QTZ40塔式起重机塔身的优化设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 QTZ40塔式起重机——塔身的优化设计 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： 学 号： 指导教师： 课题来源 导师课题 课题类别 毕业论文 一、论文资料的准备 1. 塔式起重机的研究背景 二次世界大战结束以后，由于许多国家夷为平地，庞大而艰巨的家园重建工作，要求建筑施工实现机械化，以加快建设进度。作为建筑机械化主导机械，塔式起重机得以应运而迅猛发展。 20世纪80年代随着改革开放和国际技术交流增多，我国曾先后有原联邦德国、法国、意大利、及丹麦引进了为数可观的塔式起重机产品，特别是1984年由法国POTAIN公司引进的三种机型（H3/36B、FO/23B、GTMR360B）的生产许可证，极大地促进了我国塔式起重机产品设计制造技术的进步。通过消化吸收国外先进技术，对基础部件，如电动机、电器、回转支承、传动机构及安全装置等进行定点生产，一些生产主机的专业大厂还进行了相应的技术改造，增设钢材预处理生产线，从而使国产塔式起重机的质量迅速提高，一些主要机种已达到或接近国外同类产品质量水平。 进入20世纪90年代以后，随着我国国民经济的持续发展，人民生活水平的不断提高，城市房地产业得到高速发展，水利、电力、桥梁等大型工程不断上马，我国已成为世界塔式起重机主要需求市场之一，其性能要求也越来越高，使得国内塔式起重机行业得到了高速发展。目前我国已成为世界塔式起重机生产大国，特别是近几年来我国塔式起重机已经批量出口国际市场，标志着我国塔式起重机生产的全面进步。然而，塔式起重机的理论设计工作近年来鲜有较大革新，一定程度上制约了我国塔式起重机行业的进一步发展。 无论国内还是国外，塔式起重机在现代化建设中都有非常重要的地位。它是现代社会进步的一个标志，是人类建设不可缺少的重要设备，它的高效性、安全稳定性是塔机行业较普遍关心和注意的问题。在塔机整体设计中应综合考虑各相关参数，以人为本、安全第一的设计观点来进行各项设计。 塔式起重机的塔身是塔机三大结构件之一，工作条件恶劣，荷载情况复杂，结构重量约占整机重量的1/4-1/5，支撑着塔机上部结构和起升载荷的重量，大多数塔身为空间桁架结构。塔身截面形式一般为正方形截面，主弦杆一般为角钢、角钢拼焊、方钢管或圆钢管。塔身腹杆一般为角钢或无缝钢管，有三角形、K字型等多种布置方式。腹杆体系的不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定性。本设计以QTZ400塔式起重机为例，依据GB/T13752-92《塔式起重机设计规范》，通过研究、分析塔身的受力情况，保证塔式起重机的安全施工。 2. ANSYS软件的发展状况 “有限元”这个词语于1965年首次被提出，经过大约40多年的不断发展和完善， 到今天已广泛应用于各种不同的工程之中，有限元思想的核心就是把实际结构离散化，假想地使实际的结构离散为有限数目个类似结构的个体，然后通过分析这些有限个体的性能来求出满足实际工程要求的计算结果，从而代替对于具体复杂实际结构的求解。经过离散化，应用有限元思想，可以解决很多实际复杂的工程问题，并在理论研究和工程应用两方面都具有极其重要的实用价值。 1970年，美国著名力学专家、匹兹堡大学教授 John Swanson创建了ANSYS公司，通过四十余年的发展壮大，已经逐渐成为全球CAE行业中最大的公司。在发展过程中，ANSYS软件不断改进提高，性能也不断增强，可靠性也不断得到保证，在易用性和适应运行环境等其他方面也日趋完善，基本上完全能够满足当前用户对于有限元分析软件的要求。 ANSYS作为一个大型通用软件，可以广泛的应用于结构、流体、声场、热、祸合场、电磁场上面，其使用用户能够涵盖机械、土木建筑、水利、生物、医学、能源、航空航天和交通运输等各行各业的不同领域，利用ANSYS软件，能够将实际模型置于各种各样不同的复杂实际工况之中，准确并合理的分析，优化设计，减少实际试验的物质和人力投入，提高工作效率，缩短研发周期从而能够为提高利润做出贡献。使用ANSYS软件分析，包含以下几个过程:建立模型、划分网格、加载和求解、结果后处理。 二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 本次毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神的最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创新、解决相关技术问题。通过毕业设计，使学生掌握塔式起重机的总体设计、塔身的设计、整体稳定性计算等内容，为今后步入社会、走上工作岗位打下良好的基础。 随着市场竞争的日益激烈，降低成本、提高产品质量及缩短产品开发周期已经成为企业生存和发展的关键。塔式起重机尤其是大吨位的塔机，其施工高度高，塔身成本占总成本的比重较大，通过塔身的结构优化，降低塔身重量是降低塔式起重机成本的关键之一。 传统的设计方法，一般是根据经验选定塔身的截面尺寸、主弦杆和腹杆的截面面积以及节距等参数，然后进行校核，这样设计的塔身, 结构自重偏大，材料的利用率低， 成本高，经济效益不好。 塔机结构现正经历从传统设计到现代设计方法的过程。传统设计计算复杂、耗时，不利于在激烈市场竞争中缩短设计周期，提高设计质量。计算机辅助设计、优化设计和有限元法等现代设计方法受到塔机科技人员越来越广泛的重视。 塔身是塔式吊车的重要组成部分,利用大型有限元软件ANSYS对QTZ40塔式起重机塔身进行工作及非工作状态分析计算，得到了塔身工作及非工作状态总位移分布云图、各种状态下塔身当量应力分布云图；根据分析结果对其结构进行了优化设计，有效控制了可能出现的危险，增强了设备的安全性。 三、主要内容、研究方法、研究思路 塔身结构也称塔架，是塔式起重机结构的主体。塔身受力情况十分复杂，在不同载荷作用下产生位移和变形，所受载荷主要有塔机吊重及上部结构自重产生的垂直力，上部结构和吊重产生的弯矩，吊臂回转引起的扭矩，及整个塔身受到的风载等，并且在工作过程中吊臂的旋转也会使塔身受力的状态发生变化，以上多种因素都可使塔身发生断裂危险，因此，利用有限元法对QTZ40塔式起重机塔身工作及非工作状态进行分析，对塔式起重机塔身结构改进有一定的指导意义。 （1） 设计任务： ①总体参数的选择（QTZ40级别） ②结构形式 （2） 总体设计 ①主要技术参数性能 ②设计原则 ③平衡重的计算 ④塔机的风力计算 ⑤整机倾翻稳定性的计算 （3） 塔身的设计和计算 ①塔身的形式及尺寸 ②设计塔身的强度、稳定性及刚度验算 ③联接套焊缝强度的计算 ④高强度螺栓强度的计算 ⑤塔身腹肝的计算 四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 起迄日期 工作内容 2013.28-2013.4.10 方案选择及总体设计 2013.4.11-2013.4.17 绘制总图 2013.4.18-2013.5.15 塔身设计 2013.5.16-2013.6.5 绘制塔身装配及结构图纸 2013.6.6-2013.6.19 绘制零件图纸 2013.6.20-2013.6.23 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/T9462—1999 塔式起重机技术条件 [5] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范 [6] GB5144—1994 塔式起重机安全规程 [7] 邢静忠．ANSYS应用实例与分析．科学出版社．2006． [8] 刘坤．ANSYS有限元方法精解．国防工业出版社．2005． [9]GB/T9462—1999 塔式起重机设计条件． [10] GB/T13752—1992 塔式起重机设计规范． [11] GB/T5144—1994 塔式起重机安全规程 [12]刘鸿文．材料力学．北京：高等教育出版社．2002． [13]李柱，徐振高．互换性与测量技术．北京：高等教育出版社．2002． [14] 张东升．机械零件及建筑机械．重庆：重庆大学出版社.2003． [15] 现行建筑机械规范大全．北京：中国建筑工业出版社.1995． 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： 系意见： 系领导签名： 日期： 系盖章 课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他 课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。