1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

塔式起重机塔头整体组焊夹具设计

1课题研究的意义及背景

塔式起重机是现代建筑施工中不可或缺的设备，在民用建筑、桥梁、石油化工、电站、航天、港口等工程施工中，到处可见塔机的身影。随着施工工艺的革新，塔机的应用范围不断扩大，从而进一步推进了国际塔机行业的快速发展[1]。

当今塔式起重机，尽管机能和构造各异，但总体可以分为下列两部分：

（1）工作结构

包括了为配合塔式起重机不同需求的机械运动而设计的各类机械部件，一台完整装配的塔机通常具有起升，运行，变幅，回转以及顶升的工作结构。起升机构是所有塔机都会装配的工作结构，由驱动，传动，制动和工作装置四个部构成。首先驱动装置凭借电动机，进行发力；传动装置按照不同机构的要求，选择不同的减速装置，以实现转速跟力矩转换的最优搭配，确保电动机能在达成工作装置要求前提下高效率运行；制动装置能够控制目标物的下落速度或者使它固定在空中，不让它因重力落地；工作装置包含卷筒，钢丝绳，滑轮组和吊钩，卷筒由传动装置驱动，钢丝绳和滑轮组将其转化成吊钩的垂直升降运动。变幅机构能够决定吊钩在空中的摆动角度。回转机构能够让起市皆架全角度旋转，从而操纵吊钩的落点。运行机构负责塔机工作时地面的移功区域，能够更改塔式起重机的工作地点。顶升机构依回转部分的升降来调整塔机的作业高度。

（2）金属结构

包含了塔头，塔身，臂架等部分。金属结构是塔机的主架，占据整个塔式起重机一半以上的重量，除承担自重以外，金属结构还承担着塔机作业时的各种外负荷。所以，金属结构的合理设计直接影响塔式起重机白重的减少，钢材的节省和安全性能的提升。

在塔式起重机金属结构的制造过程中，为保证塔式起重机钢结构制造精度，焊接夹具起着极其重要的作用[2]。焊接夹具有着很多明显的优点：焊装夹具提高了产品的装配精度、优化产品质量；缩短焊接时间，减少加工费，降低产品成本，还能降低对工人的技能要求，减轻工人劳动强度[3]。本课题针对塔式起重机塔头结构，为了满足其生产制造的需求，提出设计一套塔式起重机的塔头整体组焊夹具。

2 塔式起重机在国内外的研究成果及问题

2.1 塔式起重机在国外的发展

建筑业特别是近代高层建筑的迅速发展,向塔机提出新的要求。因此,国外十分重视塔机技术的发展,各大塔机公司都扩大科研机构,增加科研人员,普遍开展对科技人员的培养和继续教育工作。采用先进的试验研究方法和手段,加强对基础理论与塔机技术的研究,大力开发新型塔机。

国外塔机的技术进步主要体现在以下几个方面:

（1） 新的设计理论与设计方法

（2） 采用计算机辅助设计和组合设计

（3） 传动机构进一步完善

（4） 不断强化质量管理,提高产品的可靠性和寿命

近年来国外塔机的发展特点和发展趋势可归纳为以下几点:

（1） 通用塔机以中小型为主,专用塔机向大型发展

（2） 现代科学技术的广泛应用

（3） 不断提高塔机性能

（4） 安全保护装置进一步完善

（5） 重视”三化”(标准化、系列化、通用化),大力缩短产品研制周期[4]

2.2 塔式起重机在国内的发展

中国塔机始于20世纪50年代。综观60年发展史，中国塔机行业从无到有，从小到大，逐步形成了较为完整的体系和比较完整的型谱，塔机行业也成为我国发展最快的工程机械行业之一。如今中国已经能生产100千牛米到52000千牛米的塔机，不但满足国内工程建设的需求，而且大量出口到世界各地，特别是小批量出口到欧美发达国家和地区。中国已成为世界塔机生产大国。

通过60多年的努力，中国塔机行业在产业规模、自主创新、结构调整等方面均取得了显著成绩。

（1） 产业规模持续快速扩张。

（2） 行业集中程度稳步提升。

（3） 大型塔机取得较大突破。

（4） 国际竞争力不断增强。

中国塔机行业经过高速发展，无论企业规模，还是技术水平、产品质量都有了显著进步，同时，市场竞争也越来越激烈。面对快速的市场变化和激烈的竞争挑战，近几年，各厂家加大了研发和制造的投入，技术水平与先进国家差距大为缩小，但在总体的结构、性能、质量，尤其在制造质量及可靠性方面仍有一定差距。

（1） 产品质量参差不齐。

（2） 基础零部件、基础研究发展滞后。

（3） 产品结构有待调整。

现在中国塔机的发展展望是[5]：

（1） 提升产品技术，推进产业升级。

（2） 重点发展平头、动臂塔机，满足市场需求。

（3） 整合行业资源，提升综合实力。

（4） 规范行业管理，完善监管体制。

（5） 走向世界，走向高端。

3塔式起重机塔头设计与制造

塔顶的主体钢结构

（1）总高度及相关尺寸要确保能与相邻部件（臂架、回转塔身）顺利装拆；

（2）参考尖头塔机平衡臂拉杆拉结角度主弦杆有一定倾角；

（3）用单耳板联接平衡臂拉杆；

（4）用双耳板联接臂架上弦杆；

（5）增设横梁用于焊接固定，横梁两端与主弦杆焊接固定；

（6）主弦杆一端傳接有支板，与回转塔身用销轴联接；

（7）主弦杆围成的平面用腹杆、筋板加强[6]。

塔机结构件的质量要求除了各构件的材料质量与加工质量外,还有结构件焊接接头的质量，即各接头焊缝外形尺寸及焊缝的内部质量,均应符合有关标准与规范的要求,不得有咬边、焊瘤、夹渣、气孔、未焊透和裂缝等缺陷。拼装焊接后，各结构件的形状与位置要求，如直线度、平面度、同轴度、垂直度、平行度等，一般应通过拼装焊接工装夹具来保证。因此焊接工艺是塔机结构制造工艺的重点[7]。

塔机的安全性要求非常高，所以对焊接缺陷一定要有严格的控制，下面是一些可能出现的焊接缺陷。

1.1形状缺陷

在焊接过程中最为常见的形状缺陷即外观质量粗糙、鱼鳞波高低宽窄发生突变等,或者焊缝与母材并没有实现圆滑过渡,相对较粗糙。此类缺陷主要是因为在焊接中操作不当或反复返修。若不及时消除形状缺陷,就会消弱构件的承载能力,引发安全事故。

1.2焊缝缺陷

首先,焊缝尺寸不合理。由于在焊接过程中尺寸不符合相关设计图纸及技术要求,出现焊缝过宽、过低或过高等现象。当焊缝尺寸较大时,则会消弱某些承受荷载的疲劳性能;若焊缝尺寸较小时,则使得承载界面较小,影响后期运行。其次,出现焊接裂纹。可能在焊接过程中由于操作不当,使得在焊接部位及应力集中位置出现裂纹现象,极易集中较高的应力,并且有延伸及拓展趋势。与其他缺陷相比,该缺陷是极为危险的。再次,出现未焊透现象。在焊接过程中可能由于操作中的失误,或操作不熟练,

使得剖口角较小,且间隙也较小,钝变较大,加上速度加快,来不及熔化,或者是焊接中焊条与焊道中心相偏离都能够导致未焊透缺陷。主要表现在钢板底部、双面焊部位。此类缺陷容易减少工作面,甚至引起裂纹等。最后,出现未熔合现象。受到较小电流、较快速度,加上热量不足,焊丝摆动角度不符合正常位置等,均能够导致未熔合缺陷,常发生于熔焊时焊道及母材间的位置。其造成的危害与裂纹相似。

1.3其它缺陷

在焊接过程中造成的缺陷还有咬边、烧穿、夹渣、弧坑。其中咬边大多是由于焊接参数设置不合理,焊速过慢,且电弧拉得比较长,熔化的速度并不能够及时填补熔化的缺口，可减小工作面，在咬边位置应力相对集中。而在焊接时，较大的电流，或过度加热,电弧停留时间长都会引起烧穿现象,容易降低焊接表面质量，可能引起夹渣及气孔等一系列缺陷。夹渣是焊接熔渣残留在焊缝中的现象，其主要原因在于电流相对较小,焊接速度相对较大,凝固过程中熔渣并不能及时浮出。此外,机上坡口相对较窄、形状不规则等,均会导致夹渣问题,它是出现裂纹的根源。最后,大多数弧坑是由于焊丝或焊条所停留的时间相对较短,加上填充金属不足,在焊道末端形成低洼现象,容易减少焊缝截面积,造成夹渣或气孔等其他缺陷[8]。

4 焊接结构组焊夹具设计

夹具设计一般包含3个步骤：安装规划，夹具规划和夹具构型设计[9]。 夹具设计是一个复杂和直观的过程。有效的夹具设计系统对于降低成本和缩短产品交货时间至关重要[10]。所以在夹具设计的过程中，我充分考虑到各种因素，对于塔头的受力分析和以及夹具系统的磨损等等都要有充分的考虑。

结构件除应尽量选用可焊性好的材料外，在设计和加工制造时还应考虑的主要因素有:

(1) 结构件的刚性结构件的刚性大,则焊接变形小,而焊接后残余应力大。对于塔机的塔身、起重臂等彬架结构,在设计时应根据其强度、刚度、稳定性以及构造等要求,合理确定结构的截面形式与腹杆体系,对弦杆与腹杆进行截面选择和验算,节点间距与节点设计,既要保证结构件具有足够的刚度,尽量减小焊接变形,同时又要使焊接残余应力降低到最小程度。

(2) 焊缝位置的分布设计时,焊缝尽可能对称于截面中性轴或接近于中性轴,这对于减小梁、柱等类结构的挠曲变形和应力具有良好的效果。焊缝对称于中性轴,有可能使焊缝所引起的焊接应力和变形互相抵消.因此,在进行结构设计时,应尽量避免焊缝的不对称布置以及过分密集与交叉等现象。

(3) 焊缝形式和尺寸应尽量采用应力集中现象较小的焊缝形式,即优先选用全断面焊透的对接焊缝与连续贴角焊缝。焊缝的尺寸直接影响到焊接工作量以及焊接应力和变形的大小。那种认为焊缝尺寸越大则强度一定越高的想法是错误的。在保证承载能力的条件下,应尽量采用较小的焊接尺寸。但焊接尺寸太小,则冷却速度过快,容易产生一系列焊接缺陷,如裂缝、热影响区硬度过高等。

(4) 焊接方法根据结构的材料、工作与构造特点选用合适的焊接方法。一般结构宜采用手弧焊与CO2气体保护焊,对于一些重要结构的关键焊缝和主要焊缝应该采用CO2气体深护焊。CO2气体保护焊具有成本低、质量较好、生产效率高等优点,是焊接结构制造中应大力推广的焊接方法。

(5) 结构的拼焊顺序及其定位夹紧的方式。由于结构的整体刚性总是比它本身的零件或部件的刚性大,因此,整体装配并定位焊后再进行焊接,它比边装配边焊接的变形要小。结构件需机械加工的部位,一般是先焊接后加工,工艺上,则可能一次成型,一次焊接。另外,拼装焊接质量与采用焊接胎具定位夹紧的方式等措施,对结构件的焊接变形也有较大的影响。采用刚性夹持法和在焊接胎具上施焊是减小焊接变形行之的效的方法,其焊缝的收缩量能减小40~70%,但此时焊件内容易产生较大的焊接应力.应予以注意。

(6) 焊接顺序与焊接工艺参数合理的焊接顺序与焊接工艺参数能获得较好的焊缝质量,而且其焊接应力和变形也小。对于长焊缝,宜采用逆向分段焊接;厚焊缝须采用多道焊;用钢板组成的结构,应先焊横向焊缝,然后由中央向两侧焊纵向焊缝,以保证焊缝能自由收缩;而工字梁、矩形梁宜采用对称焊法。为了减小焊接应力和变形,应选用较小的焊接参数和相应的操作方法。例如,采用细焊条、多层多道焊、小电流、较快速度不摆动焊法来代替粗焊条、单焊道、大电流、慢速度摆动焊法；采用窄间隙、焊速较快的气体保护焊代替埋弧焊均能取得一定的效果[11]。

在设计阶段，夹具变量的公差分配是承受加工缺陷的有效手段。过程变量的公差分配是为了获得制造成本和产品质量之间的最佳结果。过程导向的公差分配方法得到了很大的关注，如公差模型和优化方法[12-14]。在制造阶段，使用制造部件的维护的方法来解决夹具的功能退化。设计的工具维护计划总是基于过程知识固定的[15]。在发生严重故障之前将进行维护操作，并防止系统可靠性水平低于规范。在生产阶段，进入部件偏差的统计分布并不总是与设计一致，其中偏差有时超过公差极限。此外，进入部件/子组件的平均偏移和变化会影响夹具部件的磨损率。较大的平均偏差和变化将导致加速磨损，有时甚至可能破坏或松开定位销[16]。因此，必须考虑到维修计划优化的进入部分的可变性。

在目前的生产制造中，CAD技术可以实现产品的设计、制造的数字化,在企业数字化、信息化发展过程中有着极为重要的作用。特别是近些年来发展起来的计算机辅助夹具设计,可以通过计算机软件实现夹具设计计算、结构设计。装配图纸和零件的绘制,更为重要的是可以实现夹具零件的数控加工程序制定[17]。利用CAD进行夹具设计主要经历三个阶段:总体设计阶段、技术设计阶段、详细设计阶段。总体设计阶段主要初步确定夹具元件参数和夹具总体结构；技术设计阶段主要改正总体设计阶段不合理之处,画出装配图；详细设计主要是完成零件二维图设计[18]。所以使用CAD技术来作图是一个很好的选择。

５课题设计的内容

为提高塔式起重机生产效率，满足塔式起重机机的塔头生产需求，本课题设计起重机的塔头整体组焊夹具。在本设计要注意以下几点：

1、熟悉的结构组成与制造工艺。

2、设计起重机主要部件#8212;塔头最后制造环节整体组焊夹具。

3、学习三维绘图软件和CAD软件，对塔头整体组焊夹具结构优化，为实际生产提供参数依据。

参考文献

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