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畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機(jī)總體及起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)械094
學(xué)生姓名： 劉志勇
學(xué) 號(hào)： 2009307428
指導(dǎo)教師： 李常勝
課題來(lái)源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、 論文資料的準(zhǔn)備
1、 現(xiàn)狀
從塔機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面來(lái)看，雖然新的產(chǎn)品層出不窮，新產(chǎn)品在生產(chǎn)效能、操作簡(jiǎn)便、保養(yǎng)容易和運(yùn)行可靠方面均有提高，但是塔機(jī)的技術(shù)并無(wú)根本性的改變。塔機(jī)的研究正向著組合式發(fā)展。所謂的組合式，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔身分解成若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理再將各部分劃分成若干模塊。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特征的塔機(jī)，以滿足施工的具體需求。推行組合式的塔機(jī)有助于加快塔機(jī)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，并能更好的為客戶服務(wù)。
塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)兩大類。其中前者的承載力要高于后者，在許多的施工現(xiàn)場(chǎng)我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機(jī)。按能否移動(dòng)又分為：走行式和固定式。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上，或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)系統(tǒng)，主要包括：機(jī)械傳動(dòng)鏈中減速器的高速軸上裝工作制動(dòng)器，卷筒法蘭盤上安裝的液壓式安全制動(dòng)器；由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或可編程序控制器PLC與控制電路組成的電氣控制系統(tǒng)；在正常情況下只要起重機(jī)主電源接通，安全制動(dòng)器始終處于通電打開狀態(tài)；在起重機(jī)供電系統(tǒng)故障及起升機(jī)構(gòu)故障情況下安全制動(dòng)器閉合；其特點(diǎn)是在起升機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，檢測(cè)元件檢測(cè)出的信號(hào)送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或可編程序控制器PLC，經(jīng)計(jì)算及邏輯判斷，再輸出信號(hào)控制工作制動(dòng)器先閉合，并經(jīng)過(guò)延時(shí)后，安全制動(dòng)器再閉合；或者在緊急停電情況下利用安全制動(dòng)器節(jié)流閥作用，使安全制動(dòng)器滯后閉合。減小安全制動(dòng)器閉合時(shí)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈造成的沖擊載荷，避免了零部件損壞，確保了設(shè)備和工作人員安全。
塔式起重機(jī)上的起升系統(tǒng)，操作人員只需攜帶輕巧的發(fā)射系統(tǒng)，自由走動(dòng)并選擇最佳(安全)視覺位置實(shí)行操作，消除了以往由于視線不清、環(huán)境惡劣或指揮配合不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻氖鹿孰[患，保證了安全操作；操作、系纜、掛鉤可由一人單獨(dú)承擔(dān)，無(wú)需他人指揮，節(jié)省了人力資源；操作人員獨(dú)立判斷，操作的準(zhǔn)確性、連貫性比以往得以顯著提高，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率。
2、發(fā)展趨勢(shì)
①重點(diǎn)產(chǎn)品大型化，高速化和專用化
由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長(zhǎng)，起重量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越高，并對(duì)能耗和可靠性提出更高的要求。起重機(jī)已成為自動(dòng)化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要容易操作，容易維護(hù)，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無(wú)故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性。工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機(jī)的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。
②系列產(chǎn)品模塊化、組合化合標(biāo)準(zhǔn)化
用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。設(shè)計(jì)新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求
③通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化
有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場(chǎng)合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可命名整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會(huì)有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機(jī)。
④產(chǎn)品性能自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化
起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找
起吊物重心、近場(chǎng)感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、載波通訊及控制、無(wú)接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平。重點(diǎn)開發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄，起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，特殊場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題）
起重機(jī)是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動(dòng)物品的機(jī)械，具有動(dòng)作間歇性和作業(yè)循環(huán)性，多用于人力不能完成的任務(wù)。
塔式起重機(jī)：動(dòng)臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。
隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)代工程技術(shù)正向著實(shí)用、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)以及規(guī)范的方向發(fā)展。在這樣的發(fā)展背景下,對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也提出了新的要求,實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)在安全可靠的基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)性受到了人們?cè)絹?lái)越多的重視。同時(shí),在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員更多的依靠經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)定性分析和手工勞動(dòng),導(dǎo)致了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),設(shè)計(jì)質(zhì)量差,設(shè)計(jì)費(fèi)用高,產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。因此,研究塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)于提高塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量具有重要的作用。
論文主要在分析了塔式起重機(jī)在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況、主要形式及其作用,提出了對(duì)塔式起重機(jī),特別是對(duì)塔式起重機(jī)的咽喉設(shè)備——起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,使其使用更加方便,成本更加低廉,具有重要現(xiàn)實(shí)意義的思想。本論文在理論和實(shí)踐中的主要成果與特色如下: (1)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法學(xué)對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的總體方案進(jìn)行了優(yōu)化決策,采用基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),提出使用基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)起升卷筒進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (2)論述了設(shè)計(jì)方法學(xué),包括功能分析法和層次分析法的基本原理和設(shè)計(jì)思想。其中,運(yùn)用功能分析法對(duì)門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性的分析,而運(yùn)用層次分析法對(duì)塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)總體方案進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的方法。
重點(diǎn)：塔式起重機(jī)總體及其起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及各個(gè)部件的設(shè)計(jì)。
需要解決的問(wèn)題：
1、在塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)中，要考慮到起重機(jī)每個(gè)部件的的合理及其安全性能。
1）吊鉤是橋式起重機(jī)用得最多的取物裝置，它承擔(dān)著吊運(yùn)的全部載荷，在使用過(guò)程中，吊鉤一旦損壞斷裂易造成重大事故。吊鉤一旦發(fā)現(xiàn)裂紋要按照GB10051-88給予報(bào)廢，堅(jiān)決不要對(duì)吊鉤進(jìn)行焊補(bǔ)。
2）減速器是橋式起重機(jī)的重要傳動(dòng)部件，通過(guò)齒輪嚙合對(duì)扭矩進(jìn)行傳遞，把電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)到需要的轉(zhuǎn)速，在傳遞扭矩過(guò)程中齒輪會(huì)出現(xiàn)輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠和、齒面磨損等機(jī)械故障。
3）制動(dòng)器是橋式起重機(jī)重要的安全部件，具備阻止懸吊物件下落、實(shí)現(xiàn)停車等功能，只有完好的制動(dòng)器對(duì)起重機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和安全生產(chǎn)才能有保證，在起重機(jī)作業(yè)中制動(dòng)器會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)力不足、制動(dòng)器突然失靈，制動(dòng)輪溫度過(guò)高與制動(dòng)墊片冒煙、制動(dòng)臂張不開等機(jī)械故障。根據(jù)以上常見問(wèn)題，來(lái)考慮各個(gè)部件的基本設(shè)計(jì)和技術(shù)要求。
4）在安全方面采用多種措施，能保證當(dāng)同一軸線上的電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，另一軸線上 的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)仍可以繼續(xù)工作；機(jī)構(gòu)中在高速軸上裝置有塊式制動(dòng)器，在卷筒上再設(shè)置夾鉗盤式緊急制動(dòng)器；在卷筒及電機(jī)軸上安裝有脈沖發(fā)生器，根據(jù)脈沖信號(hào)的變化判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障，并采用相應(yīng)得緊急措施；采用手動(dòng)操作對(duì)非常事故進(jìn)行處理。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
1、主要內(nèi)容
（1）設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 總體總體參數(shù)的選擇（QTZ40級(jí)別）
② 結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計(jì)
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)計(jì)原則
③ 平衡重的計(jì)算
④ 塔機(jī)的風(fēng)力計(jì)算
⑤ 整機(jī)傾翻穩(wěn)定性的計(jì)算
（3） 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 起升機(jī)構(gòu)的形式
② 確定起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率
③ 確定卷筒尺寸
④ 選擇電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器
⑤ 驗(yàn)算實(shí)際起升速度
⑥ 驗(yàn)算起、制動(dòng)時(shí)間
⑦ 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
⑧ 卷筒強(qiáng)度的計(jì)算
（4） 吊鉤組的設(shè)計(jì)
① 吊鉤組的形式
② 吊鉤組橫梁的強(qiáng)度計(jì)算
2、研究方法及思路
（1）資料的準(zhǔn)備 通過(guò)上網(wǎng)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，搜集同類已研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外塔式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)和起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的已研發(fā)的產(chǎn)品，借鑒這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路為自己的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。了解所做設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)部件的相關(guān)信息，為以后設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
（2）參數(shù)確定
根據(jù)所查資料，了解到起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)，和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)部件的了解，選擇能免租條件的相關(guān)零件。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并結(jié)合相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中確定個(gè)關(guān)節(jié)的合理尺寸和形狀。整體和各個(gè)部件的形狀和尺寸確定后，用二維作圖工具（autoCAD等）繪制出個(gè)主要部件的圖形圖和總裝圖。明確產(chǎn)品的具體具體設(shè)計(jì)尺寸和形狀。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容并收集資料
2013.3.29-2013.4.13 總體參數(shù)確定及總體設(shè)計(jì)
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 起升機(jī)構(gòu)、吊鉤組的設(shè)計(jì)
2013.5.16-2013.6.5 繪制起升機(jī)構(gòu)、吊鉤組裝配圖
2013.6.6-2013.6.17 繪制零件圖紙
2013.6.18-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機(jī).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社（5冊(cè)）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機(jī)技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機(jī)安全規(guī)程
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)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(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章