开题报告-P360塔式起重机塔身结构设计

本科毕业设计（论文）开题报告 题 题 目 目：

P360 塔式起重机塔身结 构设计 学生姓名 院（系）专业班级 指导教师 完成时间

要 求 1、开题报告是毕业设计（论文）的总体构想，由学生在毕业设计（论文）工作前期独立完成。

2、开题报告正文用 A4 纸打印，各级标题用 4 号宋体字加黑，正文用小 4 号宋体字，20 磅行距。

3、参考文献不少于 5 篇（不包括辞典、手册），著录格式应符合 GB7714-87《文后参考文献著录规则》要求。

4、年月日等的填写，用阿拉伯数字书写。要符合《关于出版物上数字用法的试行规定》，如“2018 年 12 月 26 日”。

5、所有签名必须手写，不得打印。

1.课题的意义 1.课题的意义 1.1 选题背景 随着建筑业的发展,塔式起重机(简称塔机)作为建筑施工的重要象征与主要运输机械，在建筑业得到了广泛应用。作为大型设备,塔机的工作特点是根据建筑需要将物品在很大空间内升降和搬运，属于危险作业[1]。目前，在建筑施工中，由塔机引起的人员伤亡和设备事故屡禁不止，重大事故发生率居高不下。如何提高塔式起重机的安全性、合理地使用和管理塔机让其更好地发挥作用，是建筑业亟待解决的难题之一[2]。

塔身是平头塔式起重机的核心部分。它承受着塔机的多种载荷，包括主弦杆、斜腹杆施加的自重载荷；当起升时，小车突然启动或停止时产生的起升载荷；由回转惯性载荷和离心载荷引起的水平惯性载荷；在露天条件下产生的风载荷。另外，各标准节内均设置爬梯，以便于作业人员上下[3]。

1.2 选题的目的和意义平头塔式起重机塔身标准节的所有钢结构都是经过焊接或螺栓连接而成的。当塔身基础节、标准节等部件上的重要连接部位存在零部件结构几何尺寸与要求不符，钢材截面尺寸达不到国家标准规定，结构布置不合理，都可能导致惨重的事故。因此，明确塔身结构型式和工作原理,在满足多种工况要求的条件下，从中选择合理方案,进行强度、刚度、稳定性设计和校核计算是非常重要的[4]。

2.国内外研究现状 2.国内外研究现状 2.1 国内研究现状 我国生产塔机已有 50 多年的历史，经历了一个从测绘仿制到自行设计制造的发展过程。在 20 世纪 50 年代，为了满足经济建设的需要，引进了前苏联和东欧一些国家的塔机，并进行了仿制。60 年代进入了自行设计与制造阶段,红旗 2 号塔机就是当时我国自行设计与制造的产品[5]。1965 年，我国已有塔机生产厂 10 余家,生产塔机 360多台,这些塔机都是下回转动臂式的。70 年代我国塔机进入了设计水平提高、产品品种增多的阶段。80 年代以来，从法国等国家引进了塔机技术，从而使我国进入了塔机快速发展时期。90 年代我国的塔机业得到了蓬勃发展，无论是在先进性，还是在安全性、使用性能、技术性能等方面都有了极大的提高。塔机产量已经达到 7000 台左右(其中井架塔机约占一半，生产厂家达到 300 家左右,出现了一批生产国优名牌产品的厂家，如北京机械厂、四川建机厂、沈阳建机厂、哈尔滨工程机械厂、重庆建机厂、山东建机厂等[6]。

应当说国内塔机生产制造，从技术水平、产品质量、安全性能等方面,基本能达到国家规范和标准满足使用要求。但在结构和机构方面，都不同程度存在一些问题。在塔机

类型及结构方面，一些厂家特别是有一定规模的厂家过多地重视生产规模对产品的质量和服务质量不够重视，特别是忽视技术创新，产品的技术水平多年来没有大的提高[7]。

有些厂家忽视“塔机安全性为第一位”的原则，盲目追求制造大吨位塔机产品，结构存在较大的安全隐患。同时一些不具备制造技术及生产管控能力较差的小厂，其产品质量低劣，存在较大的使用安全隐患。同时大多数厂家的产品型式比较单一，与国外先进水平有较大差距。对塔机的智能化和安全预警,也缺乏必要的研发投入。而对于结构材料的抗疲劳试验，更无一个厂家具备相应的技术设施和手段[8]。

有的厂家过度注重生产规模，或者不具备必要的生产设施,塔机结构件的焊接质量不高，材料和结构基层不作喷丸除锈处理,喷涂质量不高。这些普遍存在的问题，不仅造成行业技术水平落后，产品的性能和质量不高，还增大了塔机后期的使用成本[9]，但中国不乏也有一些出色的公司。

下面主要介绍一下国内一家塔机制造公司的情况及发展历程； ①中联重科股份有限公司 中联重科股份有限公司创立于 1992 年，总部位于湖南省长沙市岳麓区银盆南路 361号，主要从事工程机械、农业机械等高新技术装备的研发制造，是一家持续创新的全球化企业。对于塔式起重机，中联多年来一直是国内第一品牌。随着近年来城市建设进程的加快，国内大型超高建设项目越来越多，中国对大吨位动臂式塔机需求量也越来越大[10]。中联重科继 2008 年成功研制了 TCR6055-32(最大起重力矩达 6300kN.m)国内最大吨位民用动臂塔机后，2009 年又研制成功了 D1100。2011 年，中联重科自主研发制造的全球最大吨位履带起重机 ZCC3200NP 成功下线，打破了国外对于 3000t 级履带起重机的垄断。2015 年，中联重科起重机公司在“产品 4.0”战略指引下，对热销机型 TC6012-6 进行升级换代，推出新一款明星升级产品--TC6012A-6。该产品在智能、可靠和性能三个方面进行极致提升，采用多项行业前沿技术，具有强大的市场竞争力[11]。2018 年中联并购德国工程机械顶尖企业——威尔伯格，中联不仅是国内最大的塔机制造商，更是全球高端设备制造商[12]。

2.2 国外研究现状平头塔机起源于欧洲[13]，叫法源于“FLAT-TOPTOWERCRANE”的译名，也有叫无塔头式塔机(toplesstowercrane)的。平头塔机的设计思想及维形最早可追溯到 20 世纪 60年代，当时法国 Richier 公司研制的塔机外形已接近于现在的平头塔机，例如其 X1290和 GT 系列塔机塔头较矮,通常不超过 4m 只稍稍高于吊臂和平衡臂。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吊臂可以互换。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、吊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。

20 世纪 60 年代至 70 年代,国外塔机的品种、型号和产量不断增加。设计和制造塔机的主要国家有德、法、英、意、西班牙、丹麦、瑞典、俄罗斯以及美国和日本等。比较著名的塔机厂家有德国的利波海尔公司、沃尔夫公司、法国的波坦公司及日本的小

川公司等[14]。

下面从几个主要塔机制造公司的情况就可以看出平头塔机的发展状况及态势； ①波坦(BKT)公司 德闰 BKT 公司也是较早推出平头塔机的制造商。该公司自 1990 年就开始制造具有自己特色的平头塔机，和 Linden-Comans 相比，BKT平头塔机的上部结构显得更轻便，尤其是平衡臂更简洁。BKT 在平头塔机上突飞狂进的发展使该公司在同行中的名声大振，市场占有率逐渐提高，从1995到1997两年间在马来西亚地区就销售出56台平头塔机，这一动向引起了世界塔机巨头波坦公司的注意。此前，波坦公司生产的带塔头式的塔机一直在世界上绝大多数国家和地区占有领导地位。在 1998 年 9 月收购了 BKT 公司，BKT 的平头塔机填补了波坦公司在塔机系列上的空白，使波坦公司有了新的卖点。波坦公司收购了 BKT 公司以后，对平头塔机系列进行了改造和发展，使 BKT 的平头塔更进一步融入到了波坦的塔机系列中［15］。

②利物海尔公司 作为世界两大塔机巨头之一的德国利勃海尔公司一直与法国波坦公司并驾齐驱，主导着世界塔机发展的潮流。当初德国 BKT 推出平头塔机时并没引起利勃海尔的注意，可随着 BKT平头塔机市场份额的不断加大并在多个国家取得节节胜利，勃海尔再也不能坐视不理了。他们也看到了平头搭机的潜在市场，并于 1996 年开始提供平头塔机。

利勃海尔推出的 EC-B 系列平头塔机是在传统的 EC-H 塔机基础上发展而成的。EC-B 回转以下的部分与传统的 EC-H 塔机完全通用，但回转以上采用平头塔机的结构形式。EC-B 系列平头塔机有 80EC-B6、11EC-B8、180EC-B10 共 3 种型号，最大起重量为 6t、8t、10t［16］。

2.3 国内外研究现状总结 我国塔式起重机经过近60 的发展，目前已成为塔机生产和使用的大国，实现了从无到有、从小到大、从仿制到自主设计，逐步形成了较为完整的体系和机型。但在总体结构、性能、质量等方面与国外比还存在一定的问题，如产品结构不合理。当前我国塔机性能基本处于八、九十年代机械化水平，与现代智能化数字化控制技术还有很大差距。代表当代塔机技术性能的全无极调速，PLC 控制在发达国家中已十分普遍，而我国目前占有率还较低。另外，发达国家已批量生产了运行状态实现全参数监控与故障诊断的智能型塔机，而我国才刚刚启动不久［17］。

目前国内外都非常关注国际塔机市场动态，不断总结经验，改进产品设计，及时推出适销对路的新产品，并在国外已有技术上不断创新，不断提高。同时重视发展下回转自行架设、整体施运的塔机，发展城市型塔机［18］。

塔式起重机是我们建筑机械的关键设备，在建筑施工中起着重要作用，我们只用了五十年的时间就走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程。我相信，我们只要一直根据自己的国情扬弃国外技术，解决自己的问题，一定可以我们建立特有的品牌，占领更多的国际市场［19］。

3.毕业设计（论文）的主要内容 3.毕业设计（论文）的主要内容 3.1 设计题目 P360 塔式起重机塔身结构设计 3.2 主要设计参数 起重机最大起重量 12t（30m 吊重，四绳），工作幅度 44m，端部吊重 7.6t，固定式最大起升高度 73.44m。

3.3 设计任务与要求（1）开题报告：查阅相关文献、专利资料，对塔式起重机塔身的结构特点、工作原理以及具体应用进行研究分析，对毕业设计各阶段进度作出安排，完成开题报告一份。

（2）外文资料翻译：完成与毕业论文设计有关外文文献翻译一份（不少于 15000 字符）。

（3）总体方案设计：对塔身依据实际工况进行载荷计算和稳定性分析，确定塔身主要结构及总体设计方案。

（4）结构设计与校核：设计塔身基础节和各个标准节，并对整体塔身进行强度校核。

（5）图纸绘制：绘制塔身结构三维图以及重要标准节的二维图，要求零件图 5 张以上，装配图 2 张以上，总图纸量不少于 3 张零号图纸。

（6）毕业设计论文撰写：完成符合《西安石油大学本科毕业设计（论文）撰写规范》的毕业设计论文一份(不少于 30 页)。

4.所采用的方法、手段以及步骤等 4.所采用的方法、手段以及步骤等 4.1 所采用的方法、手段 通过查找各种相关资料对起重机有一个简单的认识，结合文献了解国内外平头塔式起重机的发展现状，对平头塔式起重机塔身进行总体方案设计，可行性评价。再通过查找资料对塔式起重机的塔身进行详细结构和尺寸设计，通过 Proe 软件，绘制塔身的三维图。然后采用有限元分析软件 ANSYS 或者采用传统校核方法对塔身进行受力分析和强度校核，最后由 Proe 中的三维图导出二维图，通过 CAD 绘制塔身的二维总装配图和零件图。

4.2 所采用的步骤

（1）查阅手册、文献等相关资料了解平头塔式起重机塔身相关知识；（2）初定机身结构、方案，绘制塔身主体三维图；（3）对方案进行力学分析、计算、方案可行性分析；（4）对结构进行校核验算，对受力不满足的地方进行重新设计；（5）绘制设计任务图纸；（6）撰写设计说明书；（7）对所有设计资料进行整理。

5.阶段进度计划 5.阶段进度计划 2020 年 2 月 26 日--2020 年 3 月 13 日 查阅资料了解课题，完成开题报告 2020 年 3 月 14 日--2020 年 3 月 22 日 完成外文文献翻译、学习相关软件操作 2020 年 3 月 23 日--2020 年 3 月 30 日 完成方案设计、初步进行方案可行性分析计算 2020 年 3 月 31 日--2020 年 4 月 30 日 再次对方案进行分析计算、方案可行性分析 2020 年 5 月 1 日--2020 年 5 月 31 日 绘制方案设计图纸，编写毕业论文 2020 年 6 月 1 日--2020 年 6 月 4 日 再次毕业论文修改、完善图纸 2020 年 6 月 5 日--2020 年 6 月 10 日 等待评阅结果并完善、准备答辩事宜 2020 年 6 月 11 日--2020 年 6 月 15 日

准备答辩并修改完善资料 2020 年 6 月 16 日--2020 年 6 月 17 日 毕业成绩汇总、毕设总结 6.参考文献 6.参考文献 ［1］陈玮章.起重机械金属结构[M].北京:人民交通出版社，1985.［2］GB/T5031--2008 塔式起重机技术条件[S].中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院,2009.［3］GB/T13752-92.塔式起重机设计规范[S].北京建筑机械综合研究所，1993.［4］胡宗武，汪西应，汪春生.起重机设计与实例[M].机械工业出版社, 2009.［5］成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2004.［6］张连文，马新敏，王昊等.双吊点塔式起重机臂架整体稳定性计算[J].起重运输机械，2004(02):16-18.［7］刘佩衡塔式起重机使用手册[M].北京:中国机械工业出版社，2002.［8］JGJ/T189-2009，建筑起重机械安全评估技术规程[S].中国建筑工业出版社, 2010.［9］林清安.完全精通[M].电子工业出版社, 2012.［10］覃重闪.探讨装配式建筑发展带动大型塔式起重机市场［J］.建材与装饰，2020(8):3-5.［11］范俊祥.塔式起重机[M].北京:中国建材工业出版社，2004.［12］李鹏光.超高层建筑塔式起重机选型分析［J］.建筑机械化，2019,40(07):59-61.［13］徐格宁.起重运输机金属结构设计[M].北京:机械工业出版社，1995.［14］吴应鹤.塔式起重机的应用与计算[M].成都:四川科学技术出版社，1995.［15］倪庆兴，王殿臣.起重输送机械[M].北京:机械工业出版社,1991.［16］陆念力，李以申.空间压弯悬臂构件的屈曲及塔式起重机塔身整体稳定性计算

［J］，建筑机械，1990(06):10-13.［17］邱栋良.国内外起重机发展动态[J].起重运输机械，1997(8):3-5.［18］顾迪民.工程起重机[M]，北京:中国建筑出版社，1998.［19］王超.起重机行业发展综述[J].工程建设，2011.3，43(5): 50-53.指导教师意见：

同意开题 指导教师签名：

2020 年 4 月 16 日 系（教研室）意见：

通过 主任签字：席文奎 2020 年 6 月 9 日

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