塔机毕业设计开题报告.docx
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塔机毕业设计开题报告.docx
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塔机毕业设计开题报告
山东建筑大学毕业设计开题报告表
班级:
机本04机设方向姓名:
李艳
设计题目
组合塔式起重机设计——630~1600KN
m塔身、附着装置和底架设计
一、选题背景和意义
改革开放以来大量中小型建筑企业应运而生,很大一部分新生建筑企业由于资金不雄厚,或今天有工程干但明天能否找工程没把握等原因,缺乏长远规划,只好购买技术含量低、一次性投资少的一般塔机或大中型建筑企业淘汰下来的二手货及大中城市禁止使用的超期服役的旧塔机,造成购买技术先进、投资大的产品的用户少。
用户群不稳定,促使塔式起重机的租赁更成为现代建筑用塔机的主要方式。
目前各国在发展工程起重机新产品中都很重视“三化”(标准化、系统化、通用化),为生产和使用提供有利条件。
我国也提出全面加速采用估计标准和国外先进标准,是我国实行开放政策和提高产品质量的一项重大措施。
塔式起重机的组合设计在国外发展较快,为了适应不同用户的不同需要,国外的大型塔式起重机厂有着完善的系统,国内外在提高塔式起重机的工作性能方面做了大量的工作。
长吊臂固定式自升塔式起重机有着服务范围大,成本低,适应性强等优点,受到越来越多的人的重视。
组合塔式起重机的科研工作和新产品的开发工作引起国内外同行的极大兴趣,塔式起重机的更新换代周期明显缩短,我国塔式起重机行业的落后面貌,在过去的十几年中已经得到明显的改变。
综观塔式起重机设备的发展趋势,现场残酷的施工要求下,对塔式起重机设计提出了更高的要求,只有合理设计塔式起重机各个部件,使塔式起重机达到“三化”要求,实现塔式起重机的组合使用,才能提高塔式起重机的利用率,促进塔机行业的发展。
进入二十一世纪以来,随着奥运的临近,国家西部开发的火热进行,以及中国农村向城市化转化的进程,国家基本建设规模将会逐年扩大,作为国民经济的四大支柱之一的建筑业又迎来了一次快速发展的机会,目前的市场发展正逐步向标准化、系统化、通用化的塔式起重机发展,而组合塔式起重机就是一种最具有竞争力的机型。
若能够将本次毕业设计课题研究成果应用到实际生产中去,该组合塔式起重机开发成功,必然增强其市场竞争力。
具体表现在:
(1)有利于提高塔机的利用率,实现塔机的生产价值。
(2)有利于适应不同用户的不同需要,提高塔机租赁业务的发展。
(3)促进塔机技术的发展。
二、课题关键问题及难点
总体设计中各部分结构的确定,塔身、附着装置及底架的设计计算。
三、文献综述
1塔式起重机的发展状况
塔机起源于欧洲,其发展滞后于桥式起重机。
据记载,1900年欧洲颁发了第一项有关建筑用塔机的专利,世界上第一台比较完整的塔机出现在德国,德国于1941年公布了塔机工业标准DIN8670,规定以起重量乘以工作幅度来代表塔机的起重能力,在此后的几十年间,欧洲的其它几个国家也相继采用了这个标准。
历经时代的变迁,DIN8670标准也修改过多次。
塔机的繁荣发展起始于第二次世界大战之后,因为战争的破坏,使劫后的欧洲几乎成了一片废墟,急待重建。
庞大的工程虽要求建筑施工迅速实现机械化,由此刺激了新型塔机的研制和迅速推广,促进了建筑业快速发展的同时,也使其自身的技术水平得到了跳跃式的提高。
据报道,1951、1953年西欧已出现较完善的下回转塔机,1956、1957年一些新技术(大尺寸回转支承等)已在塔机产品上应用;20世纪50年代末期德、法、意三国塔机产量猛增,当时德国连续多年塔机产量均在千台以上,塔机产品型号众多,分为轻型、中型、重型,起重能力最大者达250
;由于西欧建筑业采用塔机施工效益显著,纽约、东京、莫斯科等地一些著名高层建筑的施工纷纷仿效,采用内爬塔机。
我国塔机行业正是在这种形势下开始起步,我国塔机的发展历史总起来不过五十年的时间,研制水平远落后于世界水平。
经历了从仿制、自行研制、技术引进的过程。
我国于1954年研制了第一台塔机,同年投入使用。
到20世纪70年代后期,上回转塔机以动臂变幅式为主,随着建筑业发展的强劲需求,对施工速度和高效率的追求,使小车变幅式塔机的优越性表现出来,动臂变幅式塔机渐渐被淘汰。
回顾塔机发展的历史,从桥式起重机到塔式起重机,从动臂变幅式塔机到小车变幅式塔机,生产的需求推动了技术的进步。
组合塔式起重机是在建筑施工不断对塔机技术提出更新更高要求的形势下而萌发形成的。
最初由德国WOLFF厂提出这种思路,名为制式塔机,不久就就为西欧其他塔机生产厂家所仿效,解放前的苏联亦于20世纪80年代中期推出名为模块系统塔机的组合式塔机。
组合式塔机的核心式塔身的组合。
早期组合式塔机的做法是,以塔身为中心进行组合,即以不同数量和不同承载能力的塔身标准节进行组合,配以相应的底架构成不同起升高度的塔机。
随后,塔机组合内容又扩展到起重臂、平衡臂、塔顶、转台及整个上部结构。
起始时,组合制式仅限于上回转小车变幅臂架回升式塔机,目前已在下回转快装塔机的起重能力范围介乎450
2500KN
m,现今已扩展1000
6000KN
m级塔机。
总之,凡属同一类构造,起重能力介于一定范围的各个型号塔机的组成模块均可互换并加以组合使用,从而构成可适应不同工程对象特定需求的某种“特制”塔机,或者是“量体裁衣”塔机。
塔式起重机的当前状况与当前技术
尽管我国五十年来,塔机有了很大的发展,但从质量上、数量上看尚不能满足建筑行业发展的需要,与国外塔机比较,在性能、质量、数量等方面都存在不少差距。
在设计方面,国外塔机设计普遍采用计算机辅助设计和组合设计,大大提高了设计水平和设计速度,而我国塔机设计的CAD及组合设计刚刚起步,有待于进一步提高。
在制造方面,国外企业非常重视制造工艺及加工设备的先进性。
例如,法国波坦公司的塔机钢材加工采用了数控切割机和电视监控切割,钢材焊接采用自动或半自动焊,焊接时普遍都采用混合气体保护焊,在焊接前后进行喷丸处理。
油漆工序是在密封的喷漆室内进行的,喷漆室左右两侧壁有水幕防雾装置,可将飞扬的漆雾吸收流入地下水池里经过滤后循环使用。
当喷完三道漆后,立即将构件送入温度150℃的烘干室内进行红外线烘干。
德国Liebheer公司采用高压无气喷漆方式,喷漆室是完全封闭结构。
在机加工方面,数控机床已普遍使用,因而塔机在外观质量上我国与国外还存在着较大差距。
整机可靠性差距较大,国产塔机故障较多,返修率较高,国内塔机工作机构作业循环可靠性一般在300~5000次,而法国渡坦公司的塔机工作机构作业循环可靠性在8000次以上。
国内塔机返修中电气故障率最高,电气元件质量差,影响整机性能一般约占总事故80以上。
国内塔机自重大,自重利用系数偏高,即同样起重能力的塔机比国外产品消耗的材料多,自重大,经济效益差,愈是大塔机差距愈大。
我国组合式塔式起重机行业也随之逐步发展。
组合式塔式起重机的应用与组合式塔式起重机产品的发展在我国经历了三个不同阶段,即组合设计单机实践阶段、第一种定型组合塔式起重机投入生产与施工应用阶段、一些著名厂家相继采用组合原理开发塔机新产品。
近年来,我国一些塔机生产厂家相继大力开发组合系统塔机产品,其中工作比较突出的是四川、广西等厂。
广西厂的组合式自升塔机起重能力范围为600~2500KN
m,共有5种基础型式,11种变型产品,起升高度30.5~59m。
采用塔身模块有4种,底架模块4种。
四川厂生产的组合式塔机有两类,一类是小车变幅水平臂架自升塔机,一类是俯仰变幅动臂自升式塔机,共7种基础型式,15种变型产品,起重能力为250~3500KN
m。
其中水平臂架自升塔12种臂架长长32~70m,俯仰变幅动臂自升塔机3种,臂架厂30~50m,共采用底架模块5种,塔身标准节模块则有5种不同截面,四种不同长度,塔顶模块5种,平衡臂模块7种。
2出现的问题及解决方法措施
首先,80年代的产品型号分类标准技术法规限制了产品开发。
除规定了起升速度、回转速度、变幅速度、行走速度、顶升速度、起重量、起重力矩等主参数之外,对下回转塔机的支腿跨距、尾部回转半径等几何尺寸都有严格的规定,束缚了生产厂家设计者的思路,这严重影响了我国塔机的技术进步。
要解决这一问题我们须建立独立的研究体系来开发高新产品。
开发要有新观念,要面向市场。
要改变我国塔机结构不合理的问题,实用、可靠、安全、经济,畅销的产品就是好产品。
当然,要搞出好产品来也并非那么容易,还是要靠科技,也只能靠科技。
一方面要利用高新技术改造、完善、拓宽、提高我国的传统产业,使产品上水平、进入国际市场;另一方面是科技面对国情,要向中小城镇甚至乡村普及,开发出小城镇建设需要的中小型塔机。
其次,用户群不稳定也制约了塔机技术进步。
改革开放以来大量中小型建筑企业应运而生,很大一部分新生建筑企业由于资金不雄厚,或今天有工程干但明天能否找工程没把握等原因,缺乏长远规划,只好购买技术含量低、一次性投资少的一般塔机或大中型建筑企业淘汰下来的二手货及大中城市禁止使用的超期服役的旧塔机,造成购买技术先进、投资大的产品的用户少。
据行业统计,我国现有塔机中60%左右是25t级以下的小型塔机,在发达国家,25t·m以下的塔机绝大多数为运输便捷、架设迅速、使用安全垒的快速架设塔机,而我国井架塔机却曾一度占有小型塔机市场的主导地位,使本应占主导地位的快架塔机受到冷落。
而企业是创新和产品开发的主体,如果企业不自觉地去营造这一主体,不仅涉及到本企业的命运,也是关系到中华民族存亡的大事。
因此企业在发展的同时必须建立自己的开发体系,通过技术创新开发具有自主知识产权的专利产品,这一点在加入WTO后更为重要。
而我国企业创新能力不足影响了产品发展。
再次,要搞科技,闭门搞肯定搞不出大名堂,完全照搬国外的技术也有问题。
首先,照搬人家的技术,知识产权上有问题;其二,中国有自己的国情,要解决产品适用性问题,要进行二次开发、创新才能搞出好产品来。
所以要根据国情研究国外技术,解决关键问题。
我国率先引进技术的企业,由于产品有特色、性能优越,占领了大型塔机大部分市场。
国内开发自有知识产权的产品成功的范例也不少,如垒无级调速、PLC控制的中大型塔机和国家“九五”攻关项目中布料半径达45m的0BT80/45塔机,由于在技术上有突破、有创新,均取得了很好的经济效益和社会效益。
近年来,我国塔机制造业的水平虽然有所提高,但相对其它一些行业的先进制造技术还是落后的,大多数企业的管理模式和生产方式还是传统的多级递进的静态不变的模式,很难适应多品种批量化生产和商品经济的激烈竞争,难以形成自己的民族规模工业。
我国300多家塔机厂的年产量大致相当法国Potain公司一家的年产量,而且品种、规模还远不如他们齐垒。
我国应围绕产品要按市场经济规律办事这一载体靠利益、资产和专业特长进行多方位协作,很多问题并不一定在行业内解决,可以跨行业解决。
各个专业的事要由精通专业的企业办,各基础件由有优势的基础件企业制造。
建议由各专业生产厂在已有基础上集中力量,有重点、有选择地组织引进、消化、吸收、开发和创新,注意发展自主的现代化专业制造技术,使我国的整体制造水平在较短的时间内提高到较高的水平以适应塔机发展的需要。
3组合塔式起重机的问题及解决方式
(1)在设计上,可减少开发塔机新产品的设计工作量,迅速推出新型产品,
据资料,采用标准模块组合成新的不同功能的塔机,可使设计工作量减少一半左右。
另外,通过改变个别模块的参数和结构,或者换用一些模板,还可很方便地实现产品更新,或改善产品的部分性能,这同另起炉灶从头做起相比,约可使设计工作量减小1/2~2/3。
(2)在加工制造上,通过扩大专业化生产工作机构模块,集中生产基础型号塔机的结构模块,可减少模具、工装胎具等工艺装备的投资,压缩生产用地、增大产品质量和可靠度,塔机生产成本也可因而降低。
(3)在建筑施工上,采用组合式塔机,可比较灵活完满地适用不同层数,不同体型、结构复杂的高层和超高层建筑综合体施工需要,施工单位通过针对需要购置性能合适的组合式塔机,既节约机械设备的投资,又简化管理事务并减少一些不必要的开支。
另外,由于组合塔式起重机技术性能较切合工程实际需要,施工进度也因而加快。
4塔式起重机的发展趋势
根据我国塔式起重机的发展形式和市场需求,在产品品种方面预计今后几年塔式起重机要向大型化(1O00
)以上的和小型化(40
)以下的发展;在技术性能方面要向产品智能化、数字化和机——电——液一体化方向发展;在结构型式方面要发展一机多用的塔机,如吊重、布料、高空作业集为一体等;要加大力度研究解决高性能、高技术含量、高可靠性的塔机,最低限度降低塔机事故率。
国外塔机由小向大、由轻向重、由单一向多功能、由俯仰变幅臂架向小车变幅臂架发展,工作速度由低向高发展。
同时已广泛使用屈服极限
=600~900N/
的高强度轻质合金钢制作臂架,聚合材料也被普遍采用,以减轻自重,提高工作性能。
开始应用自动控制及遥控技术,利用智能微电脑控制的力矩限位器。
还采用组合设计方法以少量通用标准部件组合成数量、品种多的塔机来满足多种不同需要的变型塔机。
四、方案论证根据设计要求本次设计是上回转自升式塔式起重机QTZ160。
1塔顶式自升固定塔式起重机
按照回转支承构造形式,上回转部分的结构可分为塔帽式、转柱式、平台式和塔顶式四种。
由于转柱式塔式起重机的塔身和转柱重叠,金属结构重量较大,常用于重型工业建筑塔式起重机。
平台式构造较为紧凑,重量较轻,但要求的轴承式回转支承精度高、间隙小,主要用于自升式塔式起重机。
塔帽式塔式起重机的回转部分比较轻巧,转动惯量较小,但由于上下支承间距有限,能承受的不平衡力矩较小,所以经常采用在中、小型塔式起重机上。
塔顶式构造多用于自升式塔式起重机。
本次设计中采用塔顶式塔式起重机。
按照起重机有无行走机构,可分为移动式塔式起重机和固定式塔式起重机两类。
固定式塔式起重机分为塔身高度不变式和自升式,根据要求本次设计的塔身高度在50m以上,若采用塔身高度不变式与自升式相比,对塔身的材料要求更高,而且会造成塔身标准节资源的浪费,所以本次设计选择自升式塔式起重机。
2双吊点小车变幅臂架
按照塔机变幅方式的不同,塔式起重机可分为动臂变幅、小车变幅和综合变幅塔式起重机。
动臂变幅塔式起重机只适用于起升高度低,变幅幅度较小的中、小型塔式起重机。
小车变幅塔式起重机幅度利用率高,而且变幅时所吊重物在不同幅度时高度不变,工作平稳,便于安装就位,效率高,多用于变幅方式多用于大幅度大高度的自升式塔式起重机。
综合变幅塔式起重机虽然具备了动臂变幅和小车变幅的功能,但制造复杂,成本高,综合考虑,本次设计就选用小车变幅塔式起重机。
根据桁架水平式吊臂拉杆吊点位置不同,臂架可分为单吊点小车变幅臂架、双吊点小车变幅臂架和起重臂和平衡臂连成一体的锤头式小车变幅臂架。
目前最常用的臂架为单吊点小车变幅臂架和双吊点小车变幅臂架,如图1所示。
单吊点小车变幅臂架吊臂为静定结构,双吊点小车变幅臂架吊臂为一次超静定结构,从受力角度分析,双吊点小车变幅臂架比单吊点的受力好。
若臂架长度小于50m,对最大起重量无特殊要求,一般采用单吊点,若臂架长度在50m以上,或对跨中附近最大起重量有特大要求,应采用双吊点。
故本次设计的组合式塔式起重机臂长在50m以上,所以应采用双吊点小车变幅臂架。
图1
3前倾截锥柱式结构型式的塔帽
自升式塔机塔身向上延伸的顶端是塔顶,又称为塔帽或塔尖。
其功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部荷载,并通过回转塔架、转台、承座等的结构部件或直接通过转台传递给塔身结构。
自升塔机的塔顶有直立截锥柱式、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑架式等型式。
截锥柱式塔尖实质上是一个转柱,由于构造上的原因,底部断面尺寸要比塔身断面尺寸小,其主弦杆可视需要选用实心圆钢、厚壁无缝钢管或不等边角钢拼接焊的矩形方管,其优点是:
构造简单,自重较轻,加工比较容易,存放方便,拆装运输便利。
前倾截锥式后倾截锥式人字架式
图2
在现在生产中通常采用前倾式截锥柱式,所以本次设计也采用截锥柱式结构型式。
4平面框架式平衡臂
常用平衡臂有以下几种结构型式:
平面框架式、三角形平面桁架式和矩形截面桁架式。
桁架式平面梁适用于要求有较长平衡臂的重型、超重型自升塔机。
三角形平面桁架式平衡臂适用于长度较大的平衡臂。
矩形截面桁架式平衡臂适用于小车变幅水平臂特长的超重型自升式塔机。
平面框架式平衡臂结构简单,加工容易。
根据TC6024实际结构和臂节长度要求,我们选用平面框臂架平衡臂。
5侧顶升液压顶升机构的外套架
根据顶升机构的传动方式不同,顶升机构可分为绳轮顶升机构、链轮顶升机构、齿条顶升机构、丝杠顶升机构和液压顶升机构五种。
绳轮顶升机构构造简单,但不平稳。
链轮顶升机构与绳轮顶升机构相类似,采用较少。
齿条顶升机构传动平稳;传动比精确;传动力较大,承载能力大;结构较简单。
但不能实现过载保护;机构笨重,操作不灵活;齿轮齿条裸露,不易润滑,零件磨损严重;难以实现自动化;对齿轮齿条的加工要求高,提高了塔机成本;润滑液容易污染、润滑液污染后,会影响系统工作的可靠性。
丝杠顶升机构丝杠与丝杠螺母相对速度大,传动效率高;传动比精确;传动力较大,承载能力大,但传动中摩擦发热量大,容易造成啮合面胶合;对丝杠,丝杠螺母的材料选择,加工要求较高,其零件的润滑也具较高要求,增加了塔机成本;不能实现过载保护;润滑液容易污染,污染后,会影响系统工作的可靠性。
液压顶升机构是最常用的自升式塔式起重机顶升机构,因为它传动平稳、质量轻体积小、承载能力大、容易实现无级调速、易于实现过载保护、液压元件能够自动润滑、采用液压传动可大大地简化机械结构,从而减少了机械零部件数目、液压系统中,液体的压力、流量和方向是非常容易控制的,再加上电气装置的配合,很容易实现复杂的自动工作循环。
所以本次设计也采用液压顶升机构。
按顶升液压缸的布置,液压顶升机构的顶升接高方式又可分为中央顶升和侧顶升两种。
因为侧顶升与中央顶升相比,侧顶升的塔身准节长度可适度加大,液压缸行程可以相应缩短,加工制造比较方便,成本亦低廉一些,所以本次设计使用液压顶升机构的侧顶升方式。
6井字形底架
小车变幅水平臂架自升塔机采用的底架可以分为:
十字型底架,井字型底架和预埋支腿式底架。
预埋支腿式底架所用的混凝土材料较多,成本较高而且工程量大。
十字形底架的塔身危险断面在塔身的根部,这样对塔身的材料要求提高。
带撑杆的十字形底架由于塔身撑杆的位置塔身危险断面由塔身根部移动到撑杆的上支撑面,同时塔身根部平面对底架的作用载荷得以减小,从而改善底架的受力情况。
节省所用的底架混凝土,但占地面积较大,井字形底架具有带支撑的十字形底架的优点,而且可反复利用,降低成本。
所以本次设计的自升式塔式起重机选择井字型底架。
7整体式方形基础
高层建筑施工用的塔机、采用小车变幅水平臂架,幅度多在50m以上,无移动作业范围即可覆盖整个施工范围,因此多采用钢筋混凝土基础。
对于有底架的固定自升塔机,可视工程地质条件、周围环境及施工现场情况选用X形整体基础,四个条块分隔式基础或者是四个独立块体式基础。
但因为方形基础构造简单,又可重复利用,所以现在多数塔式起重机采用整体式方形基础。
所以本次设计也可选择整体式方形基础。
五、进度安排
1.方案设计
1.1根据设计参数确定整机结构方案;
1.2主要性能参数的分析比较、选择、计算确定;
1.3各机构和各部件的结构基本形式的分析比较和初步确定;
1.4保证本组内产品的结构尺寸一致;
1.5主要零部件结构形式和主要参数的确定;
1.6整机稳定性验算。
2.结构设计计算
2.1根据所确定的结构形式进行塔身设计计算;
2.2根据所确定的结构形式进行附着装置设计计算;
2.3根据所确定的结构形式进行底架设计计算。
3.设计报告和图纸要求
编写设计报告
3.1.1方案设计说明书
内容包括:
设计依据、技术性能比较、经济性分析、主要结构的基本原理和结构说明书等。
3.1.2设计计算
内容包括:
总体结构尺寸、计算工况选择、计算公式、主要计算依据、载荷计算、构件截面计算、计算简图、内力计算、内力组合、支反力,主要零件的设计计算、材料选择、热处理方法等。
3.2设计图纸
3.2.1绘制1600
的起重机总图一张(主要包括性能参数表、技术条件)(A0~1号);
3.2.2绘制1600
的塔身标准节、附着装置和底架图各一张(0~1号);
3.2.3所设计的主要零件图两张(3~3号图);
4.进度安排
2008.03.31~2008.04.13毕业实习
编写实习报告
2008.04.14~2008.04.27熟悉各种塔机的工作原理、基本结构组成
了解国内、国外同类塔机的先进技术
掌握钢结构设计的基本原理,熟悉起重机设计规范
编写开题报告
2008.04.28~2008.05.11总体设计方案
结构设计
2008.05.12~2008.05.25结构设计
结构设计报告
2008.05.26~2008.06.08绘制结构设计图纸
2008.05.09~2008.06.22绘制结构设计图纸
撰写文档
六、指导教师意见
签字:
年月日
七、教研室(或开题审查小组)意见
签字:
年月日
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