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摘要
本次設計在參照同類塔式起重機基礎上，對QTZ40型塔式起重機進行總體設計及塔身分析設計。在塔身設計工程中，采用了有限元法對其進行分析計算，采用了ANSYS10.0軟件進行分析。
首先按照整機主要性能參數(shù)，確定各機構類型及鋼結構型式，主要確定了塔身的結構參數(shù)，并按照風載荷平行于起重臂方向，風載荷與起重臂方向呈45度角時兩種工況分析。通過對塔身作適當?shù)暮喕?，應用ANSYS10.0軟件建立塔身的有限元模型，施加各工況載荷，進行求解，進而可得各工況下各節(jié)點受力情況及各單元所受軸向力、軸向應力大小及各工況下塔身的變形撓度大小，并能演示塔身加載過程的動畫，清晰的展現(xiàn)了各種工況下塔身的受力性能。
本次設計分析通過修改模型參數(shù)共準備了三種不同方案，進而對不同模型方案進行分析比較。由比較不同模型在相同工況下的受力狀況及剛度狀況，綜合分析強度和剛度條件，可得出受力最為合理的一組模型參數(shù)，通過對此組參數(shù)下模型進行強度及剛度校核，進而獲得塔身的最終參數(shù)結果。
關鍵詞：QTZ40型塔式起重機 塔身 有限元分析 ANSYS10.0
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計
系別： 機械工程學院
專業(yè)： 機械設計制造及其制動化
班級： 機095
姓名： 王順民
學號： 2011407524
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月22日
設計（論文）地點: 綜405
指導教師： 李常勝
輔導教師：
發(fā)任務書日期： 2013年3月 5 日
1、畢業(yè)設計（論文）目的：
本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、塔身的設計、整體穩(wěn)定性計算等內容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎。
2、畢業(yè)設計（論文）任務內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：
（1） 設計任務：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結構形式
（2） 總體設計
① 主要技術參數(shù)性能
② 設計原則
③ 平衡重的計算
④ 塔機的風力計算
⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 塔身的設計和計算
① 塔身的形式及尺寸
② 設計塔身的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 聯(lián)接套焊縫強度的計算
④ 高強度螺栓強度的計算
⑤ 塔身腹肝的計算
（4） 要求
① 主要任務：學生應在指導教師指導下獨立完成一項給定的設計任務，編寫符合要求的設計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關圖表。
② 知識要求：學生在畢業(yè)設計工作中，應綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學習、鉆研與實踐，深化理論認識、擴展知識領域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學生應學會依據(jù)技術課題任務，完成資料的調研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學生掌握有關工程設計的程序、方法與技術規(guī)范，提高工程設計計算、圖紙繪制、編寫技術文件的能力；培養(yǎng)學生掌握實驗、測試等科學研究的基本方法；鍛煉學生分析與解決工程實際問題的能力。
④ 綜合素質要求：通過畢業(yè)設計，學生應掌握正確的設計思想；培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風；在工程設計中，應能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。
⑤ 設計成果要求：
1） 凡給定的設計內容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
2） 對設計的全部內容，包括設計計算、機械構造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結構與工藝要求，有比較熟練的認識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。
3） 說明書、計算書內容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設計計算步驟正確，數(shù)學計算準確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標準，且清潔整齊。
4） 對國內外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。
其他各項應符合本資料有關部分提出的要求。
3、畢業(yè)設計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）：
① 計算說明書一份
內容包括：設計任務要求的選型、設計計算內容、畢業(yè)實習報告等。作到內容完整，論證充分（包括經(jīng)濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號）、批準，字數(shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學生應用計算機進行設計、計算與繪圖。
② 圖紙一套
不少于四張零號圖紙量。
4、主要參考文獻：
[1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 邢靜忠．ANSYS應用實例與分析．科學出版社．2006．
[8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機設計條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[12]劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社．2002．
[13]李柱，徐振高．互換性與測量技術．北京：高等教育出版社．2002．
[14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學出版社.2003．
[15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995．
5、本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內 容
2013.3.25-2013.3.28
2013.3.29-2013.4.13
2013.4.14-2013.4.20
2013.4.21-2013.5.15
2013.5.16-2013.6.5
2013.6.6-2013.6.19
2013.6.20-2013.6.21
熟悉整理資料
方案選擇及總體設計
繪制總圖
塔身設計
繪制塔身裝配及結構圖紙
繪制零件圖紙
準備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
河北建筑工程學院
畢業(yè)實習報告
系 別 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機095班
姓 名 王順民
學 號 20114075424
指導教師 李常勝
實習成績
畢業(yè)實習報告
1、實習目的
畢業(yè)實習是大學生完成四年的全部課程之后的最重要的實踐環(huán)節(jié)。也是在進行畢業(yè)設計或畢業(yè)論文時必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。它對于培養(yǎng)我們的動手能力有很大的意義，而且可以使我們了解傳統(tǒng)的機械制造工藝和現(xiàn)代機械制造技術。畢業(yè)實習為大學生提供了培養(yǎng)和造就實踐能力和創(chuàng)新能力的必要物質基礎和良好的環(huán)境，這次畢業(yè)實習對我們畢業(yè)生來說意義非常的重大，因此每位同學都必須珍惜這一難得的機會，有效地利用寶貴的畢業(yè)實習時間，把培養(yǎng)實踐能力和打造創(chuàng)新能力作為畢業(yè)實習和畢業(yè)設計的指導思想。
2、 實習內容
老師為了我們更加感性的認識QTZ40塔式起重機，安排我們去張家口建筑機械廠去參觀實習。因為對塔式起重機比較陌生，所以我們對這次的實習抱很大希望，首先要對塔式起重機有個全面的了解，其次對于自己要設計的起升機構更要弄明白。我們這次去建筑機械廠是分批去的。我們大概是九點出發(fā)，下車后在老師的帶領下我們來到建筑機械廠，在廠里工作人員的帶領下我們來到了擺放各個成品部件的地方，我們詳細的看了每個部件，塔身、臂架、標準節(jié)、等等很多部件。當然我仔細看了起升機構的結構并照下了很多照片以便下來自己再細細研究。由老師與工作人員的介紹我們對塔式起重機有了初步的認識。
塔式起重機是一種塔身豎立起重臂會轉到起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預制構件與其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設備。在高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高。塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。由于塔式起重機性能參數(shù)不斷完善，使建筑工藝也有可能進行許多重大改革，比如采用大型砌塊、大板結構設置箱形結構后，建筑物結構件的預制裝備化、工廠化達到了很高的水平。
塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在中國塔式起重機的生產(chǎn)與應用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從側回到自行設計制造的過程。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。根據(jù)國內外一些技術資料介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢可具體歸納為吊臂長度加長、工作速度提高且能調速、改善操縱條件、更多的采用組裝式結構四個方面。
塔式起重機一般有四大工作機構，它們是起升機構、變幅機構、回轉機構、行走機構。起升機構用來實現(xiàn)載荷的升降，它是塔式起重機中最重要也是最基本的機構，起升機構的性能將直接影響到整臺塔式起重機的工作性能。變幅機構是塔式起重機改變工作幅度的機構，用以擴大塔式起重機的工作范圍，提高工作效率。通過變幅機構能將所運輸?shù)奈锪线\送到工作面上?；剞D機構是塔式起重機的主要工作機構之一，它能將起升在空間的物料繞塔式起重機垂直軸線作圓周運動，擴大塔式起重機的工作面。行走機構的作用是驅動塔式起重機沿著軌道行駛、配合其他機構完成水平運輸及垂直運輸工作。塔式起重機的自重和載荷重量通過行走機構的行走輪傳給軌道。
塔式起重機的起升機構通常由電機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。電機通過聯(lián)軸器與減速器相連。減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和安裝在塔身或塔頂上導向滑輪及滑輪組與吊鉤相連。電機工作時，卷筒將鋼絲繩卷進或放出，通過滑輪組使吊鉤上的物品起升或下降。當電機停止工作時，制動器通過彈簧力將制動輪剎住。
塔式起重機的變幅機構按工作性質可分為非工作性變幅機構和工作性變幅機構。非工作性變幅機構指只在空載時改變幅度，調整取物裝置的作業(yè)位置，而在重物裝卸英東過程中幅度不再改變。這種變幅機構變幅次數(shù)少，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率影響小，一般采用較低的變幅速度，其優(yōu)點是構造簡單、自重輕。工作性變幅機構是指能在帶載條件下變幅的機構。變幅過程是起重機工作循環(huán)主要環(huán)節(jié)，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率有直接影響，一般采用較高的變幅速度。其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，能更好地滿足裝卸工作地需要。工作性變幅機構驅動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置，與非工作性變幅機構相比，構造復雜，自重也較大。
塔式起重機的變幅機構按機構運動形式分為臂架擺動式變幅機構和運行小車式變幅機構。動臂式變幅機構式通過吊臂俯仰擺動實現(xiàn)變幅。小車變幅塔式起重機是指通過起重小車沿起重臂運行進行變幅的塔式起重機。綜合變幅塔式起重機是指根據(jù)作業(yè)的需要臂架可以彎折的塔式起重機。
塔式起重機的回轉機構能使塔機的起重臂架作360度回轉，這樣就擴大了塔式起重機的工作面。塔式起重機回轉機構包括回轉支撐裝置和驅動機構兩部分?；剞D支撐裝置為塔機的回轉部分提供穩(wěn)定、牢固的支撐，并將回轉部分的載荷傳遞給塔身部分；驅動機構驅動塔機的回轉部分，使其相對塔機的固定部分實現(xiàn)回轉。塔式起重機的回轉支撐裝置一般有柱式回轉支撐裝置和滾動軸承式回轉支撐裝置。塔式起重機上一般采用電動回轉驅動裝置?；剞D驅動裝置通常安裝在塔機的回轉部分上，電動機經(jīng)減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在塔機固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現(xiàn)回轉運動。
行走機構用以支撐起重機本身的重量和起重載荷，并使起重機水平運行。起重機的行走方式分為有軌行走機構和無軌行走機構兩類。有軌行走是指車輪在專門鋪設的軌道上行走；無軌行走則采用輪胎或履帶，可以在普通的道路上行駛，機動性強。
通過老師的講解使我們更深入的了解的塔式起重機的構造和功用。為我們的畢業(yè)設計做了很好的鋪墊。
3、實習結果
歷時兩天的實習結束了,該次實習使我們不僅掌握了有關起升機構的知識還了解了關于塔式起重機的其他部件。以前在課本上不能理解的問題都有了更深刻的認識。這次實習以及前一段時間查閱的大量資料為我的畢業(yè)設計提供了良好的基礎，使我深深地體會到要想搞好設計，就必須耐心仔細地查找與設計相關的資料和信息（包括設計產(chǎn)品的基本功能、主要結構、應用特點及其發(fā)展前途，市場效益等）。我國目前制造業(yè)的發(fā)展狀況也粗步了解了機械制造的發(fā)展趨勢。在新的世紀里,科學技術必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個領域中,而這一切都將大大拓寬機械制造業(yè)的發(fā)展方向。
將來的機械制造將會向“四個化”發(fā)展，即柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調的柔性,使生產(chǎn)推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化,還有使制造過程物耗,人耗大大降低,高自動化生產(chǎn),追求人的智能與機器智能高度結合的智能化，以及借助于物質和能量的力量生產(chǎn)出價值的信息化。
4、實習總結或體會
畢業(yè)實習是我們從學校到社會的一座橋梁，是從理論到實際的一條紐帶。加強我們綜合能力的培養(yǎng)，使得我們既要掌握專業(yè)的基本理論和基本知識，又具有對于所學知識的運用能力以及獨立工作的能力，為我們在畢業(yè)設計中、甚至為畢業(yè)后的實際工作打下了良好的基礎。通過此次畢業(yè)實習我們了解到目前機械制造的發(fā)展趨勢，也使我們清晰地定位我們所處的位置，對我們以后走上工作崗位起到一個良好的模范作用。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。我深深地感覺到自己所學知識的膚淺和在實際運用中的專業(yè)知識的匱乏，一旦接觸到實際，才發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么少，這時才真正領悟到“學無止境”的含義，今后需要學的東西還很多。
河 北 建 筑 工 程 學 院
本科畢業(yè)設計（論文）
題 目
QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計
學 科 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機095班
姓 名 王順民
指 導 教 師 李常勝
輔 導 教 師
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計
系 別： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機095
學生姓名： 王順民
學 號： 2011407524
指導教師： 李常勝
課題來源
導師課題
課題類別
工程設計
一、論文資料的準備
(一) 塔式起重機概述
塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉的起重機械，簡稱塔機，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉半徑大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點。主要完成在高層建筑施工中預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機必須具備下列特點：
① 起升高度和工作幅度較大、起重力矩大；
② 工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調速性能；
③ 要求拆裝運輸方便迅速，以適應頻繁轉移工地的需要。
(二) 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塔機發(fā)展的主要代表性國家或地區(qū)有：歐洲、日本、澳大利亞。從20世紀90年代開始，歐洲塔機行業(yè)緩慢復蘇，目前歐洲生產(chǎn)塔機的國家有德國、法國、英國、意大利、俄羅斯、西班牙、瑞典、丹麥等，主要廠家有法國Potain，德國Liebherr、Peiner、Wolff，意大利Comedil，丹麥Kroll,西班牙Comansa。在產(chǎn)量、系列品種、技術水平等方面，德國的Liebherr和法國的Potain在世界上居領先地位，Potain目前在法國、德國、意大利、葡萄牙、中國的工廠生產(chǎn)60多種型號塔機，迄今為止已在全球銷售了超過100000臺塔機，其中被國內行業(yè)熟知的FO/23B、H3/36B是我國1984年從Potain引進技術生產(chǎn)的。2003年，Potain為南京長江第三大橋工程提供的MD3600（最大起重力矩為3600tm），是Potain迄今為止建造的最大塔機。
20世紀80年代，日本塔機行業(yè)開始緩慢復蘇，1987年開發(fā)了900t?m級內爬式自升塔機，1990年，日本最著名的塔機生產(chǎn)商石川島( IHI)公司開發(fā)了日本國內最大的1500t?m級內爬式自升塔式起重機－ JCC1500H（最大起重量70t），其在日本大噸位塔機市場中占有份額最高。截至目前，日本內爬塔機的主要機型有：80tm級、150tm級、400tm級、450tm級、500tm級、600tm級、900tm級、1500tm級。另外，還開發(fā)了利用鋼結構大樓鋼立柱為塔身的鋼柱塔身內爬式塔式起重機，使塔機結構更為簡化，也增加了內爬式塔機的新機種。
俄羅斯繼承前蘇聯(lián)傳統(tǒng)，曾經(jīng)也是一個塔機大國，擁有雄厚的開發(fā)和生產(chǎn)實力。1990年 俄羅斯塔機產(chǎn)量達2526臺，在隨后的經(jīng)濟衰退時期，許多俄羅斯塔機制造廠處境困難，停止了生產(chǎn)，到2000年，俄羅斯塔式起重機年產(chǎn)36臺，2001年產(chǎn)量77臺。與1990年相比，產(chǎn)量銳減。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯塔機行業(yè)修改了前蘇聯(lián)塔機設計規(guī)范和技術條件，向ISO標準靠攏。目前，俄羅斯建筑業(yè)復蘇，根據(jù)官方資料，現(xiàn)在俄羅斯的塔機80%超期服役。在過去的幾年里，這些年久失修的塔機，在作業(yè)中時有事故發(fā)生。部分地區(qū)（如莫斯科）法規(guī)已經(jīng)規(guī)定不允許使用這些塔機，塔機的用戶希望購買新的具有現(xiàn)代化裝置的塔機，因此，俄羅斯塔機市場的需求趨旺，在今后幾年里，醞釀著巨大的市場潛力。盡管塔機有需求，但越來越多用戶希望購買國外塔機，俄羅斯的塔機生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的競爭。
近幾年國外塔機市場上，一種結構新穎的平頭式塔機發(fā)展很快，大有流行之勢；平頭塔機起源于歐洲，叫法源于flat-toptowercrane的譯名,也有叫無塔頭式塔機(toplesstowercrane)的。平頭塔機的設計思想及雛形最早可追溯到20世紀60年代，當時法國Richier公司研制的塔機外形已接近于現(xiàn)在的平頭塔機，例如其X1290和GT系列塔機塔頭較矮，通常不超過4m，只稍稍高于吊臂和平衡臂。但嚴格來講，這些塔機又不同于現(xiàn)在的平頭塔機，盡管塔頭較矮，但還是能區(qū)分出塔頭、平衡臂、拉桿等。真正的平頭塔機誕生于1975年，瑞典Linden公司首次提出平頭塔機的概念，并率先推出了Linden8000平頭塔機模數(shù)系統(tǒng)，不同型號平頭塔機的吊臂可以互換。Linden平頭塔機沒有傳統(tǒng)意義上的塔頭，而且取消了拉桿，上部結構形狀呈水平且均為剛性結構，沒有傳統(tǒng)塔機那種塔頭、平衡臂、吊臂及拉桿之間的鉸接連接方式?？梢哉f，Linden平頭塔機的出現(xiàn)揭開了平頭塔機發(fā)展的序幕。自從Linden公司推出平頭塔機以來在相當長的一段時期內沒有被用戶普遍接受，因為人們在內心深處已經(jīng)習慣了帶塔頭的塔機，認為塔機帶塔頭是天經(jīng)地義的事，有的甚至認為塔機上沒有塔頭、拉桿,結構不合理、不安全。一直領導世界塔機發(fā)展潮流的波坦和利勃海爾等大公司對平頭塔機最初都不推崇，所以其發(fā)展一直較緩慢。隨著平頭塔機應用領域的不斷擴大，其獨特的優(yōu)點被越來越多的用戶所認可，于是一些制造廠家紛紛涉足平頭塔機的研制，以至于波坦和利勃海爾等大公司也以各種方式推出平頭塔機，由此極大地推動了平頭塔機的發(fā)展。近5年是國外各大塔機制造商相繼推出平頭塔機最集中的時期，也是發(fā)展最快的時期。下面從幾個主要塔機制造公司的情況就可以看出平頭塔機的發(fā)展狀況及態(tài)勢。
國外工程起重機的發(fā)展方向為：發(fā)展超大型起重機，“迷你”起重機大量涌現(xiàn)，伸縮臂結構不斷改進，數(shù)據(jù)總線技術得到應用，靜液壓傳動起重機進入市場，混合起重機得到發(fā)展，汽車起重機也在不斷發(fā)展，隨車起重機產(chǎn)銷量不斷增長。
(三) 我國塔式起重機的發(fā)展趨勢
我國大規(guī)模經(jīng)濟建設已有二十來年的歷史，這二十來年里，大量建筑物的涌現(xiàn)和大型工程的興建，鐵路、公路橋梁的建設，給塔式起重機提供了良好的市場。在十二五期間，我國提出了推行城鎮(zhèn)化建設，我國人口眾多，地大物博，市場需求，市場前景還有一定的空間，
我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面：
1 我國塔機產(chǎn)品的品種、型號、規(guī)格應向多樣化發(fā)展，以適應不同工程、不同用戶的需求。
2 適當發(fā)展動臂式自升塔機和折曲式兩用臂架自升塔機的生產(chǎn)，以適應塔機出口市場和國內大中型城市內某些特定工程和鋼結構高層建筑施工的需要。
3 更多的采用組裝式結構，做到產(chǎn)品系列化，部件模數(shù)化，以不同模數(shù)塔身、臂架標準節(jié)組合成的變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為單位節(jié)約成本。便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡化設計制造，提高塔機使用的經(jīng)濟效益。
(四) QTZ40塔式起重機概述
QTZ40塔式起重機為按照最新標準JG/T5037-93《塔式起重機分類》設計的加強型塔式起重機，該QTZ40自升式塔吊為上回轉、水平臂架、小車變幅、液壓自升 式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4T，獨立架設時最大起升高度可達29米，加附著最大起升可達120米，最大幅度分46.8米、42米 和50米。
QTZ40塔式起重機充分利用成組技術、組合設計技術及有限元分析技術，以“塔式起重機微機設計平臺”為工具設計的國內最新型的起重運輸機械。QTZ40塔吊為水平臂架、小車變幅、上回轉液壓頂升式起重機。最大有效幅度47m。是該種機型國內唯一達到此幅度的塔機。塔機獨立使用時，起升高度27.8m，附著起升高度為120m（2倍率）。該機各項速度指標均達到或優(yōu)于國家標準。
該機自重（不含配重及附著裝置）21.46噸，總裝機容量25.82KW，該機參數(shù)先進，性能優(yōu)良可靠，造型美觀，質量精良，結構簡單實用，設有先進的安全裝置，維修方便，使用安全，價格合理，是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機械。
QTZ40塔吊布置合理，外型美觀，司機室獨立側置，視野好，給操作者創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。使用方便，維修簡單，是廣大建筑施工企業(yè)理想的建筑施工機械。具有起升、回轉、變幅、頂升四種工作機構，可單獨或復合動作，可以獲得較高的工作效率。頂升機構用于塔身接高或降塔。起升機構采用多速電機，有快速、中速和 慢就位多種速度，充分滿足用戶各種工況的需要。起重臂可左、右作540度全回轉，回轉、變幅靈活可靠，起吊就位準確，可滿足建筑施工中垂直及水平運輸?shù)男枰?。該機設有起重量限制器、力矩限制器、起升高度限制器、幅度限位器和回轉限制器等安全保護裝置齊全，靈敏可靠，確保塔機正常工作。另外，還設有休息平臺、護欄等安全保護設施。司機室獨立側置，造型美觀，視野開闊，內部空間大，操作方便。該機適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，可用于港口、貨場的裝卸。
二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點）
本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神的最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握塔式起重機的總體設計、塔身的設計、整體穩(wěn)定性計算等內容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎。
隨著市場競爭的日益激烈，降低成本、提高產(chǎn)品質量及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期已經(jīng)成為企業(yè)生存和發(fā)展的關鍵。塔式起重機尤其是大噸位的塔機，其施工高度高，塔身成本占總成本的比重較大，通過塔身的結構優(yōu)化，降低塔身重量是降低塔式起重機成本的關鍵之一。
傳統(tǒng)的設計方法，一般是根據(jù)經(jīng)驗選定塔身的截面尺寸、主弦桿和腹桿的截面面積以及節(jié)距等參數(shù)，然后進行校核，這樣設計的塔身, 結構自重偏大，材料的利用率低， 成本高，經(jīng)濟效益不好。
塔機結構現(xiàn)正經(jīng)歷從傳統(tǒng)設計到現(xiàn)代設計方法的過程。傳統(tǒng)設計計算復雜、耗時，不利于在激烈市場競爭中縮短設計周期，提高設計質量。計算機輔助設計、優(yōu)化設計和有限元法等現(xiàn)代設計方法受到塔機科技人員越來越廣泛的重視。
塔身是塔式起重機的重要組成部分,利用有限元軟件ANSYS對QTZ40塔式起重機塔身進行工作及非工作狀態(tài)分析計算，得到了塔身工作及非工作狀態(tài)總位移分布云圖、各種狀態(tài)下塔身當量應力分布云圖；根據(jù)分析結果對其結構進行了有限元分析法設計，有效控制了可能出現(xiàn)的危險，增強了設備的安全性。
三、主要內容、研究方法、研究思路
(五) 主要內容
（1） 設計任務：
①總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別） ②結構形式
（2） 總體設計
①主要技術參數(shù)性能 ②設計原則 ③平衡重的計算 ④塔機的風力計算 ⑤整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 塔身的設計和計算
①塔身的結構形式及尺寸 ②塔身的設計和有限元分析及計算
(六) 研究方法
①類比法：參考國內同類型塔式起重機設計；
②有限元分析法：利用有限元分析軟件對塔身進行設計計算。
(七) 研究思路
在畢業(yè)設計時,當我們收到設計任務書時首先對研究對象進行細致的調查, 收集國內外有關資料并通過對資料的調研、加工與整理了解國內外的使用、生產(chǎn)、設計和科研情況，并進行分析比較，制定設計原則。設計原則應當保證所設計的機型符合有關的方針政策。
在畢業(yè)設計工作中，通過掌握正確的設計思想，綜合運用多學科的理論、知識與技能在認真的科學態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L下分析并解決設計中遇到的問題。先通過整體參數(shù)的計算來確定塔式起重機的設計方案，同時了解不同塔式起重機結構的差別。再逐步確定各個裝置的結構及具體尺寸，也應參考同類機型的設計，來確定本次塔式起重機整體設計的最終結構及尺寸，最后運用有限元分析法對塔式起重機的塔身進行計算和分析。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 塔身設計
2013.5.16-2013.6.5 繪制塔身裝配及結構圖紙
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準備論文及答辯
五、主要參考文獻
[1] 哈爾濱建筑工程學院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機械設計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 邢靜忠．ANSYS應用實例與分析．科學出版社．2006．
[8] 劉坤．ANSYS有限元方法精解．國防工業(yè)出版社．2005．
[9]GB/T9462—1999 塔式起重機設計條件．
[10] GB/T13752—1992 塔式起重機設計規(guī)范．
[11] GB/T5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[12]劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社．2002．
[13]李柱，徐振高．互換性與測量技術．北京：高等教育出版社．2002．
[14] 張東升．機械零件及建筑機械．重慶：重慶大學出版社.2003．
[15] 現(xiàn)行建筑機械規(guī)范大全．北京：中國建筑工業(yè)出版社.1995．
指導教師意見：
指導教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領導簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。
設計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計
姓 名： 王順民
班級學號： 機095 2011407524
指導教師： 李常勝
設計題目： QTZ40塔式起重機總體及塔身的優(yōu)化設計
姓 名： 王順民
班級學號： 機095 2011407524
指導教師： 李常勝
目錄
第1章 前言·······················································1
1.1 塔式起重機概述··············································1
1.2 塔式起重機的發(fā)展情況········································1
1.3 塔式起重機的發(fā)展趨勢·······································3
第2章 總體設計··················································5
2.1 概述······················································· 5
2.2 確定總體設計方案············································5
2.2.1 金屬結構···············································5
2.2.2 工作機構···············································22
2.2.3 安全保護裝置···········································29
2.3 總體設計設計總則···········································32
2.3.1 整機工作級別 ··········································32
2.3.2 機構工作級別···········································32
2.3.3主要技術性能參數(shù)······································· 33
2.4 平衡重的計算···············································33
2.5 起重特性曲線···············································35
2.6 塔機風力計算·············································· 36
2.6.1 工作工況Ⅰ············································37
2.6.2 工作工況Ⅱ············································41
2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································43
2.7整機的抗傾翻穩(wěn)定性·········································45
2.7.1工作工況Ⅰ············································46
2.7.2工作工況Ⅱ············································47
2.7.3非工作工況Ⅲ··········································49
2.7.4工作工況Ⅳ············································50
2.8固定基礎穩(wěn)定性計算·········································51
第3章 塔身的有限元分析設計···································53
3.1 塔身模型簡化···············································53
3.2 有限元分析計算·············································54
3.2.1 方案一···············································54
3.2.2 方案二··············································79
3.2.3 方案三··············································98
第4章 塔身的受力分析計算····································121
4.1 穩(wěn)定性校核················································121
4.2 塔身的剛度檢算············································122
4.3 塔身的強度校核············································124
4.4 鏈接套焊縫強度的計算······································125
4.5 塔身腹桿的計算············································126
4.6 高強度螺栓強度的計算······································127
第5章 畢業(yè)設計小結···········································129
致謝·····························································130
主要參考文獻····················································131
畢業(yè)實習報告
附：英文翻譯
英文原文