QTZ40塔式起重機總體及塔身有限元分析法設計畢業設計說明書
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第1章 前言······················································1
1.1塔式起重機概述··············································1
1.2塔式起重機的發展情況········································1
1.3塔式起重機的發展趨勢·······································3
第2章 總體設計··················································5
2.1 概述······················································· 5
2.2 確定總體設計方案············································5
2.2.1 金屬結構···············································5
2.2.2 工作機構···············································22
2.2.3 安全保護裝置···········································29
2.3 總體設計設計總則···········································32
2.3.1 整機工作級別 ··········································32
2.3.2 機構工作級別···········································32
2.3.3主要技術性能參數······································· 33
2.4 平衡重的計算···············································33
2.5 起重特性曲線···············································35
2.6 塔機風力計算·············································· 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整機的抗傾翻穩定性·········································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固定基礎穩定性計算·········································51
第3章 塔身的有限元分析設計···································53
3.1 塔身模型簡化···············································53
3.2 有限元分析計算·············································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 塔身的受力分析計算····································121
4.1 穩定性校核················································121
4.2 塔身的剛度檢算············································122
4.3 塔身的強度校核············································124
4.4 鏈接套焊縫強度的計算······································125
4.5 塔身腹桿的計算············································126
4.6 高強度螺栓強度的計算······································127
第5章 畢業設計小結···········································129
致謝·····························································130
主要參考文獻····················································131
設計項目 計算與說明 結果
前言
塔式起重機概述
塔式起重機發展情況
塔式起重機的發展趨勢
第1章 前言
1.1 塔式起重機概述
塔式起重機是一種塔身豎立起重臂回轉的起重機械。在工業與民用建筑施工中塔式起重機是完成預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設備。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機高。由于塔式起重機能靠近建筑物，其幅度利用率可達全幅度的80%，普通履帶式、輪胎式起重機幅度利用率不超過50%，而且隨著建筑物高度的增加還會急劇地減小。因此，塔式起重機在高層工業和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。同時，為了適應建筑物結構件的預制裝配化、工廠化等新工藝、新技術應用的不斷擴大，現在的塔式起重機必須具備下列特點：
1.起升高度和工作幅度較大，起重力矩大。
2.工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調速性能。
3.要求裝拆、運輸方便迅速，以適應頻繁轉移工地的需
要。
QTZ40型自升式塔式起重機，其吊臂長40米，最大起重量4噸，額定起重力矩40噸米。是一種結構合理、性能比較優異的產品，比較目前國內外同規格同類型的塔機具有更多的優點，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構件的調運和安裝，并能在市內狹窄地區和丘陵地帶建筑施工。整機結構不算太大，可滿足中小型施工的要求。
本機以基本高度（獨立式）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現本機的最大設計高度100米，也就是附著高層施工可建高樓32層以上。
1.2 塔式起重機發展情況
塔式起重機是在二次世界大戰后才真正獲得發展的。戰后各國面臨著重建家園的艱巨任務，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。歐洲率先成功，1923年成功制成第一臺比較完整的塔式起重機，
在我國，塔式起重機的生產與應用已有40多年的歷史，經歷了一個從測繪仿制到自行設計制造的過程。
20世紀50年代，為滿足國家經濟建設的需要，中國引進了前蘇聯以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制。1954年仿制民主德國設計的樣機，在撫順試制成功了中國第一臺TQ2-6型塔式起重機。隨后又仿照前蘇聯樣機，研制了15t與25t塔式起重機，這個時期中國生產與使用的塔式起重機的數量都較少。
20世紀60年代，由于高層、超高層建筑的發展，廣泛使用了內部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構中采用了比較先進的技術，如直流電機調速、可控硅調速、渦流制動器，在回轉和運行機構中安裝液力耦合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。1961年，首先在北京試制成功了紅旗-11型塔式起重機，它也是中國最早自行設計的塔式起重機。隨后，中國又自行設計制造了TQ-6型等塔式起重機，至1965年全國已有生產廠10余家，生產塔式起重機360多臺。這些塔式起重機都是下回轉動臂式，可整體托運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。
20世紀七十年代，塔式起重機服務對象更為廣泛。塔式起重機的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。為了滿足市場各方面的要求，塔式起重機又向一機多用方向發展。中國塔式起重機進入了技術提高、品種增多的新階段。1972年中國第一臺下回轉的輕型輪胎式軌道兩用起重機問世；同年為了北京飯店施工，中國又自行設計制造了QT-10型自升式塔式起重機，該機的起重力矩為1600kN·m。這一時期還先后開發了ZT100、ZT120、ZT280等小車變幅自升式塔式起重機、QT-20小車變幅內爬式塔式起重機，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回轉動臂自行架設快裝塔式起重機等，其年產量最高超過900臺，標志著中國塔式起重機行業進入了一個新的階段。
20世紀80年代，中國塔式起重機相繼出現了不少新產品，主要有QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機，QT60、QTK60、QT25HK等下回轉快裝塔式起重機等。這些產品在性能方面已接近國外70年代水平，這一時期的最高年產量達1400臺。與此同時，隨著改革開放和國際技術交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，其中有聯邦德國的Liebherr、法國的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產品。由于這些塔式起重機制造質量較好，技術性能比較先進，極大地促進了中國塔式起重機產品的設計與制造技術的進步。20世紀90年代以后，中國塔式起重機行業隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，年產量連年猛增，而且有部分產品出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也從20世紀50年代的幾十臺截至2000年約為6萬臺。至此，無論從生產規模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。
1.3塔式起重機的發展趨勢
根據國內外一些技術資料的介紹，塔式起重機的發展趨勢具體歸納為以下幾個方面。
1、吊臂長度加長
在20世紀60年代初，吊臂長度超過40m的較少，70年代吊臂長度已能做到70m。快速拆裝下回轉塔式起重機的吊臂長度可達到35m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標準臂長一般為30～40m，可以接長到50～60m。重型塔式起重機吊臂則更長。隨著塔式起重機設計水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術問題，而低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長吊臂提供了非常有利的條件。
2、工作速度提高，且能調速
由于調速技術的進步，混輪組倍率的可變、雙速、三速電動機及直流電動機調速的應用，使塔式起重機工作速度在逐漸提高。20世紀50年代生產的塔式起重機工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，回轉速度為0.6～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來塔式起重機工作速度已有提高。起升機構普遍做到具有3～4種工作速度，重物起升速度超過100m/min者已經很多，構件安裝就位速度可在0～10m/min范圍內進行選擇，回轉速度一般可在0～1r/min之間進行調節，小車牽引和塔式起重機行走大多也有2～3種工作速度，小車牽引速度最快可達60m/min。
3、改善操縱條件
隨著塔式起重機向大型、大高度方向發展，操作人員的能見度越來越差。因此需要在吊臂端部或小車上安裝電視攝像機，在操作室利用電視進行操作。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據事先編排的程序自動進行吊裝。
4、更多地采用組裝式結構
為了便于產品更新換代，簡化設計制造、使用與管理，提高塔式起重機使用的經濟效益，國外塔式起重機專業廠已做到產品系列化、部件模數化。以不同模數塔身、臂架標準節組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為降低成本、簡化管理創造了條件。
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