QTZ40塔式起重机总体及起升系统的设计开题报告

毕业设计开题报告课题名称QTZ40塔式起重机总体及起升系统的设计系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学生姓名： 指导教师： 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、 现状 从塔机的技术发展方面来看，虽然新的产品层出不穷，新产品在生产效能、操作简便、保养容易和运行可靠方面均有提高，但是塔机的技术并无根本性的改变。塔机的研究正向着组合式发展。所谓的组合式，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔身分解成若干部分，并依据系列化和通用化要求，遵循模数制原理再将各部分划分成若干模块。根据参数要求，选用适当模块分别组成具有不同技术性能特征的塔机，以满足施工的具体需求。推行组合式的塔机有助于加快塔机产品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。 塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。其中前者的承载力要高于后者，在许多的施工现场我们所见到的就是上回转式上顶升加节接高的塔机。按能否移动又分为：走行式和固定式。固定式塔机塔身固定不转，安装在整块混凝土基础上，或装设在条形式X形混凝土基础上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。起重机起升机构制动系统，主要包括：机械传动链中减速器的高速轴上装工作制动器，卷筒法兰盘上安装的液压式安全制动器；由工业控制计算机或可编程序控制器PLC与控制电路组成的电气控制系统；在正常情况下只要起重机主电源接通，安全制动器始终处于通电打开状态；在起重机供电系统故障及起升机构故障情况下安全制动器闭合；其特点是在起升机构发生故障，检测元件检测出的信号送入工业控制计算机或可编程序控制器PLC，经计算及逻辑判断，再输出信号控制工作制动器先闭合，并经过延时后，安全制动器再闭合；或者在紧急停电情况下利用安全制动器节流阀作用，使安全制动器滞后闭合。减小安全制动器闭合时对机械传动链造成的冲击载荷，避免了零部件损坏，确保了设备和工作人员安全。塔式起重机上的起升系统，操作人员只需携带轻巧的发射系统，自由走动并选择最佳(安全)视觉位置实行操作，消除了以往由于视线不清、环境恶劣或指挥配合不当等因素造成的事故隐患，保证了安全操作；操作、系缆、挂钩可由一人单独承担，无需他人指挥，节省了人力资源；操作人员独立判断，操作的准确性、连贯性比以往得以显著提高，从而大幅度提高了生产效率。2、发展趋势重点产品大型化，高速化和专用化由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。系列产品模块化、组合化合标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）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：动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。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、回转和行走四部分。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。随着科学技术和计算机技术的进一步发展,现代工程技术正向着实用、可靠、安全、经济以及规范的方向发展。在这样的发展背景下,对塔式起重机起升机构的设计也提出了新的要求,实现塔式起重机起升机构在安全可靠的基础上的经济性受到了人们越来越多的重视。同时,在塔式起重机起升机构的传统设计过程中,设计人员更多的依靠经验、试凑、静态定性分析和手工劳动,导致了设计产品的设计周期长,设计质量差,设计费用高,产品缺乏竞争力。因此,研究塔式起重机起升机构的优化设计方法,对于提高塔式起重机起升机构设计的效率和质量具有重要的作用。 论文主要在分析了塔式起重机在工程实际中的应用情况、主要形式及其作用,提出了对塔式起重机,特别是对塔式起重机的咽喉设备起升机构进行研究,使其使用更加方便,成本更加低廉,具有重要现实意义的思想。本论文在理论和实践中的主要成果与特色如下: (1)应用设计方法学对塔式起重机起升机构的总体方案进行了优化决策,采用基于数学规划的优化设计方法对塔式起重机起升机构的减速器进行了参数优化设计,提出使用基于有限元法的优化设计方法对起升卷筒进行目标优化设计。 (2)论述了设计方法学,包括功能分析法和层次分析法的基本原理和设计思想。其中,运用功能分析法对门式起重机起升机构总体方案进行定性的分析,而运用层次分析法对塔式起重机起升机构总体方案进行定性和定量相结合的方法。重点：塔式起重机总体及其起升系统的设计，以及各个部件的设计。需要解决的问题：1、在塔式起重机总体设计中，要考虑到起重机每个部件的的合理及其安全性能。1）吊钩是桥式起重机用得最多的取物装置，它承担着吊运的全部载荷，在使用过程中，吊钩一旦损坏断裂易造成重大事故。吊钩一旦发现裂纹要按照GB10051-88给予报废，坚决不要对吊钩进行焊补。2）减速器是桥式起重机的重要传动部件，通过齿轮啮合对扭矩进行传递，把电动机的高速运转调到需要的转速，在传递扭矩过程中齿轮会出现轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶和、齿面磨损等机械故障。3）制动器是桥式起重机重要的安全部件，具备阻止悬吊物件下落、实现停车等功能，只有完好的制动器对起重机运行的准确性和安全生产才能有保证，在起重机作业中制动器会出现制动力不足、制动器突然失灵，制动轮温度过高与制动垫片冒烟、制动臂张不开等机械故障。根据以上常见问题，来考虑各个部件的基本设计和技术要求。4）在安全方面采用多种措施，能保证当同一轴线上的电动机发生故障时，另一轴线上 的两个电动机仍可以继续工作；机构中在高速轴上装置有块式制动器，在卷筒上再设置夹钳盘式紧急制动器；在卷筒及电机轴上安装有脉冲发生器，根据脉冲信号的变化判断系统是否发生故障，并采用相应得紧急措施；采用手动操作对非常事故进行处理。三、主要内容、研究方法、研究思路1、主要内容（1）设计任务： 总体总体参数的选择（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） 起升机构的设计和计算 起升机构的形式 确定起升机构滑轮组倍率 确定卷筒尺寸 选择电动机、减速器、制动器、联轴器 验算实际起升速度 验算起、制动时间 电动机发热验算 卷筒强度的计算（4） 吊钩组的设计 吊钩组的形式 吊钩组横梁的强度计算2、研究方法及思路 （1）资料的准备 通过上网和毕业实习，搜集同类已研发产品相关资料，了解国内外塔式起重机总体设计和起升系统的设计的已研发的产品，借鉴这些产品的设计思路为自己的设计做准备。了解所做设计中的标准部件的相关信息，为以后设计做好准备。 （2）参数确定根据所查资料，了解到起重机的相关参数，和对标准部件的了解，选择能免租条件的相关零件。根据传统设计方法并结合相似的产品结构进行具体的设计，在设计中确定个关节的合理尺寸和形状。整体和各个部件的形状和尺寸确定后，用二维作图工具（autoCAD等）绘制出个主要部件的图形图和总装图。明确产品的具体具体设计尺寸和形状。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）2013.3.25-2013.3.28 熟悉设计内容并收集资料2013.3.29-2013.4.13 总体参数确定及总体设计2013.4.14-2013.4.20 绘制总图2013.4.21-2013.5.15 起升机构、吊钩组的设计2013.5.16-2013.6.5 绘制起升机构、吊钩组装配图2013.6.6-2013.6.17 绘制零件图纸2013.6.18-2013.6.21 准备论文及答辩五、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指导教师意见： 指导教师签名： 日期：教研室意见： 教研室主任签名： 日期：