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1、课题代码：ILU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计（论文）题目平头塔机5010起重臂有限元强度分析学院名称机械与汽车工程学院专业班级学生学号 学生姓名 导师姓名 2013 年 6 月 5 日平头塔机 5010 起重臂有限元强度分析作者姓名 专业过程装备与控制工程指导教师姓名 专业技术职务 齐鲁工业大学本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下独 立研究、撰写的成果。设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均 已在设计（论文）中加以说明，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品
2、。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中作了明确说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名：年月日齐鲁工业大学关于毕业设计（论文）使用授权的说明本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计（论文）的 规定，即：学校有权保留、送交设计（论文）的复印件，允许设计（论文）被查 阅和借阅，学校可以公布设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、扫描 等复制手段保存本设计（论文）。指导教师签名： 毕业设计（论文）作者签名：年月日年月日目录摘 要 1第一章 绪论 31.1 平头塔机的起源及特点 31.1.1 平头塔机的发展 31.1.2平头塔机的特点 错误
3、！未定义书签。1.2平头塔机在国内外的发展现状 51.2.1平头塔机在国内的发展现状 51.2.2平头塔机在国外的发展现状 51.3平头塔机的市场前景 71.4本论文主要研究方法和研究进展 7第二章 有限元法与ANSYS软件介绍92.1 有限元分析 92.2 ANSYS 102.2.1 ANSYS 简介 102.2.2 ANSYS提供的分析类型10第三章 平头塔机5010 起重臂载荷的分析与计算 123.1 技术性能参数及主要材料 123.2 载荷计算的基本原则133.3 起重臂工况的分析与计算143.3.1 吊点满载工况（工况一） 153.3.2 在吊点处运行时突然停止工况（工况二） 15第
4、四章 起重臂的建模与有限元分析 174.1. 起重臂的初步建模 174.2利用ANSYS对工况进行分析194.2.1起重臂正常工作载荷的分析（工况一）194.2.2 起重臂运行时突然停止时工作载荷的分析（工况二）21 第五章 起重臂的优化与有限元分析 245.1 起重臂钢件尺寸的优化245.2 优化后起重臂的有限元分析 255.2.1 优化后正常工作载荷的分析（工况一）255.2.2 起重臂运行时突然停止时工作载荷的分析（工况二）28第六章 总结 31参考文献 32摘要目前，国内平头塔机结构设计多以传统类比方法和静态性能计算为主，导致 一些平头塔式起重机存在着结构自重大，构造不合理，动态性能差
5、等问题。针对 以上问题，本文以5010 平头塔机为对象，将现代优化设计方法引入平头塔机起 重臂的结构设计中，在满足结构强度、刚度、稳定性约束的条件下，以期达到起 重臂动态性能好、结构重量轻的目的。本设计说明书主要是以GB/T13752-92塔式起重机设计规范和塔式起 重机设计手册为依据。采用先设计后验算的思路，将起重臂的大致尺寸设计出 来后利用ANSYS软件进行有限元强度分析。再对设计的尺寸进行修改和校核， 选取危险截面进行强度，弯矩等数据的验算。只要确保危险截面的数据达到要求， 则其他截面也是合格的。关键词：平头塔式起重机起重臂截面ANSYS有限元强度分析AbstractAt present
6、, flat-top tower crane structure design of the traditional analogy and static calculation.Lead to some problems that the structure of tower crane is great, unreasonable structure, poor dynamic performance. In view of the above problems, this paper takes 5010 of tower crane as the object, the optimiz
7、ed design method into the tower crane boom structure design, in order to meet the strength, stiffness, stability constraints, in order toachieve good dynamic performance, the boom structure light weight objective。The design specification is mainly GB/T13752-92 tower crane design specification and to
8、wer crane design manual as the basis. By adopting methods of checking design first, will the boom roughly the size designed by ANSYS software for finite element analysis. Then modify and check on the design size, select the dangerous section strength, bending moment data checking. Just make sure the
9、 dangerous section of the data to meet the requirements, the other section is qualified.Key word：flat-top tower crane； Crane boom； Cross-interface；Strength analysis of ANSYS finite element第一章 绪论1.1 平头塔机的起源及特点最近几年国外的塔机市场上，出现了一种结构新颖的平头式塔机，发展很快， 大有流行之势；但是国内市场虽然也有厂家推出平头塔机，因用户对其了解不多， 有的用户还没有平头塔机的概念，所以发展比
10、较慢。对此，本文就其在结构、特 点等方面对平头塔机做一个简单地介绍，使读者对平头塔机有个比较全面的了 解。1.1.1 平头塔机的发展平头塔机起源于欧洲，其名称源于 Flat-Top Tower Crane 的译名，也有叫 无塔头式塔机(Topless Tower Crane)。平头塔机的设计思想及雏形最早可追溯 到20世纪60年代，当时法国Richie:公司研制的塔机外形己接近于现在的平头 塔机，例如其X 1290和GT系列塔机塔头较矮，通常不超过4m,只稍稍高于起 重臂和平衡臂。但严格来讲，这些塔机又不同于现在的平头塔机，尽管塔头较矮， 但还是能区分出塔头、平衡臂、拉杆等。真正的平头塔机诞生
11、于1975年，瑞典 Linden公司首次提出平头塔机的概念，并率先推出了 Linden8000平头塔机模数 系统，不同型号平头塔机的起重臂可以互换。Linden平头塔机没有传统意义上 的塔头，而且取消了拉杆，上部结构形状呈水平且均为刚性结构，没有传统塔机 那种塔头、平衡臂、起重臂及拉杆之间的铰接连接方式。可以说，Linden平头塔机的出现揭开了平头塔机发展的序幕。1.1.2 平头塔机的特点没有塔头和拉杆是平头塔机最显著的结构特征，这也是平头塔得名的由来。 由于这一特殊的结构形式才使平头塔与带塔头的塔机有了质的区别，这也决定了 平头塔所特有的优点和缺点。与带塔头、拉杆的水平臂小车变幅式塔机相比，
12、平头塔吊臂的受力状况、连 接方式明显不同。立塔后无论是工作和非工作状态，平头塔吊臂和平衡臂上下主 弦杆受力状态不变，上弦杆主要受拉，下弦杆主要受压，没有交变应力的影响， 其力学模型单一、简明。正是基于这一点，平头塔吊臂的连接设计才更简便，非 常便于臂节之间的快速拆装，现代的平头塔吊臂大多采用正三角形截面的空间桁 架结构主要也是考虑这一受力状况。上弦杆靠一个销轴连接承受拉力，下弦杆则 靠结合处的端面承受压力，这样下弦杆的连结方式非常简便，仅靠两个定位锁销 并配锁止螺栓。安装时先将上面的销轴连好，然后下落臂节，两锁销自动就位， 穿上螺栓即可，臂节间主要靠上弦杆的一个大销轴连接，既省力又省时，这是平
13、 头塔机的特色之一。随着应用领域的不断加大人们逐渐发现了平头塔机的许多优点，这是其它各 种类型塔机所无法替代的。近几年来世界最著名的几大塔机制造商，如 Potain， Liebherr，Terex,，Kroll 等公司纷纷涉足平头塔机领域，使平头塔机成为一种新 潮。相比传统塔机，平头塔机有以下优点： 降低了安装高度，使安装、拆卸更加安全、方便。 更加适合于群塔交叉作业。 适合对高度有特殊要求的场合施工。 适合于对幅度变化有要求的施工场合。 便于施工现场受限条件下的塔机拆装。 起重臂钢结构寿命长、安全性高。 起重臂的适用性好、利用率高。 设计成本低。平头塔机也有其固有的缺点，主要有三方面： 平头
14、塔机整个起重臂、平衡臂的质量比同级别的普通塔机重5% 9%。 在现有条件下 80m 以上级别平头塔机的设计优点将会逐渐丧失。 平头塔机起重臂的外形尺寸对运输不利。1.2 平头塔机在国内外的发展现状1.2.1 平头塔机在国内的发展现状平头塔机虽然在国外己有近 30 年的发展史，但在国内的历史不长。绝大多数用户 还都没有这一概念，即使知道也对其技术性能、安全可靠性等存有疑虑，不愿贸然选 用。不过一些人己经看到平头塔机的某些优点而率先采用，并在应用中切身体会到了 它的独特之处。首先是台商独资企业南京中升公司于 1994 年从国外引入了平头塔机技术，生产 ZSC 系列平头塔机，该系列现有五种规格，其结
15、构特征是起重臂截面呈倒三角形。沈阳建筑机械有限公司从 20 世纪 90年代初就开始了对国外平头塔机技术进行研 究。在 1999 年推出了具有当代国际水平的新型平头塔机，当年生产出 870/27（70m 臂 吊 2.7t ，最大起重量 lOt 或 12t） 和 854/16（54m 臂吊 1.6t ，最大起重量 8t） 两种规格。 大部分机构采用进口件，如起升机构采用国外的变频机构，大齿圈等也从国外进口， 其结构特点是起重臂截面为正三角形，拆装或检修时检修人员可以沿着起重臂里的走 台行走，安全、可靠、方便，非常适合起重臂在空中逐节拆装。2007年8月，中联重科TP350/20 7032平头塔式起重机安装调试成功，说明我国 塔机制造业正在逐渐重视平头塔机的发展，努力从技术上对平头塔机进行突破。平头塔机在国内的发展虽然还属起步阶段，但己引起一些塔机生产厂和有识之士 的关注，个别厂家正在研制40-80Tm中小型平头塔机，平头塔机的发展有待用户认识 的加深和鉴赏能力的提高。中国己经加入WTO,市场将逐渐向全球开放，市场竞争的全 球化必将促使国内塔机生产厂跟上国外发达国家的前进步伐，平头塔机在国内大发展 的局面迟早要到来。1.2.2 平头塔机在国外的发展现
