 , 2 和 3 的合集 , 321 。（ 3）实际的轮廓线是一组取决于常量如果 2 1,点 3）的优化方案。但事实上它并不是四杆结构的优化设计。可以看到，如果我们假设（ 3）的应力公式中 0 和 1 2 2 (4) 3 3 从（ 4）中可以看到约束应力虽然在第 1种载荷条件下点杆应力是 11 ，但是在拓扑布局 2。并且在设及和 4杆的应力小于许用应力并且围内的一个点。布局 2A , 1A 计点 1A =2A = 计。传统公式（ 1）得到问题是由于（ 3）中的应力公式对穿越可行范围内的一个内应力为 0的杆给出了一个非零值。有限元方法中的应力公式对于穿越可行范围内的一个内应力为 0的杆同样给出一个非零值。通过以上方法计算出的应力在零交叉的区域中不是一个连续函数。可行应力约束在零交叉区域可能会突然变成零。一个新的桁架结构优化公式及其条件基于（ 3）中的分析，我们设计了一种在多载荷和应力约束条件下的桁架优化用的可选择的公式。 To ,A,A ， 0A 00A 0 (5) (5) I=1,2 j=1,2, ,m 这里 Q 是一个质量公式和下列条件：（ 1） Q 是一个在壁区域中连续的函数。（ 2） 00,2, ,n (6) 例如和 1 在上述条件下都是令人满意的。在条件Q 下，公式 1中的应力约束被由于对杆施加内力的力所引起的约束代替。这个新的桁架结构优化公式（ 5）具有以下特点：（ 1）在零交叉区域内的杆的应力被定义为一个有限的 3应力，例如由上述公式计算出的应力。这可以保证在一直到零的范围内应力公式都是一个连续的。（ 2）代替应力公式（ 1）中的约束的新约束在一直到令的范围内都是连续的并且保持应力公式的特点。（ 3）新的应力公式将基础转移的结构应力分析方法，结构尺寸优化和结构布局优化统一了起来。通过这种方法可以实现利用现有的方法和有限元分析和结构尺寸优化软件和方法进行结构布局优化。正如我们所了解的，结构尺寸优化和结构的有限元分析方法有良好的发展。这个公式最本质的优势在于对结构优化的可行范围的恰当描述。县以四杆桁架结构为例子。基于这个新的应力公式，布局 2a 的可行范围是 08,12111 ，从图 4 中可以看到，布局 2b 的可行范围是 6 2122 ，并且 2c 的可行范围是 0 2133 。对于 2 的可行范围在两个子域内进一步分析，例如 8 6A 212121 和 8 212222 。对于在 22 的设计 ,区域1A 的任何小的增量带来结构布局 2于 21 的设计，通过横截面区域 1A 的任何小的增量仍将改变布局 2b 和 2a 布局但是它仍然不是布局2a 的一个可行的设计。合区域 322211 是四杆桁架结构布局最优化问题的可行范围。传统公式（ 3）忽略了子域 21 。根据图 4 ，优化设计可以真正的获得。对于 4/3/2 ,C 是一个全局优化设计并且 G 是一个局部优化设计。对于 12/,G 是是一个优化设计。对于4/3/2 ,C 和 G 都是优化设计。在任何情况下， B 既不是一个局部优化也不是一个全局优化。两个公式的数学性能鲍威尔变量法适用于解决多数平面桁架结构优化问题。传统公式和新的公式都经过测试。鲍威尔变量法通过一个反复程序转变了二次方程子问题的一个顺序和子问题对于最初问题的解决途径的非线性的优化程序。详细的方法是在 4中。大庆石油学院学生开题报告表课题名称双桅杆起重机设计课题来源青岛中石化第七建设公司课题类型 A 指导教师姓名赵伟民学生姓名李云峰学号 030401140514 专业机械设计制造及其制造化在现代石化、建筑安装工程中，大型起重设备应用越来越广泛。但常用的运输起重机在狭窄的区域难以使用，这就需要采用桅杆式起重机等。随着大型设备和部件的增多，对超大起重量桅杆式起重机更加需求。桅杆起重机就是考虑发展需要创新设计的。双桅杆起重机这种大型的起重设备采用了新型的双塔并行分节顶升，每个标准节的高度相同，最大起升高度 120 米，可以根据安装的要求调整自身的高度。起重机的主体金属结构采用杆系结构，每组桅杆钢结构采用四根主腹杆承载和外加弦杆提高整体稳定性的结构。水平工作台采用箱梁结构以便于设备的安装以及人员的操作，两桅杆两端采用铰接结构固定，消除了提升重物时带来的附加弯矩，在很大程度上改善了桅杆的受力状况。现在许多超大型构件的安装多是用液压方法实现的，本次设计的起重载荷较大，因此采用超大吨位液压空心千斤顶起重技术， 4 组钢丝绳液压提升系统，每组液压提升系统提升载荷 8000N，属于行业首创；液压系统由 4 台液压泵站提供额定 35 系统工作压力；额定提升速度为 8m/h；承载钢丝绳 (左数 24 根。液压空心千斤顶同步起重技术装置不仅可实现大吨位重物的顶升，而且顶升平稳、可靠、安全性好。液压空心式液压提升装置是一种新型特殊的起重设备 ,其结构以及起重原理与常规起重设备不同。每次吊装前 ,应根据吊装工艺要求 ,在每个吊点提升要求高度上的主梁上相应布置液压空心千斤顶 ,再在液压千斤顶活塞上端相连接的上锁紧机构和与千斤顶本体下端相连接的下锁紧机构之间穿越承载钢丝绳 ,承载钢丝绳通过工具锚与被吊重物连接。在实际吊装时 ,以液压泵站为动力源单元 ,其得到电气控制单元发布的信号后 ,向液压千斤顶单元提供高压液压油 ,推动中心穿有承载钢丝绳的液压千斤顶活塞作往复运动 ,使钢丝绳在与活塞杆上端固接的上锁紧机构和与千斤顶缸体下部相连的下锁紧机构之间进行交替转换、卡紧 ,通过承载钢丝绳进行载荷交替，从而通过承载钢索的升降带动被吊物的上升或下降。桅杆起重机的安装和提升过程都由电气系统控制控制，以达到自动控制与检测，保证提升过程中的平稳性和提升质量。在提升过程中有人员进行监控，防止设备故障引起事故，保证人员及设备安全。本次设计采用三维仿真设计软件用于双桅杆起重机的结构设计与结构有限元的受力分析。结构设计完全采用计算机三维设计，在对整个结果进行精确建模、整个模型采用参数化设计，设计效率高，可修改性强。设计过程中采用行同步有限元分析，及时发现结构设计问题并对其进行优化设计。采用有限元可视计算能较真实地模拟结构计算模型，解决手工计算不能解决的空间结构超静定问题，建立的计算力学模型符合实际，计算结果精度高 ,起重机整体变形、各杆件受力一目了然，便于多工况计算和修改 ,这些特点是传统手工计算所不及的。有限元法能针对起重机实际使用的结构边界条件进行定量的分析计算，为设计提供丰富的、反映实际工况的计算结果，并可配有丰富的动态图形显示功能。对于大型起重机和特殊、关键零部件的设计计算及局部应力分析。采用有限元可视计算能较真实地模拟结构计算模型 ,解决手工计算不能解决的空间结构超静定问题，建立的计算力学模型符合实际 ,计算结果精度高 ,起重机整体变形。各杆件受力一目了然 ,便于多工况计算和修改 ,这些特点是传统手工计算所不及的。采用有限元法更具有优越性。最后在经过方案对比、综合考虑效率与经济性和各部分的详细设计后，将绘制设计机器总体图、标准节图、液压千斤顶装配图、主要零件图、机器立体图等，折合 0 号图纸 5 张以及包括对双桅杆起重机的整体结构性能、主要结构的参数的确定等详细细节的任务书，并且对桅杆起重机的整体安全性进行分析。指导教师签名：日期： 1、课题来源：课题来源分为结合实际课题和自拟课题两种，结合实际课题中来源于科研课题的要填写确切基金项目、企事业单位项目，不能写横向、纵向课题等。 2、课题类型： A 工程设计； B 科学实验； C 软件开发； D 理论研究； E 应用研究。大庆石油学院毕业设计（论文）学生自查表（中期教学检查用）学生姓名李云峰专业机械设计制造及其自动化班级机自 035 班指导教师姓名赵伟民职称教授课题名称双桅杆起重机设计个人作息时间上午自 7 时至 11 时下午自 13 时至 17 时晚间自 18 时至 22 时个人精力实际投入日平均工作时间 16小时周平均工作时间 100 小时迄今缺席天数 0 出勤率 % 100 指导教师每周指导次数 5 每周指导时间（小时） 20 备注毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及比重已完成主要内容 % 待完成主要内容 % 方案的确定，主要结构的确定，材料的选择，设计资料的搜索 60 强度校核，细节设计，撰写论文，及外文翻译 40 存在问题对具体的工序过程，我国现有加工能力及材料市场环境不够熟悉。指导教师签名：年月日大庆石油学院毕业设计（论文）学生申请答辩表课题名称双桅杆起重机设计申请理由已完成课题设计，申请答辩毕业。学生签名日期大庆石油学院毕业设计（论文）指导教师评审表评审项目评分标准满分得分 A C 工作量工作态度（ 20 分）按期圆满完成规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实；善于与他人合作。基本上完成了任务书规定的任务，工作较努力，能遵守纪律。 20 解决问题能力（ 30 分）文献检索达到专业要求篇数以上，译文翻译准确且内容贴近课题，译文字数 3000 字以上。文献检索达到专业要求篇数；译文基本准确，字数 2000 字以上。 10 设计、实验方案论证、收集资料、综合总结、计算机应用、社会调查及经济分析等解决实际问题能力强。有一定的设计、实验，计算机应用、经济分析、社会调查等能力。 20 设计（论文）质量（ 40 分）内容符合撰写要求、规范，图纸标准整洁。内容 70以上符合撰写要求。 10 理论与分析正确、论述条理清晰、文理通顺、数据详实，结论严谨。理论与分析基本正确、论述基本清晰、通顺。 20 理工类字，文管类字，外语类 8000 词，摘要 300 字左右；摘要、结论能确切地体现主要内容及成果。理工类字，文管类 1 万字，外语类 6000 词，摘要 300 字左右；摘要、结论基本上体现主要工作内容及成果。 10 创新（ 10 分）有重大改进或有独立见解或有实用价值。某方面有见解或总结。 10 是否同意参加答辩 : 总分评语：指导教师签字：日期：注：评分等级系数分别为： ABCD 0 大庆石油学院毕业设计（论文）评审表（评阅人用）课题名称双桅杆起重机设计学生姓名李云峰学号 030401140514 指导教师姓名赵伟民职称教授评审项目评分标准满分得分 A C 选题题型（ 10 分）能体现专业培养目标和综合训练要求，难度份量适中。基本体现专业培养目标，难度份量过大或过小。 5 结合实际或有一定应用价值基本符合专业训练要求。 5 解决问题能力（ 30 分）文献检索达到专业要求篇数以上译文翻译准确且内容贴近课题，译文字数3000 字以上。文献检索达到专业要求篇数 ,译文基本准确，字数 2000 字以上。 10 设计、实验方案论证、收集资料、综合总结、计算机应用、社会调查及经济分析等解决实际问题能力强。有一定的设计、实验，计算机应用、经济分析、社会调查等能力。 20 设计（论文）质量（ 50 分）内容符合撰写要求、规范，图纸标准整洁。内容 70以上符合撰写要求。 15 理论与分析正确、论述条理清晰、文理通顺、数据详实，结论严谨。理论与分析基本正确、论述基本清晰、通顺。 20 理工类字，文管类字，外语类 8000 词，摘要 300 字左右；摘要、结论能确切地体现主要内容及成果。理工类字，文管类 1 万字，外语类 6000 词，摘要 300 字左右；摘要、结论基本上体现主要工作内容及成果。 15 创新（ 10 分）有重大改进或有独立见解或有实用价值。某方面有见解或总结。 10 是否同意参加答辩 : 总分评语：评阅人签字 : 日期注：评分等级系数分别为： ABCD 0 大庆石油学院毕业设计（论文）答辩评审表课题名称双桅杆起重机设计学生姓名李云峰学号 030401140514 指导教师姓名赵伟民职称教授评审项目评分标准满分得分 A C 选题题型（ 5 分）能体现专业培养目标和综合训练要求，难度份量适中。结合实际或有一定应用价值。基本体现专业培养目标，难度份量过大或过小。基本符合专业训练要求。 5 解决问题能力（ 10 分）文献检索达到专业要求篇数以上，译文翻译准确且内容贴近课题，译文字数 3000 字以上。文献检索达到专业要求篇数，译文基本准确，字数 2000 字以上。 5 设计、实验方案论证、收集资料、综合总结、计算机应用、社会调查及经济分析等解决实际问题能力强。有一定的设计、实验，计算机应用、经济分析、社会调查等能力。 5 设计（论文）质量（ 35 分）内容符合撰写要求、规范，图纸标准整洁。内容 70以上符合撰写要求。 5 理论与分析正确、论述条理清晰、文理通顺、数据详实，结论严谨。理论与分析基本正确、论述基本清晰、通顺。 10 理工类字，文管类字，外语类 8000 词，摘要 300 字左右；摘要、结论能确切地体现主要内容及成果。理工类字，文管类 1万字，外语类 6000 词，摘要300 字左右；摘要、结论基本上体现主要工作内容及成果。 10 有重大改进或有独立见解或有实用价值的创新点。某方面有见解或总结。 10 答辩报告（ 25 分）提纲整洁清楚，时间安排得当，条理清晰、技术用语准确、概念正确提纲、时间安排及报告内容基本符合要求，技术用语和概念基本正确。 10 方案设计合理、计算分析正确、论据充分，成果有应用价值及指导意义。方案设计基本合理，论据较充分，成果有一定意义。 15 回答问题（ 25 分）能准确回答问题，条理清楚，有理有据。基本上能回答主要问题。 25 答辩总分毕业设计（论文）成绩及评语结构分指导教师评分 X%+评阅教师评分 Y%+答辩总分 Z 成绩：评语：注 1：评分等级系数分别为： ABCD 0 注 2： X， Y， Z为结构分的权重系数，各单位按本专业毕业设计（论文）大纲执行。答辩小组负责人签字：年月日答辩委员会负责人签字：年月日大庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) 994 567 F 程耿东 ) 蒋铮 ) (16024, of in It is in of or in of is by of at in In a we by of in up to us to in of EM is to a of of of It is in of be by of at a in is a be by . t is is a of is to by in 1 964 an in In a of to an of is as on be as a If is of 庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) on we a to be to of To on to as a of to if of we of is or as in a 2 , in to be by of 3 of in of to a of of at is a of in In 3 is a of is us to in of EM is to in of a of It is of is by of at a no is a a be by F et us It is on 庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) is as a is a To ， W= 0A i=1,2, ,n j=1,2, ,m n is of in of iA is of m is of of to In to is of is to ijis in is by in by 2） iS is of is A 2) is on of To in 1) us a we A1 2. of a), 2(5) (c). s = n = . 大庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) j 40 45 2 30 90 3 20 135 of of is as 3 ) o (A AA)s i n( c o (A i (A AA)s i n( c o (A 1 , 2 , 3=j 1 , 2=i 0A 5 . 0 5 . 0- s . t Wm i n A ,A f i n d 21 of 3). on in 3), of a), ),212111 b), 庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) A( 2122 (c), A( 2133 of 3) is , 2 , 321 3) a of on 1 2. In 1/ 1, to be an 3). it is of To us 1 = 0 2 = 8.0 in 3) 1 2 2 (4) 3 3 4) it be at 1 , in , is no in b. in of is an of of b. of of b is A , 1A A =2A = 6.0 is a 1) is by 3) a a is 2) in a a of by is a at of at 3. . A F on 3, we an of of o ,A,A ，大庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) 0A 00A 0 (5) (5) I=1,2 j=1,2, ,m Q is a (1) Q is in (2) 00,2, ,n (6) 1 , In of Q , 1) by on 5) is by (1) at is by 3, by of in up to (2) 1) in up to of (3) In by of As is of in of of as an on of a 大庆石油学院本科毕业设计 (论文 ) 08,12111 , of b 6 2122 of c 0 2133 . , it be 86A 212121 8 212222 2 , of A b a is a of a. 1 , of A b a it be a of a. 22211 is of 3) 1 . be , C is a is a 2/, G is an , In B is is to a of to a of of of an of to be 4. 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 1 概述起重机械是用于垂直升降或者垂直升降并且水平移动重物的机电设备，其范围规定为额定起重量大于或者等于升降机；额定起重量大于或者等于 1t，且提升高度大于或者等于 2m 的起重机和承重形式固定的电动葫芦等。起重机械按其功能和结构特点，可分为三类：第一类：轻小型起重设备，其特点是轻便，结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主；第二类：起重机，其特点是可以使挂在起重吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降和水平运移；第三类：升降机，其特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。这三类起重机械，又是由许多结构和工作用途不同的机械组成的。除此以外，起重机还有多种分类方法。按取物装置和用途分类，有吊钩起重机、抓斗起重机、电磁起重机、堆垛起重机、集装箱起重机和救援起重机等；按运移方式分类，有固定式起重机、运行式起重机、爬升式起重机、随车起重机等；按驱动方式分类，有支撑起重机、悬挂起重机等；按使用场合分类，有车间起重机、仓库起重机、建筑起重机、港口起重机、船上起重机等。中国起重机械安全管理中的制造许可制度 2006中国将起重机械总体划分为 12 大类型，即轻小型起重设备、旋臂式起重机、桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、流动式起重机、铁路起重机、门式起重机、桅杆起重机、缆索起重机、升降机和机械式停车设备。进一步可划分为近百种型式 (品种 )和数百种型号。解放前，起重吊装技术落后，大多采用杠棒撬棒、肩抬人拉、绞磨滚杠等简陋的机具与方法来实施起重吊装。 50 年代，起重吊装技术逐渐得到发展，开始使用小桅杆和 560年代开始，已采用双桅杆滑移法吊装设备，即吊装开始时，设备一端被吊起，另一端在地面由滚排或其它支撑物上逐渐地向双桅杆靠拢，最后将设备提吊就位。 1963年，上海炼油厂的 136压塔，由于桅杆和卷扬机吨位的限制只能分两段，采用双桅杆滑移吊装法就位，并加辅助桅杆在高空进行设备组装焊接。此方法应用最为普遍。 70 年代以后，由于大型石油化工项目及宝钢工程的建设，促进了起重吊装技术的发展。同时起重机也趋向大型化，出现了 20400200 300300起重吊装技术出现了百花齐放的局面。课题来源：青岛中石化第七建设公司海外施工开发项目中国的起重机械从 50 年代初创建至今，已经形成了一定的生产规模、具备了大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 2 一定的技术水平、也基本形成了比较完整的设计、生产、销售体系，能基本满足国民经济对该设备的需求。目前国家继续实施的财政政策，拉动我国基础设施建设的高速发展，而起重设备作为国民经济的重要基础设备广泛应用于经济建设的各行各业，如冶金、煤炭、化工、电力、交通和制造等产业。随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用也愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机械正朝着大型化、高速度、人性化、环保性、通用产品小型化、零部件的模块化和多样化及安全监察制度化与规范性方向发展。由于中国劳动力相对便宜，制造成本较低，发展潜力仍很巨大。它是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸和人员输送等作业中。全国起重机械的保有量约 25万台左右。全国有起重机生产厂 400 多家，年产量约 3 万余台，并以每年 10%速度递增。随着现代工业的迅速发展和国内外市场竞争的加剧，起重机在现代化生产过程中应用越来越广起重机的要求也越来越高。桅杆起重机的整体安装技术。桅杆起重机吊装工艺方案繁多，没有统一固定的模式，只有从工程实际出发选择比较合理的吊装工艺与方法，才能顺利地完成工程吊装任务。可供选择的吊装方法主要有：滑移法、夺吊法、扳吊法、扳倒法、摆动法、多桅杆抬吊法、推举法、换索法等。各地应用传统的吊装工艺和桅杆起重机对石化、冶金、电力等行业的塔基、容器、烟囱等大型设备在地面组装后一次整体吊装就位，积累了较为丰富的经验。这种安装技术在特定的条件下不仅可完成重物的吊装任务，而且可取得比较理想的经济效果 . 起重机，其中“ S” 是中文 “双”字的汉语拼音首字母；“ W”是中文“桅”字的汉语拼音的首字母；“ Q”是中文“起 ” 字的汉语拼音的首字母；“ 3000” 是指它的最大额定起重重量是 3000t。我国从 1956 年开始应用金属桅杆起重 1机，桅杆起重机是吊装大型设备的简易装备，桅杆起重机作为我国传统的吊装机具，以其自重轻，材料省，构件类型少，造价低，工作平稳、安全，容易实现拆卸、移动，制作、安装易于标准化等优点，直到目前对特大吨位设备的整体吊装由于场地、资金等原因仍在继续用它来实现。因此，这种型式的起重机在建筑安装企业中和我国石油化工装置建设中占有一定的地位，随着装置的大型化，其地位逐渐提 2高。由于其主体结构采用标准节组装的桁架结构，起升高度较大，所以多用在石油、化工行业的安装工程 3中。采用有限元可视计算能较真实地模拟结构计算模型，解决手工计算不能解决的空间结构超静定问题。建立的计算力学模型符合实际，计算结果精度高，起重机整体变形、各杆件受力一目了然，便于多工况计算和修改，这些特点是传统手工计算所不及的。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 3 a) 联合工作 b)单独工作图 1桅杆起重机工作方式在以往的设计中一般传统设计计算方法局限性很大，仅能进行粗略简化分析，载荷工况只有有限的几种，无法随意组合，大多只能分析静力。有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，随着计算机的发展，在工程领域得以广泛应用。采用有限元法则优越得多，能整体、全面、多工况随意组合，进行静力、动力、线性和非线性分析，对完成复杂结构或多自由度系统的分析十分有 4效。有限元法能针对起重机实际使用的结构边界条件进行定量的分析计算，为设计提供丰富的、反映实际工况的计算结果，并可配有丰富的动态图形显示功能。对于大型起重机和特殊、关键零部件的设计计算及局部应力分析，采用有限元法更具有优越性。小结本章通过对起重机行业立时发展过程的叙述以及桅杆起重机在我国的建设安装行业中越来越大的作用，说明了设计大型双桅杆起重机的必要性，采用现代设计方法有限元分析法的合理性和必要性。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 4 第 1 章双桅杆起重机方案的确定杆起重机的金属结构杆起重机的安装方式双桅杆起重机根据不同的依据可以划分成许多不同的类型。基本组成：整机构造主要由金属结构、液压提升、电气控制三部分组成。一般情况下，刚性桅杆标准节是分段制作的，吊装时，可根据起重能力的大小，选择顺装法或倒装 5法。（ 1）顺装法：因受起重能力的限制时，只能采用顺装法。即利用传统的“桅杆+卷扬机 +滑轮组”，从下往上逐段吊装的方法。操作地点在高空中，操作不方便但每节安装时的载荷不变，整体稳定性较底部安装方式要高。（ 2）倒装法：利用“桅杆 +液压提升器”的方法，因液压提升器的起重能力较大，能够满足倒装法要求。倒装法无需来回变幅虽便于操作但随着高度的增加负载越来越大，且稳定性会有所降低； a) 倒装法 b) 顺装法图 1 1 桅杆起重机安装方式桅分离式两桅分离式是指两根桅杆之间没有主梁没有像常规桅杆起重机一样进行相连大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 5 接。而当起升物品的高度较高并且高于桅杆高度时还可以采用两桅分离方式，如图 1 3。此方法的优点是起升载荷高度可以高于桅杆整体高度，起升物体的宽度可调，可提高空间利用率；缺点是此方法的整体稳定性会有所减弱，并由此限制了起升高度和作业条件。图 1 3 两桅分离方式缩式三脚桅杆在野外进行安装作业，由于地形的原因给起重吊装带来了诸多不便，因为起重机无法到达安装现场，所以吊装方法通常使用传统的土办法，比如独木桅杆、自制三脚桅杆等，但选用最多的还是三脚桅杆。伸缩式三脚桅杆主要由承重盘、 3条伸缩支腿、定位销以及支腿的防张开绳组成，其结构简单，由于设有防支腿张开装置，故能防止在受力时支腿张开，起到安全作用。这种工具必须和手拉葫芦配合使用。 (1)具体吊装使用程序先把该工具架设于需要吊装的重物之上，再根据地形，调整支腿长度，使承重盘基本保持水平，拉紧防支腿张开绳，把手拉葫芦挂于吊耳上吊挂好绑扎绳，即可吊装。 (2)伸缩式三脚桅杆与传统的三脚桅杆比较重量重 5 缩时长度短 800 构合理紧凑，能起升 2 物。这种方法制作的桅杆柱的优点是可以适应恶劣的地面条件，快速的进行安装，提升作业；高度可调整。缺点是起升高度、起升载荷较小；占地面积较大，空间利用率不高；在脚板下面要垫木板以增加受力面积；起升重物时只能承受垂直载荷，当存在弯矩时可能导致侧翻。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 6 钢组合斜架和型钢桁架结构立架由于此类架高度低、重量轻，组成架的各拼装单元和单构件均采用焊接联接，一般采用地面整体组装斜架、分段组装立架的组装方法。吊装时利用吊车先分段吊装组装立架并找正，然后用大型吊车吊装或采用双吊车抬吊法一次起吊斜架，斜架和立架在空中对接找正。这种吊装方法具有经济合理、便捷、工期短等优点，缺点是空中组装立架及空中斜架与立架对接找正较困难，施工安全性不高。此外，该吊装方法对施工单位技术水平和施工经验都有较高的要求。在无大型吊车的情况下，可采用金属桅杆吊装法施工。图 1意图形斜架和钢桁架结构立架箱形斜架、主斜架的吊装方法，需根据施工现场空间条件、土建与安装施工进度要求、井架重量与高度等因素确定。 (1)双桅杆抬吊稳车牵引扳倒法这种方法是先在斜架两侧起立两座桅杆，地面组装好斜架并准备好起立铰链及两套提升器具；然后利用 1 套提升器具通过安装好的桅杆将斜架翻转提升到与地面成的位置，再用另一套提升器具通过斜架底部铰链将斜架翻转拉至设计位置。该方法较少采用；一般在井架高度、强度较大时采用。 (2)单 (双 )桅杆翻转法这种方法是在斜腿中间起立单 (双 )座桅杆，地面组装好斜架并准备好起立铰链及提升器具；然后利用提升器具通过安装好的桅杆将斜架翻转提升到设计位置。单桅杆翻转法一般用于斜架重量较轻的情况。案对比确定综合考虑了以上几种桅杆方案，最后确定双桅杆起重机的金属结构方案。起重方式采用顶部提升的方式。这种方式的自爬升双桅杆起重机，该起重机的大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 7 起重原理是依靠八个液压钳水平台负责提升载荷的主梁固定而不是采用携带载荷爬升的方式。这种方式工作机构平稳并且安全性、平稳性相比较都较大，并且对设备的要求有所降低，因为顶部携载和爬升的首先通过钢丝绳将载荷固定在水平工作平台上，在通过液压钳将主梁固定在桅杆架的导轨上，依靠液压钳与导轨间的摩擦力进行相对运动。这样导轨的表面就要承受较大的压力，取钢钢之间的摩擦系数为么压力将是载荷的，如果载荷为最大载荷 3000t，则表面压力将是 20000t，这就要求钢轨的表面积要足够大，并且主梁要随着提升过程的进行运动，容易造成工作机构的不平稳及对人员的行走、操作带来不便。图 1 5 爬升式双桅杆起重机相比之下，顶部固定的方式的主梁在根据工作要求安装完成后就固定，依靠提升钢丝绳来将载荷提升一定高度，在这个过程中工作水平台将保持相对桅杆架固定，可以为提升设备提供一个相对平稳的工作环境，又由于是高空作业，水平台的稳定将为操作人员提供一个较为稳定的工作环境。对于提升原理也由利用液压钳提升改为利用空心钢丝千斤顶。又由于本次起升的载荷达 3000t，这就要求要有大的承载面积来分担这一载荷。因此对于单支柱就要有更大的直径，这不仅提高了支柱的加工难度而且也为移动运输带来了不便。而且三脚支柱也由于自身特点不适合用作本次设计用桅杆结构。因此本次设计仍应采用多支柱的桁架结构来承载。桅杆架结构的标准节为长 ) 宽 ) 10米 (高 )，顶升到位后塔架提升主梁相对地面标高为 120米。该桅杆架为液压自升式，顶端外框架塔架配有四台液压千斤，其行程为 5000额定顶升力为 6台 05液压泵站安装在外框架外侧 0米的地面作为远程控制，采用激光测距仪检测塔架顶升过程中的每台千斤顶活塞伸缩位移，比例多大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 8 路阀调节每一千斤顶的顶升速度，实现塔架同步顶升。其工艺为： (l)利用汽车吊安装底节、两个标准节、顶节、顶端外框架、主梁； (2)一侧千斤顶伸出将横杠支撑在底架外侧的临时支撑板上，带着顶端外框架、主梁升 5m； (3) 另一侧千斤顶伸出将横杠支撑在底架外侧的临时支撑板上，带着顶端外框架、主梁再升 5m； (4) 对应的一侧千斤顶空载缩缸； (5)利用外框架顶端的卷扬机吊装第 1节标准节段，进行安装就位；重复上述 (2) (5)完成共 12节标准节段的安装，即完成塔架安装工作。将主钢管桁架固定于钢筋混凝上支柱上的预埋螺丝，因为对安装精度要求较高，以保证安装的精确，一次浇注混凝无法满足要求故可采取分次浇注混凝上的方法，先将混凝上浇注至离预埋螺丝底处，然后再交装后浇注混凝上至柱 6顶。主钢管桁架在吊装时会产生一定的变形，如果事先将钢支座与主双曲钢管桁架焊接，则在安装时套入预埋螺丝将会很困难，甚至无法套入故采取先将钢支座套入预埋螺丝定位，待主钢管桁架吊装到位后立即与钢支座焊接，然后再收紧螺丝固定，最后解除吊桁架所用的钢缆的方法，既方便了施下，又满足了设计要求。图 1 6 顶升部分立体图大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 9 升方案的确定 “液压绳缆千斤顶系统”是采用液压千斤顶和中央控制台并通过钢丝绳来提升、降低或牵引设备的起重装置，其使用可追溯到 1953年，但到 70年代才得到广泛应用。起重技术的发展引入了标准件的概念并要求处理更大的负荷、更高的操作速度和可靠性，由多个液压空心钢丝绳千斤顶与控制器相结合的自动同步操作系统，已使所有这些要求得到满足 . 集群千斤顶的同步整体提升技术。千斤顶具有极强的推举力，利用电子计算机对成群的千斤顶的液力和行程进行同步的分配与控制，以拉动钢丝绳，并应用工具锚具对钢丝绳进行反复的收紧和固定，以达到使数千吨的重物按预定要求平稳地整体提升安装就位。该技术作业安全可靠，提升重物可根据需要任意组合配置，提升或悬停随时都可控制，是新近开发的一种较理想的垂直提升安装工艺 . 液压提升技术是一项新颖的建筑构件提升安装施工技术，它一反传统的提升方法，采用柔性钢丝绳或刚性立柱支承、提升千斤顶集群、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体 (或分节段 )提升到预定高度安装就位。采用此技术可实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升与下放。在桅杆架顶端的主梁装有顶升千斤顶，其顶升的液压动力和控制均采用液压同步提升系统中的液压泵站和控制系统，控制系统运行程序为顶升程序，先将主梁架顶升，逐次安装桅杆架的标准节段，桅杆架安装完成后，再在桅杆架大梁上安装提升千斤顶，然后采用快速接头与泵站和控制系统相连，短时间内就组成了起重机主梁提升的液压同步提升系统，通过控制台实现远程操作控制。此吊装方法具有占地少、设备利用率高、施工工期短、安全、平稳、容易保证安装质量等优点。章小结本章在方案的选择上借鉴了同类产品的部分特点，又大胆的将一些其他产品的部分通过组合形成新的备选方案，即采用顺装法进行桅杆起重机的安装；采用桁架结构作为起重机的金属结构主体；由于液压技术的快速发展以及液压提升技术的发展及优点，因此采用利用液压提升系统进行。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 10 第 2 章桅杆金属结构设计属结构设计属结构概述由金属材料轧制成的型钢 (角钢、槽钢、工字钢、钢管等 )及钢板，作为基本元件，彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来，制成基本构件后，再用焊接或螺栓将基本构件连接成能够承受外加载荷的结构物称为金属结构。例如常见龙门起重机的上部主梁和支腿、轮式起重机的动臂和底架等。起重运输机金属结构的作用是作为机械的骨架，承受和传递起重运输机所负担的载重及其自身的重量。金属结构是起重运输机的主要组成部分。不少起重机就是以金属结构的外形而命名的，如桥式起重机、龙门起重机、门座起重机、塔式起重机、桅杆起重机等。起重运输机金属结构是出现较晚的一种结构。直到十九世纪后期由于钢铁工业的发展，机器制造业的进一步完善，金属结构才得以迅速发展。由于钢铁工业的发展，机器制造业进一步发展完善，金属结构才得以迅速发展。最早的起重机是木制的， 1880年德国制成了世界上第一台电力拖动的钢制桥式起重机。尔后，欧美其它资本主义国家相继生产出由金属材料制成的桥式起重机和其它类型的起重机，其中包括低合金和铝合金结构的起重机。当时的起重机金属结构全部是铆接结构。二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其它部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重运输机械的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接连接，不仅简化了结构，缩短了期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应角起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及辘护取水，就是用起重设备节省人力的例子。因是人力驱动，故起重能力小，且效率很低。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，从而使起重运输设备及其金属结构的发展缓慢，阻碍了金属结构的广泛应用。解放以前，我国自行设计制造的起重机金属结构很少，绝大多数起重运输设备主要是依靠进口。铁路货物的装和卸则以人力为主。解放初期各主要铁路站场连一台像样的起重运输机都没有，当时的机大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 11 械化水平就可想而知了。解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械，获得了飞速的发展，到目前为止，我国通用桥式类型起重机和工程起重机 (汽车起重机、轮胎起重机、塔式起重机 )已从过去的仿制过渡到了自行设计制造的阶段。重机金属结构起重运输机金属结构的类型繁多，对它们进行分类，目的是区别各种不同的金属结构类型，找出其共同特点，便于设计和计算。（ 1）按照组成金属结构基本元件的特点，起重运输机金属结构可分为杆系结构和板结构。杆系结构由许多杆件焊接而成，每根杆件的特点是长度方向尺寸大，而断面尺寸较小。常见的桁架式龙门起重机的桁架主梁和支腿、四桁架式桥架、轮式和塔式起重机的桁架动臂都是杆系结构。板结构由薄板焊接而成。薄板的特点是长度和宽度方向尺寸较大，而厚度很小。所以板结构亦称薄壁结构。箱形龙门起重机的上部主梁和变截面箱形支腿，汽车起重机的箱形伸缩臂和支腿都是板结构。杆系结构和板结构是起重运输机金属结构中最常用的结构形式。（ 2）按起重运输机金属结构的外形不同，分为门架结构、臂架结构、车架结构、转柱结构、塔架结构等。这些结构可以是杆系结构，亦可以是板梁结构。门架结构包括龙门起重机的龙门架，门座起重机的门腿及平衡重式叉车的门架等。（ 3）按组成金属结构的连接方式不同，起重运输机金属结构分为铰接结构、刚接结构和混合结构。铰接结构中，所有节点都是理想铰。实际的起重运输机金属结构，真正用铰接连接的是极少见的。通常在杆系结构中，若杆件主要承受轴向力，而受弯矩很小时，称之为铰接结构。起重运输机金属结构中常用的桁架结构，在设计计算时，视为铰接结构。刚接结构构件间的节点连接比较刚劲，在外载荷作用下，节点各构件之间的相对夹角不会变化。刚接结构节点承受较大的弯矩，而不像铰接结构的节点认为不承受弯矩。龙门起重机刚性支腿和上部主梁的连接就属于刚接节点，而龙门架结构就是刚接结构。混合结构各杆件之间的节点，既有铰接的，又有刚接的。常见单梁电葫芦桥式起重机的主体结构多做成混合结构形式。混合结构又称桁构结构。（ 4）起重运输机金属结构，按照作用载荷为平面结构和空间结构。平面结构的作用载荷和结构杆件的轴线位于同一平面内，当结构杆件的轴线不在一个平面内，或结构杆件轴线虽位于同一平面，但外载荷不作用于结构平面(通常称为平面结构空间受力 )，处于这两种情况的结构都称空间结构。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 12 对起重运输机金属结构进行强度、刚度和稳定分析时，我们常用理想的力学模型来代替实际的结构物。这种力学模型称为起重运输机金属结构的计算简图。对结构物进行简化时，应使计算简图尽可能接近实际情况，而注意使计算工作尽量简单。将实际的金属结构简化成计算简图，包括结构本身的简化、支座的简化和作用载荷的简化。结构本身简化时，构件用其轴线来代替，变截面构件近似地视为等截面构件，杆件之间的节点，根据金属结构的类型，简化为铰接点或刚接点。支座是结构的支承。它是金属结构与基础相连接或接触的部分。结构所承受的外加载荷都是通过支座传给基础或其它结构的。因此，支座是金属结构很重要的传力部件。起重运输机金属结构中，经常遇到的支座有活动铰支座、固定铰支座和固定支座三种。活动铰支座的特点是在支承部位有一个铰接结构，它可使支承的上部结构绕铰点自由转动，而包括支承在内的整个结构又可在一个方向内自由移动。有轨运行式起重机的大车走行轮沿轨道方向可简化成活动铰支座。固定铰支座和活动铰支座的不同点，是包括支座在内的整个结构不能沿一个方向移动，但仍可绕铰点自由转动。固定铰支座既可承受垂直支反力，又可承受水平支反力。固定支座和活动铰支座、固定铰支座相反，它既不能转动，又不能沿一个方向移动。这种支座不仅能承受垂直支反力和水平支反力，而且还能承受弯矩。固定支座可以用焊接连接，亦可用螺栓连接。起重运输机金属结构的支座，通常是属于空间结构的支座。按平面支座进行分析时，在一个平而内属于一种支座情况，而在另一平面内，又可简化成另一种支座情况。有时，在同一平面内，由于研究的对象不同或工况不同，也可以取两种支座情况。例如，龙门起重机在龙门架平面，当研究上部主梁强度时，常取静定支座；当研究支腿的强度时，就可能取超静定支座。载荷简化时，固定载荷 (结构或机构的自重载荷 )可简化成匀布载荷、集中载荷或节点载荷。移动载荷 (起升载荷和小车自重载荷 )由于轮压作用在小车轨道上时，接触长度很小，可以简化成集中载荷。如何把实际的金属结构合理地简化成计算简图，是起重运输机金属结构分析中一个十分重要而且应该首先加以解决的问题。计算简图选择合理与否，将直接影响到结构分析的正确性。在计算同一结构时，往往需要采用几种计算简图。初步设计时，用一个比较简单，而精确度不高的计算简图 (确定计算简图时，忽略较多的次要因素 )。在最后技术设计阶段，改用一个在计算上较繁，而精确度较高的计算简图 (确定计算简图时，忽略较少的次要因素 )。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 13 重运输机金属结构的工作类型设计起重机时，需要对起重机的金属结构、机构和零部件进行强度、稳定性、疲劳、磨损等计算。为使所设计的起重机具有先进的技术经济指标，安全可靠，具有一定的工作寿命。必须在设计计算时考虑起重机金属结构和机构的工作类型。起重机金属结构的工作类型是表明金属结构工作繁忙程度的参数。过去，起重机金属结构的工作类型取决于主起升机构工作类型。往往不能正确反映起重机金属结构工作的实际情况。我国最新制定的起重机设计规范中，规定起重机金属结构的工类型由起重机的利用级别和载荷情况确定，克服了以往确定金属结构工作类型中的缺点。所谓起重机的利用级别是考虑整个起重设备在其工作期间的繁忙程度，它可以用起重设备在其使用寿命期间完成的工作循环数来表征。这里所说的工作循环是指起升机构从吊重被起升时开始，到准备起升下一个吊重为止。我国将起重机整个寿命期间总的工作循环次数于表 2 1。表 2 1 起重机的利用级别利用级别最大工作循环数： N 设备使用情况 410 不经常使用 1U 410 2U 410 510 4U 510 经常轻度使用 5510 经常间隙使用 610 较繁忙地使用 610 繁忙地使用 610 9U610 特别繁忙地使用注：引自起重机的载荷情况表明设备起升额定载荷或较小载荷的频繁程度。它用起升的吊重与额定吊重吊重作循环次大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 14 数标来表征。表示间关系的图形称为载荷谱。载荷谱系数 K，由下式计算。 m 2 式中第 1Q 、 2Q ；额定吊重；吊重 N 总的工作循环次数， N= m 指数， m 3 6，为和起重机零件一致，取 m=3。假设重各种重量次数相等，总起升次数为410 次则上式演化为： m a x0 m a 2 由 (2算出的一 2选取与其接近的较大的标称值表 2荷谱系数标称值说明 1Q 轻微载荷，很少起额定载荷起升 2Q 升中等载荷有时起升额定载荷 3升较重载荷，经常起升额定载荷 4Q 繁的起升额定载荷注：引自根据起重机的利用级别和载荷情况，即可确定起重机金属结构的工作类型，共分为八级，列于表 2 3。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 15 表 2重机金属结构工作类型划分载荷情况利用级别 02U 35轻 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 2Q 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 3A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 4Q A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 注：引自通过假设工况和公式计算，查表可得本设计的金属结构工作类型为 1A 。起重运输机金属结构的要求起重运输机是一种工作十分繁忙的重型机械，为保证其正常工作，对其中运输机金属结构提出如下要求：起重运输机金属结构必须坚固耐用。金属结构应保证起重机有良好的工作性能，因此，其本身应具有足够的强度、刚度和稳定性；起重运输机金属结构的自重应力求轻巧。起重运输机金属结构的重量约占整机重量的 40% 70 ，巨型起重机则可达 90以上。由于起重运输机是移动的，因此减轻自重不但可以节省原材料，而且也相应地减轻了机构的负荷和支承结构的造价；起重运输机金属结构的制造工艺性要求简单，安装、维修容易，并应注意改善工作人员工作条件；起重运输机金属结构的外形应尽可能美观、大方；起重运输机金属结构工作不仅繁忙，且结构自重甚大，消耗钢材很多，金属结构的成本约占总成本的 31 以上。因此，设法提高金属结构的性能，节省材料，减轻自重、减少制造劳动量，从而降低产品成本，是起重运输机金属结构设计与制造工作坚定不移的方针，也是今后发展的总趋势；起重运输机金属结构要设计成有一定规格尺寸的标准零件，进行加工和组装，并使整个结构系列化。做成定型产品，尽量利用标准工艺，这是简化设计和制造大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 16 过程，缩短工期，进行批量生产的关键，也是降低产品成本的有效方法。用轻金属或高强度结构钢制造起重运输机金属结钩，也是节省材料，减轻结构自重的有效途径；重运输机金属结构的材料金属结构是起重运输机的重要组成部分之一。金属结构材料的选用直接关系到起重运输机的工作是否安全、经济。起重运输机的工作非常繁重，经常承受变化的动力载荷和冲击载荷，而且工作环境一般较差，因此，要求金属结构的材料有较高的强度和耐久限，材质均匀而具有良好的塑性，当起重运输机金属结构在低温下工作时，材料还必须有足够的冲击韧性和断裂韧性。由于起重运输机金属结构多采用焊接结构，故要求材料具有良好的可焊性。此外，还要求起重运输机金属结构的材料有较好的时效性和防腐性。目前，起重运输机金属结构主要构件所用的材料有普通碳素钢、优质碳素结构钢、普通低合金钢、合金结构钢。金属结构的支座常用铸钢。金属结构主要连接件常用的材料列于表 2 表 2 属结构主要连接件常用的材料主要连接件材料销轴、螺钉 . 1635 铆钉 16强螺栓 40B、 45、 16强螺栓的螺母，垫圈 45 注：引自碳素结构钢是一种低碳钢，用于金属结构的低碳钢含碳量不超过 0 ，低合金钢也是一种低碳钢，它含有不超过合金元素 (锰、硅、铜、铬、镍、翻等 )。含碳量越多，抗拉强度越高，钢号就越高，但塑性和韧性降低，可焊性恶化。起重机金属结构中，主要受力杆件应该用 3钢制造，因为它们其有足够的强度、塑性、韧性和较好的可焊性。普通低合金钢和合金结构钢也是一种低碳钢 (含碳量通常不超过。它具有强度高、低温敏感性低、耐腐蚀性强，可焊性较好等优点。缺点是疲劳强度低、价格贵。在进行结构计算时，可近似地认为钢材在应力达到屈服点之前是弹性体，而在屈服点之后是塑性体。这样，钢材可视为理想的弹塑性材料进行分析。s是说明钢材强度的主要指标。应变超过屈服台阶之后，钢由于应变硬化，应力应变曲线开始上升，但应力与应变之间不再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线的最高点，材料大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 17 出现颈缩而破坏，b称极限强度，b也是钢材的主要强度指标之一。钢的破坏形式有两种，即塑性破坏和脆性断裂。塑性破坏之前有明显的塑性变形，使人能及时发现并采取措施 f防止发生事故。脆性破坏前的变形很小，应力相当低 (只有屈服限的 1/3左右 )；且断裂进展的速度极快，裂纹进展到临界尺寸之后，扩展速度达 2000m/s，结构破坏于顷刻之间。由于事先没有任何破坏的预兆，故脆性断裂破坏比塑性破坏危害大得多。焊接结构和铆接结构比较，焊接结构发生脆性破坏的比例较大。钢材的可焊性是衡量钢材焊接工艺好坏的指标。人们通常用焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性和使用性能来说明材料可焊性的优劣。由于本次设计的双桅杆起重机起升载荷大起升高度高，因此桅杆柱之间的跨距采用大跨距，在主弦杆之间采用交叉腹杆结构一条高整体的稳定性。钢管由于截面对称，截面积分布合理，是中心受压杆件的理想截面。因此总载荷0G（ 3000t）由 8根主弦杆支撑，那么材料的屈服强度为： s （ 2 式中 s材料的屈服强度， S金属结构的安全系数。由于本次设计的双桅杆起重机高达 120m，自身重量会相当的大，如果发生事故将会发生巨大的破坏事故，因此可在适用于常规起重机的安全系数基础上适当增加，初取安全系数 S G 每根主弦杆承受载荷， N。 G 0G 8 375t 3750000N； d主弦杆内径，取 d=448 钢管厚度，厚度 30 代入数值计算得 3044830 取钢管的标准系列外径 D=508这只是单杆的验算，具体的验算要到 16碳素结构钢的可焊性，可以粗略地用碳当量来表示，当碳当量由于系统压力为 35此35 材料的许用应力，在这里 b 360 代入数值的，取 49筒内径 1d 0d 2 (31d =608+2 49=706于才用组合密封，根据产品手册在活塞杆和缸筒内壁之间有不大于此活塞杆总成的内径3d 塞杆总成本次设计由于属于大型油缸，因此将活塞和活塞杆做成一体，如下图 3 6所示。 a）尺寸简图 b）剖视图图 3塞总成图 (1)考虑工具锚对活塞杆总成的压应力 )( 3 d P（ 3 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 31 式中 P 液压空心千斤顶的工作载荷， N， P 8 610 N；工具锚与活塞总成的有效作用厚度，代入数值的 0则 4d 1d 2 80 （ 3 4d 2)活塞的有效工作面积对直径的影响当液压缸的输出力若它的工作压力则活塞有效面积压缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求也相应提高；若液压缸的工作压力活塞有效面积缸的结构尺寸增加。由于本设计的油缸提升载荷大，又要尽量保持结构尺寸的紧凑，故采用 35据公式 P S F （ 3 式中 P 系统额定压力， P 35 S 环形面的面积，即液压油的作用面积， 2 S 3 )( d； F 工作载荷， N， F 8 610 N；代入数值计算得到 =则 5d3d 2 （ 3 5d 9483)缸筒外缸壁的的计算同样由于密封件的选用原因在活塞总成和外缸壁的内径之间有此6d=设缸筒外壁壁厚为，假设 d，即属于薄壁件，则可利用公式（ 3算。代入数值计算的壁厚最小值为 7d6d 2 (37d= 70=4)缸底厚度的计算当缸底为平面且无油孔时，缸底厚度大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 32 h (3式中意义及数值同前。代入数值计算得到 h=157 一步处理以上为提高配合副寿命的必要措施，但也应从材料及配合副本身的表面质虽上着手，以提高其寿命。选择强度高，耐磨的材料是延、长配合副寿命的关键工程材料要求材料具有耐磨、抗腐蚀、耐温、导热好、抗磨损、塑性好、强度高等综合性能。按此要求，最理想的作法是在具有上述高性能的毕础上，表面增加强化层。如烧结粉末金属、镀铁、铬以及热处理表面渗碳强化等。零件设计时密封件安装经过的轴端、轴肩、孔边

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