QTZ40塔式起重機(jī)總體及塔身有限元分析法設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
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第1章 前言······················································1
1.1塔式起重機(jī)概述··············································1
1.2塔式起重機(jī)的發(fā)展情況········································1
1.3塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)·······································3
第2章 總體設(shè)計(jì)··················································5
2.1 概述······················································· 5
2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案············································5
2.2.1 金屬結(jié)構(gòu)···············································5
2.2.2 工作機(jī)構(gòu)···············································22
2.2.3 安全保護(hù)裝置···········································29
2.3 總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總則···········································32
2.3.1 整機(jī)工作級(jí)別 ··········································32
2.3.2 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別···········································32
2.3.3主要技術(shù)性能參數(shù)······································· 33
2.4 平衡重的計(jì)算···············································33
2.5 起重特性曲線···············································35
2.6 塔機(jī)風(fēng)力計(jì)算·············································· 36
2.6.1 工作工況Ⅰ············································37
2.6.2 工作工況Ⅱ············································41
2.6.3 非工作工況Ⅲ···········································43
2.7整機(jī)的抗傾翻穩(wěn)定性·········································45
2.7.1工作工況Ⅰ············································46
2.7.2工作工況Ⅱ············································47
2.7.3非工作工況Ⅲ··········································49
2.7.4工作工況Ⅳ············································50
2.8固定基礎(chǔ)穩(wěn)定性計(jì)算·········································51
第3章 塔身的有限元分析設(shè)計(jì)···································53
3.1 塔身模型簡(jiǎn)化···············································53
3.2 有限元分析計(jì)算·············································54
3.2.1 方案一···············································54
3.2.2 方案二··············································79
3.2.3 方案三··············································98
第4章 塔身的受力分析計(jì)算····································121
4.1 穩(wěn)定性校核················································121
4.2 塔身的剛度檢算············································122
4.3 塔身的強(qiáng)度校核············································124
4.4 鏈接套焊縫強(qiáng)度的計(jì)算······································125
4.5 塔身腹桿的計(jì)算············································126
4.6 高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)度的計(jì)算······································127
第5章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)···········································129
致謝·····························································130
主要參考文獻(xiàn)····················································131
設(shè)計(jì)項(xiàng)目 計(jì)算與說(shuō)明 結(jié)果
前言
塔式起重機(jī)概述
塔式起重機(jī)發(fā)展情況
塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
第1章 前言
1.1 塔式起重機(jī)概述
塔式起重機(jī)是一種塔身豎立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機(jī)械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機(jī)是完成預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機(jī)高。由于塔式起重機(jī)能靠近建筑物，其幅度利用率可達(dá)全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機(jī)幅度利用率不超過(guò)50%，而且隨著建筑物高度的增加還會(huì)急劇地減小。因此，塔式起重機(jī)在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機(jī)對(duì)于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低工程造價(jià)起著重要的作用。同時(shí)，為了適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在的塔式起重機(jī)必須具備下列特點(diǎn)：
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(dòng)性能及良好的調(diào)速性能。
3.要求裝拆、運(yùn)輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需
要。
QTZ40型自升式塔式起重機(jī)，其吊臂長(zhǎng)40米，最大起重量4噸，額定起重力矩40噸米。是一種結(jié)構(gòu)合理、性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較目前國(guó)內(nèi)外同規(guī)格同類型的塔機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構(gòu)件的調(diào)運(yùn)和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。整機(jī)結(jié)構(gòu)不算太大，可滿足中小型施工的要求。
本機(jī)以基本高度（獨(dú)立式）30米。用戶需高層附著施工，只需提出另行訂貨要求，即可增加某些部件實(shí)現(xiàn)本機(jī)的最大設(shè)計(jì)高度100米，也就是附著高層施工可建高樓32層以上。
1.2 塔式起重機(jī)發(fā)展情況
塔式起重機(jī)是在二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國(guó)面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。歐洲率先成功，1923年成功制成第一臺(tái)比較完整的塔式起重機(jī)，
在我國(guó)，塔式起重機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個(gè)從測(cè)繪仿制到自行設(shè)計(jì)制造的過(guò)程。
20世紀(jì)50年代，為滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，中國(guó)引進(jìn)了前蘇聯(lián)以及東歐一些國(guó)家的塔式起重機(jī)，并進(jìn)行仿制。1954年仿制民主德國(guó)設(shè)計(jì)的樣機(jī)，在撫順試制成功了中國(guó)第一臺(tái)TQ2-6型塔式起重機(jī)。隨后又仿照前蘇聯(lián)樣機(jī)，研制了15t與25t塔式起重機(jī)，這個(gè)時(shí)期中國(guó)生產(chǎn)與使用的塔式起重機(jī)的數(shù)量都較少。
20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流電機(jī)調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器，在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力耦合器等。在此時(shí)期，中國(guó)開始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機(jī)，它也是中國(guó)最早自行設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)。隨后，中國(guó)又自行設(shè)計(jì)制造了TQ-6型等塔式起重機(jī)，至1965年全國(guó)已有生產(chǎn)廠10余家，生產(chǎn)塔式起重機(jī)360多臺(tái)。這些塔式起重機(jī)都是下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂式，可整體托運(yùn)，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。
20世紀(jì)七十年代，塔式起重機(jī)服務(wù)對(duì)象更為廣泛。塔式起重機(jī)的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場(chǎng)各方面的要求，塔式起重機(jī)又向一機(jī)多用方向發(fā)展。中國(guó)塔式起重機(jī)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。1972年中國(guó)第一臺(tái)下回轉(zhuǎn)的輕型輪胎式軌道兩用起重機(jī)問世；同年為了北京飯店施工，中國(guó)又自行設(shè)計(jì)制造了QT-10型自升式塔式起重機(jī)，該機(jī)的起重力矩為1600kN·m。這一時(shí)期還先后開發(fā)了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機(jī)、QT-20小車變幅內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉(zhuǎn)動(dòng)臂自行架設(shè)快裝塔式起重機(jī)等，其年產(chǎn)量最高超過(guò)900臺(tái)，標(biāo)志著中國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
20世紀(jì)80年代，中國(guó)塔式起重機(jī)相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機(jī)，QT60、QTK60、QT25HK等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機(jī)等。這些產(chǎn)品在性能方面已接近國(guó)外70年代水平，這一時(shí)期的最高年產(chǎn)量達(dá)1400臺(tái)。與此同時(shí)，隨著改革開放和國(guó)際技術(shù)交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國(guó)外引進(jìn)了一些塔式起重機(jī)，其中有聯(lián)邦德國(guó)的Liebherr、法國(guó)的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。由于這些塔式起重機(jī)制造質(zhì)量較好，技術(shù)性能比較先進(jìn)，極大地促進(jìn)了中國(guó)塔式起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步。20世紀(jì)90年代以后，中國(guó)塔式起重機(jī)行業(yè)隨著全國(guó)范圍建筑任務(wù)的增加而進(jìn)入了一個(gè)新的興盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國(guó)外。全國(guó)塔式起重機(jī)的總擁有量也從20世紀(jì)50年代的幾十臺(tái)截至2000年約為6萬(wàn)臺(tái)。至此，無(wú)論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機(jī)總量等角度來(lái)衡量，中國(guó)均堪稱塔式起重機(jī)大國(guó)。
1.3塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外一些技術(shù)資料的介紹，塔式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)具體歸納為以下幾個(gè)方面。
1、吊臂長(zhǎng)度加長(zhǎng)
在20世紀(jì)60年代初，吊臂長(zhǎng)度超過(guò)40m的較少，70年代吊臂長(zhǎng)度已能做到70m。快速拆裝下回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)的吊臂長(zhǎng)度可達(dá)到35m。自升式塔式起重機(jī)吊臂是可以接長(zhǎng)的，標(biāo)準(zhǔn)臂長(zhǎng)一般為30～40m，可以接長(zhǎng)到50～60m。重型塔式起重機(jī)吊臂則更長(zhǎng)。隨著塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)水平的提高，可以解決由臂長(zhǎng)加大帶來(lái)的一些技術(shù)問題，而低合金高強(qiáng)度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長(zhǎng)吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調(diào)速
由于調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，混輪組倍率的可變、雙速、三速電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的應(yīng)用，使塔式起重機(jī)工作速度在逐漸提高。20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的塔式起重機(jī)工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，回轉(zhuǎn)速度為0.6～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來(lái)塔式起重機(jī)工作速度已有提高。起升機(jī)構(gòu)普遍做到具有3～4種工作速度，重物起升速度超過(guò)100m/min者已經(jīng)很多，構(gòu)件安裝就位速度可在0～10m/min范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，回轉(zhuǎn)速度一般可在0～1r/min之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，小車牽引和塔式起重機(jī)行走大多也有2～3種工作速度，小車牽引速度最快可達(dá)60m/min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機(jī)向大型、大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度越來(lái)越差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機(jī)，在操作室利用電視進(jìn)行操作。有的還采用了雙頻道的無(wú)線電遙控系統(tǒng)，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據(jù)事先編排的程序自動(dòng)進(jìn)行吊裝。
4、更多地采用組裝式結(jié)構(gòu)
為了便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造、使用與管理，提高塔式起重機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)外塔式起重機(jī)專業(yè)廠已做到產(chǎn)品系列化、部件模數(shù)化。以不同模數(shù)塔身、臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能，減輕塔式起重機(jī)自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲(chǔ)備量，為降低成本、簡(jiǎn)化管理創(chuàng)造了條件。
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