戴長奇開題報告515.doc

畢業(yè)設計開題報告題 目：QTZ40塔機動態(tài)性能分析院 （部）： 機電工程學院專 業(yè)： 機械工程及自動化班 級： 機械075姓 名： 戴長奇學 號： 2007072305指導教師： 宋世軍完成日期： 2011年5月2日山東建筑大學畢業(yè)論文開題報告班級：機本07機械設計方向 姓名：戴長奇論文題目QTZ40塔機動態(tài)性能分析一、選題背景和意義：隨著生產(chǎn)技術的進步，機械動力結構向大型化、復雜化、高速化發(fā)展的趨勢越來越明顯，由此引起的機械結構的振動問題也變得日益突出。由于機械結構振動問題的分析非常復雜，所以以往有關的研究多局限在小型結構方面。20世紀60年代以來，伴隨著以有限元為核心的計算理論和技術的發(fā)展以及電子計算機的問世，產(chǎn)生了計算結構動力學，使得對于大型復雜結構的動力分析成為可能。現(xiàn)代設計方法對于機械產(chǎn)品的設計要求：從簡單的類比設計發(fā)展到計算機優(yōu)化設計，從靜態(tài)設計發(fā)展到動態(tài)設計，從常規(guī)設計發(fā)展到可靠性設計。特別表現(xiàn)在大型機械結構的設計上，從開始時采用靜態(tài)設計，己發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的動態(tài)設計領域方面。1、塔式起重機發(fā)展：塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。據(jù)記載，第一項有關建筑用塔機專利頒發(fā)于1900年。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機，1923年制成了近代塔機的原型樣機，同年出現(xiàn)第一臺比較完整的近代塔機。1930年當時德國已開始批量生產(chǎn)塔機，并用于建筑施工。1941年，有關塔機的德國工業(yè)標準DIN8770公布。該標準規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機的起重能力。塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備，在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十年時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家九十年代水平并躋身于當代國際市場。五十年代初，我國塔機的仿制開始起步生產(chǎn)的是一些小型塔機，六十年代自行設計制造了25TM、40TM、60TM、160TM四種機型，多以擺臂為主；七十年代，隨著高層建筑發(fā)展，對施工機械提出了新的要求。于是，160TM附著式、45TM內(nèi)爬式、120TM自升式等都由我國自己設計并制造；八十年代，國家建設突飛猛進，建筑用最大的250TM塔機也應運而生。特別是1984年，首先在北京建工集團建機廠引進世界先進的法國POTAIN（波坦）公司技術并于次年成功試制了FO/23B塔機，這可以說是我國塔機發(fā)展史的里程碑，它大大縮缺了我國與國外的差距，使我國塔機發(fā)展步入快行道。通過消化、吸收國外先進技術，我國自行研制的QTZ80、QTZ120兩種機型已達到國外八十年代同類產(chǎn)品的水平；進入九十年代，現(xiàn)代化進程不斷加快，國內(nèi)外市場對塔機要求越來越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場的要求加快了新產(chǎn)品開發(fā)的力度，先后有400TM、900TM水平臂和300TM動臂式塔機，主要性能達到了國外九十年代水平，這一系列的塔機的開發(fā)不但填補了國內(nèi)空白，而且替代和減少了大型塔機的進口數(shù)量。綜觀50年發(fā)展史，我國塔機行業(yè)從無到有，從小到大，逐步形成了較為完整的體系，我國增幅最快的新興行業(yè)之一，特別是改革開放以來，塔機行業(yè)在設計、制造、管理和市場開拓等方面已形成一套較為健全的機制，以目前我國300余家生產(chǎn)塔機廠家為計，取得生產(chǎn)許可證的達100余家。2、ADAMS發(fā)展及應用目前，A DAM S廣泛應用在航空航天、汽車制造、造船、機器及其它多種工業(yè)機械，并取得了很好的社會經(jīng)濟效益。世界最先進的裝機械制造商Pure- Pak的工程師們利用ADAMS成功的設計并試驗飲料加注系統(tǒng)的單向閥;美國航空航天局(NASA)的噴氣推進實驗室(JPL)成功地實現(xiàn)了火星探測器“探路號”在火星上的軟著陸，JPL工程師利用ADAM S等虛擬樣機技術仿真研究了宇畝飛船在不同階段的工作過程。我國航天部上海航天局第805研究所利用ADAMS,完成了國家高技術項目“空間站兩自由度大而積柔性太陽池陣”動力學仿真研究。 在我國，自從北京吉普汽車公司曾經(jīng)利用ADAM DS成功開發(fā)了BJ2022二代車型。ADAM S軟件更廣泛的應用于復雜機構或復雜機械系統(tǒng)的研究，比如汽車的幾乎所有總成、多級輪系、并聯(lián)機床、電梯、起重機械、農(nóng)業(yè)機械等復雜機械系統(tǒng)。這些研究采用的方法大多是在建立了系統(tǒng)模型的基礎上利用A DAM S的仿真分析功能對系統(tǒng)的動力學進行分析。應用ADAM S對機械系統(tǒng)分析能夠將復雜機械系統(tǒng)進行仿真，并對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，效果很好。3、Ansys發(fā)展及應用1965年“有限元”這個名詞第一次出現(xiàn)，到今天有限元在工程上得到廣泛應用，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。近年來隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復雜的工程分析計算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器，國防軍工，船舶，鐵道，石化，能源，科學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發(fā)生了質的飛躍。 有限元法的理論和方法己經(jīng)比較成熱，出現(xiàn)了大量的應用軟件。例如，國外的商品化大型通用有限元軟件有ANSYS，MSC/NASTRAN,SAP,ADINA,ASKA,SAFE,COMOSWORKS,PRO/MECHANICA,PATRAN,COLDFLOW等;我國自習研制的有FEPS，DDJ-W，紫瑞CEA等。這些軟件具有豐富的單元庫、材料特性庫，有較強的載荷、邊界條件處理能力，應用這些成熟的軟件，可以大大減輕用戶創(chuàng)建工程模型、生成有限元模型以及分析和評價計算結果的工作量，提高下作效率。日前，三維實體設計己廣泛應用在機械工程各部門，在工程起重機行業(yè)應用也比較普遍，但基木上是停留在CAD、CAE、CAM各分系統(tǒng)獨立應用的狀態(tài)上，與世.界工業(yè)先進國家相比有較大的差距，隨著全球經(jīng)濟一體化進程的推進，必然帶來對塔式起重機的設計制作周期、設計質量、產(chǎn)品成本的激烈競爭。ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAD工具之一。也是迄今為止世界范圍內(nèi)唯一通過ISO90001質量管理體.系認證的分析設計軟件。二、課題關鍵問題及難點：自二十世紀以來，機械產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)進入到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)代設計方法手段的采用和以人為本設計理念的引入，使人們對機械產(chǎn)品的要求，不僅僅滿足于它所具有的某種可用性，更多的是關注于其是否具有一定的舒適性、經(jīng)濟性和安全性等諸多方面。本課題關鍵就是采用塔機的靜態(tài)分析與動態(tài)分析相結合，分別在ANSYA和ADAMS下模擬塔機的工作狀態(tài)。分析對于在不同的在工作機構起制動加速度下，分析塔機結構最大振幅與最大瞬態(tài)應力發(fā)生部位，確定在滿足鋼結構安全的條件下司機室處最舒適的起制動加速度變化曲線。從而保證了司機工作室在不同工況下的舒適性。隨著科學技術的進步和生產(chǎn)的發(fā)展,高速、高效和大功率成為機電產(chǎn)品的一個重要發(fā)展方向。這就導致大型機械系統(tǒng)結構日趨復雜,其中包含各類非線性環(huán)節(jié)。如果仍然采用線性模型或線性系統(tǒng)的分析、設計、監(jiān)測與故障診斷方法,就會“忽略”與系統(tǒng)特性緊密相關的非線性特性,從而導致難以接受的錯誤,造成分析、設計和運行監(jiān)測與故障診斷的失敗。鑒于動態(tài)特性的問題的復雜性和多樣性,不可能有普遍適用的一般解決方法。因此,對特定問題,仍需研究各自的解決方案和技術。從靜態(tài)設計到動態(tài)設計轉變是起重機設計未來發(fā)展的必然趨勢，到目前為止，國內(nèi)外成熟的動態(tài)設計規(guī)范還沒有形成，動態(tài)設計過程還在個摸索過程中，要使動態(tài)設計理念成功應用到起重機械設計領域，成為一種成熟而實用的設計方法還有很長的路要走。對塔式起重機的動態(tài)分析沒有統(tǒng)一的方法，對塔式起重機的動態(tài)分析要不斷地摸索，從而得到解決方案。三、調(diào)研報告（或文獻綜述）：從上世紀70年代，機械結構的動態(tài)分析設計，應用領域有航空航、船舶、橋梁、汽車、機械、水利、建筑等更廣泛的工程領域，解決的問題從結構優(yōu)化、改進結構性能和提高安全壽命，同時兼顧考慮結構的制造合理、安全、舒適等諸多方面。長期以來，動態(tài)性能分析問題一直是起重機結構分析中一個普遍關心的課題。也有很多人做了大量的理論研究工作，但由于受種種限制，傳統(tǒng)的起重機設計過程基本還是停留在靜態(tài)設計層面上，真正涉及到起重機動態(tài)分析的不是很多。近年來隨著機械向大型化、高速化、重載化方向發(fā)展，起重機的的動力學問題也越來越突出，運用傳統(tǒng)的靜態(tài)設計方法已遠遠不能滿足實際的需求，迫切需求對起重機動態(tài)分析這一領域進行更深入的研究。起重機的動態(tài)性能分析理論和方法是目前該裝備急需解決的關鍵技術問題，經(jīng)調(diào)研目前針對起重機械的動態(tài)性能分析，國外只有日本、德國、芬蘭等少數(shù)公司開展該方面的研究，并取得了一定的應用性成果，其關鍵技術核心仍然對外保密。我國相關設計制造公司盡管也做了一定的研究，但未形成系統(tǒng)的理論和方法。同時也相互保密，很少有相關成果公開發(fā)表。分析塔機動態(tài)特性研究現(xiàn)狀:1.從研究對象來講，大型的龍門起重機研究較多，而對建筑行業(yè)用的塔機研究較少。2.大多動態(tài)性能分析研究的只是塔式起重機的部分結構，對塔式起重機的整體動態(tài)分析研究較少。3.動態(tài)性能分析的方法很多，但都有一定的缺陷，缺少統(tǒng)一的整合。若多種方法結合使用，則能相互彌補不足。4.從研究過程來講，多為單向研究，缺少從認識到實踐的反復過程。四、方案：ADAMS是利用拉格朗日第一類方程建立系統(tǒng)最大量坐標動力學微分方程，求解算法穩(wěn)定，對剛性問題十分有效。ADAMS的仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷等，但對大型復雜結構的強度、剛度、屈曲、模態(tài)、熱力學、超單元等彈性系統(tǒng)的解決有一定的局限性。目前解決彈性動力學的軟件有MSC /NASTRAN和ANSYS有限元分析軟件，這些軟件能夠較好地解決彈性動力學問題。通常ANSNY不適合進行機構的動力學分析、而ADAMS不適合進行有有限元分析 ，將二者結合，有利于取長補短。而ADAMS軟件是著名的機械系統(tǒng)動力學仿真分析軟件，分析對象主要足剛體，但與ANSYS軟件結合使用可以考慮分析零部件的彈性，同樣ADAMS的分析結果可為ANSYS分析提供相應的邊界條件。而實際中絕對的剛體運動并不存在，絕對的彈性動力學問題在工程實踐中也不多見，實際的工程問題嚴格地說都是多柔體動力學問題。因此在塔機的動態(tài)性能分析時用Ansys進行塔機鋼結構建模，分析在不同工況下各部件的變形（剛度），各部件的固有頻率。然后根據(jù)各部件的剛度和固有頻率，建立Adams塔機整機模型，對于不同的工作機構起制動加速度，分析塔機結構最大振幅與最大瞬態(tài)應力發(fā)生部位，確定在滿足鋼結構安全的條件下司機室處最舒適的起制動加速度變化曲線。主要參考文獻及資料：1.胡宗武.起重機的動態(tài)計算.起重運輸機械，1987 11李欣.塔式起重機結構的有限元分析.建筑機械，1992.12.吳天行等.塔式起重機結構振動的力學模型和動載荷訓算.建筑械,1987(9)3.胡宗武等.起重機動力學.機械工業(yè)出版社，19884.黃珊秋，孫家林.淺議塔機動態(tài)特性.哈爾濱科技人學學報，1997(2)5.國家標準.起重機設計規(guī)范(GB3811-83).中國標準工業(yè)出版社，19846.國家標準.塔式起重機設計規(guī)范(GB/T13752-92).中國標準工業(yè)出版社，19937.鄧洪州等.小車變幅塔機動態(tài)分析.建筑機械，1989.