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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ500塔式起重機——臂架優(yōu)化設計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機053班
學生姓名： 張勇杰
學 號： 2005307322
指導教師： 李常勝 劉春東
課題來源
社會實踐
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) 我國塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
塔式起重機在我國的生產與應用已經(jīng)有50余年的歷史，經(jīng)歷了以個從測繪仿制到自行設計制造的過程，特別是進入20世紀90年代以后，我國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個興盛時期，年產量連年猛增，而且有部分產品出口到國外。
現(xiàn)在我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機的應用。近20年來，市場的需求，有力的促進了技術的進步，通過研究開發(fā)、技術創(chuàng)新、引進消化，我們的設計手段和配套件生產能力也有了很大的進步，計算機輔助設計、微電子技術、程控語言控制技術都在塔機上得到了應用。當然也不可否認，我國的塔機產品的技術性能、制作質量和品種型號規(guī)格，與發(fā)達國家產品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產設備和檢測手段等，差距更大。這就影響了我們整機產品的質量和可靠性，增加了事故隱患。對此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴格把關、趕超國際水平。
(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。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。就目前現(xiàn)實而言，我國塔式起重機幾乎是上回轉一統(tǒng)天下，下回轉塔機很少。
這正好說明我國塔機品種單一化，實際上只要是有技術創(chuàng)新，下回轉塔機在我國完全是可以大有作為的。
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，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) 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀
① 組合塔機或稱模塊塔機：所謂組合塔機，就是以塔身結構為核心，按結構和功能特點，將塔機分解為若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理將各部分劃分并設計成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當模塊分別組成具有不同技術性能特點的塔機，以滿足施工的具體要求。
② 一些超重型塔機相繼問世：近年來由于大功率電站、高壩、近海石油鉆井平臺、天然氣鉆井平臺以及石油化工業(yè)發(fā)展的需要，對重型和超重型塔機提出了更多更高的要求。如今，幅度70～90m、最大起重量50～60t、起升高度100～300m的塔機已非罕見。
③ 適應都市改建需要的城市塔機應運而生，并得到發(fā)展，其特點是：采用短平衡臂、可在4m×4m～6m×6m尺寸范圍內進行X形底架、運輸方便快捷、安裝架設速度快、采用較完善的調速、操縱系統(tǒng)和電子儀表。
(五) QTZ500型塔式起重機的簡單介紹及其市場前景
QTZ500型塔式起重機簡稱QTZ500型塔機，是500kN·m上回轉自升式塔機，是一種結構合理，性能比較優(yōu)異的產品，比較國內同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能夠滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和預制構件的吊運和安裝，并能在市內狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。
該機屬于快裝塔機和城市塔機，用于中小城市公用建筑、學校建筑和多層住宅的施工建設。以基本高度（獨立式）36米。如果用戶需要高層附著施工，只需提出另行訂貨需求，即可增加某些部件實現(xiàn)本機的最大設計高度100m，也就是附著高層施工，可建32層以內的高樓。
近年來，隨著建設工程量的不斷擴大，起重安裝工程量也越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增加，因此，對工程起重機特
別是大規(guī)模的起重機需求日益增加，隨著當代科學技術的發(fā)展，各種新技術、新材料、新工藝、新結構在工程起重機上得到廣泛的應用，所有這些因素都有力的促進了工程起重機的發(fā)展。目前中小城市居民樓建設主要以10層以內的為多，而我們的產品QTZ500型塔式起重機主要針對城市12層以內高樓的建設以及設備安裝工作，適合當前市場的需要，因此設計生產這一型號的塔式起重機是可行的。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題）
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我們在校所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練我們綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉我們獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求我們在設計過程中，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，使我們掌握塔式起重機的總體設計，吊臂的設計，整體穩(wěn)定性計算，有限元分析等內容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎。通過此次設計使我們獲得基本塔機結構設計，理論聯(lián)系實際，擴大知識面；同時也是鍛煉和培養(yǎng)自身能力及素質的重要渠道，也是我們逐步實現(xiàn)由學生到社會的轉變，培養(yǎng)我們初步擔任技術工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能，體驗企業(yè)工作的內容和方法。
三、主要內容、研究方法、研究思路
(一) 主要內容
（1） 設計任務：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ500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） 吊臂的設計和計算：
① 吊臂的形式及尺寸（變截面）（雙吊點）
② 吊臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
(二) 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臂架進行優(yōu)化設計。
(三) 研究思路
塔式起重機的機構是有起升機構、回轉機構、小車變幅機構、行走機構四大傳動機構組成，另外還要重點注意該機的金屬結構，塔機的金屬結構又分為塔身、臂架、平衡臂、塔頂、以及頂升套架。我們應該不僅設計好塔機的機構，更重要的也要設計好塔機的金屬結構，所以我們這次設計分塊分工完成。
我負責設計的部分是塔式起重機金屬結構中臂架的優(yōu)化設計，臂架是由若干個臂架標準節(jié)組成的，所以我以臂架標準節(jié)節(jié)為單位進行參數(shù)化設計，提出參數(shù)化模型，并利用三維制圖軟件制成三維圖，并利用有限元分析軟件對塔式起重機進行動力學和靜力學分析，以對結果進一步優(yōu)化設計。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期）
2009.3.23-2008.3.28 熟悉整理資料
2009.3.29-2009.4.13 方案選擇及總體設計
2008.4.14-2008.4.20 繪制總圖
2008.4.21-2008.5.15 臂架設計
2008.5.16-2008.6.5 繪制臂架裝配及機構圖紙
2008.6.6-2008.6.19 繪制零件圖紙
2008.6.20-2008.6.26 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
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