附着式塔机所能达到的最大附着高度.pdf

据路面工况 选取路面不平度 的最小波长为 0 1 ITI 通过计算 路 面不平度最大激励频率约为 178 H z 未达到转向节最低阶固有频率 389 8 H z 不会产生 共振现象 4 结论 本文利用 A NA SY S W orkbenc h 软件对某电动轮 矿用车转 向节进行了结构静力学分析和模态分析 验证 了转 向节结构的可靠性 并从路面不平度激励 角度对模态分析结果进行了评估 通过分析 该转 向 节结构满足强度要求 且不会与外界激励发生共振 参考文献 1 陈黎卿 谭继锦 姜武华 基于 A N A SY S 的转 向节有限元 分析 J1 机械工程师 2005 1 1 57 58 2 武一民 崔根群 董正身 转向节结构有限元分析 JJ 拖拉 机与农用运输车 2004 6 8 9 3 蒋玮 转向节有限元分析及试验验证 JJ 车辆与动力技 术 2008 4 5 8 4 袁安富 陈俊 A NA SY S 在模 态分 析中的应 用 J 制造技 术与机床 J 20o7 8 79 82 5 李兵 何正嘉 陈雪峰 A N A SYS W orkbenc h 设计 仿真 与优化 M 北京 清华大学出版社 2008 通信地址 内蒙古包头市稀土高新区北重路北方股份大厦 技术中心 014030 收稿日期 2011 02 28 附着式塔机所能逮 封的最大附着高展 张翠红 t 王晓平 曹学鹏 1 四川建设机械 集团 股份有限公司 2 长安大学工程机械学院 摘要 模 通过对塔 将塔式起重机塔身结构简化为桁架 运用有限元分析软件 SAP2000 对附着式塔机进行整体建 身结构进行应力计算 解决塔机附着实际应解决的问题 得出 H 3 36B 型塔机的最大附着高度 关键词 塔式起重机 SA P2000 有限元 附着高度 当塔式起 重机 以下简称塔机 使用 高度超过 其独立使用高度时就需要对塔机进行 附着 以增加 塔身的刚度 保证安全稳定 从理论上讲 塔机附着 使用高度可以无极 限地升高 但实际上 当塔机附 着高度较大时必须考虑和解决下列问题 l 塔机附着实际应解决的问题 1 起升卷筒容绳量要足够大 起吊质量要适 当减少以抵消钢丝绳质量的影 响 应按起 吊质量 钢丝绳直径 起升高度确定起 吊质量减少值 采取 措施保证起升绳不打转 2 在计算附着反力时 对非工作状态风载荷 应根据所处地理位置情况进行计算 非工作状态计 算风压和计算风速见 G B T 38 1 1 2008 塔式起重机 设计规范 表 1 8 计算风压要考虑风压高度变化系 数 要取塔机结构顶部的计算风压作为起重机全高 作者简介 张翠红 女 山西离石人 硕士 研究方向 结构设计 的计算风压 风压高度变化系数 见 塔式起重机 设计规范 表 l 9 一般情况要求附着反力不大于 500 k N 3 附着装置要按照塔机说 明书的要求架设 附着 间距 和附着点 以上的 自由高度不能任意超长 超长的附着杆应另外设计并有计算 书 还需进行强 度和稳定性验算 附着框架保持水平 固定牢靠 与 附着杆在 同一水平面上 与建筑物之间连接牢固 附着后附着点以下塔身的垂直度不大于 2 1 000 附 着点以上垂直度不大于 3 1 000 与建筑物的连接点 应选在混凝土柱上或混凝土圈梁上 用预埋件或过 墙螺栓与建筑物结构有效连接 4 建筑物预埋 附着支座 处的受力强度 必须 经过验算 能满足塔式起 重机 在各种 工况 条件下 的荷载要 求 必要 时应加 固处理 达到规定强度后 方可使用 4 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 5 多道附着主要改善了塔身承受弯矩 转矩 的状况 但并非愈多愈紧愈好 附着过多过紧可能 使塔身产生过大的内应力 正确的方法是每间隔 3 4 道附着 有 1 道附着放松 以减少 内应力 6 固定基础除需满足独立使用高度时的要求 外 还应校核附着道数最多 塔身最高时的强度 因 此时塔身 自重最大 7 验算最不利工况时各段塔身的强度与稳定 程度 2附着式塔身计算力学模型 附着式塔机 的塔身 其结构可简化为两种计算 模型 其一 可以简化为一多跨连续梁 结构分析时 把附着杆作为支座连杆处理 按超静定结构计算方 法 计算主要受力截面和附着杆的内力及位移 其 二 塔身简化为桁架结构 附着杆作为桁架单元处 理 本文采用第二种简化模型 利用有限元法对塔 身结构进行分析计算 2 1 附着式塔身的计算载荷 附着式塔身示意图见图 1 塔身所受载荷主要有 由塔机吊重及上部结构 自重产生的垂直力 上部 结构和 吊重产生的弯矩 吊臂回转 引起 的转矩 横向力 F 及整个塔身受到的风载荷 q 等 垂直力 主要对塔身产生轴 向压缩作用 在附 着杆上不产生附加内力 此力是导致塔身产生轴向 变形的主要因素 弯矩 M 使塔身产生弯曲变形 是 产生塔身偏心受压的主要因素 影响附着杆内力 横向力 F 转矩 和风载荷 q 均对附着杆产生影 响 风载荷按均布载荷简化到塔身的各节点上 其 余各载荷简化到塔身顶部 4 个节点上 见图 2 2 2 附着架的简化模型 附着式塔身简化为桁架结构 如 图 2 所示 附 一 50 一 工况 A 一 8 7 5 4 q 3 2 l 图1 附着式塔身示意图 图 2 附着架联接示意图 着杆与塔身 的连接为铰接 附着杆与建筑物 的连 接为铰接 建筑物刚度设定为无限大 塔身在载荷 作用下产生位移和变形 附着杆为轴心受压杆件 图 2 中 1 2 3 4 表示 4 根主弦杆 表示 附着杆 2 3计算工况的确定 塔身受力的计算分 以下 3 种情况 见图 3 圈 3 塔身受力计算的 3 种工况 工况 C 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 工况 A 工作状况 臂架处 于塔身对角线方 向 风力从平衡臂吹向起重臂 工况 B 工作状况 臂架顺塔身 轴或 Y 轴 风 力垂直于臂架 工况 C 非工作状况 风力从平衡臂吹向起重臂 经过计算 比较得 出 工况 C 时 塔身受力 比较 恶劣 因此 以工况 c作 为计算工况 对塔身进行有 限元分析计算 3塔身结构有限元分析 将塔身结构简化为桁架 运用有 限元分析软件 SA P2000 对结构进行有限元分析 解决塔机附着实 际应解决的问题 在 SA P2000 软件 中进行有 限元分 析主要 有模 型建立 模型分析和模型设计 3 个步骤 以流程 图 4 表示生成典型模型的基本过程 1 一 图 4 生成典型模型基本过程流程 图 本文着重介 绍一下建模 分析过程 中的 5 个关 3 2绘制模型 键步骤 3 1定义材料属性 定义材料 的属性 需要输入材料的分析属性 如密度 弹性模量等 以及材料的设计属性 如屈服 应力等 输入 Q 345B 材料的属性如图 5 所示 材 料 名 称 躯墨 累 能 i Q3 18 一 辩 I 翘 l Steet J 材 科 琏 謦 改 置 勇 气 鞋 拜 l u u Ih 1H I 翻l 髓蠲圈 一 IkN m C j 蒯蟪渡 百 一 I 弹l生 攮 E I2 0E 治撩比 l 3 t i l ti n g If A I1 05 尊 嘲嚏 G 7黯 H I 曩l 隧 一 F r I sD 量小技应力 F l 4 E Q l l JttU ItEY I rn soc t 有靛控应力 F l 4950 0 广 切换劐裔暖纛蛙墨示 口回 堕 J 图 5 材料属性数据表 依次绘制塔身基础节 标准节 附着结构等 绘 制完成后整体模型如 图 6 所示 3 3定义节点支座 将附着杆 与建筑物连接处和塔身 固定处分别 设为固定支座 约束 6 个方向的 自由度 设置完成 后约束显示如图 7 所示 l 厂 图 6 塔身模型 图 7 支座约束 一 5 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 3 4定义荷载工况 塔身荷载 DE A D 由系统 自动加载 定义载荷如 非工作状况时定义载荷 图 8 所示 警 棼 F 0 l 0 誊 誊 孽 曩嚣 l l 蝴名 1铱 类墼 翎塞 瞰l 餐 晌蕊载 奠 t 簟 加 荫 薅 懈 jIO l j 黛 3船 瞳 Ml l 秘 纠 AD DEAD 1 i 秽 啵 嘲 商 蔼 虢 警 f N SUPER DEAD O 薹 i 群 曩 M UvE O F UVE 0 5 l国钮嘲 I蹴 lI 今 謦 尊善澎糕 I h I I 一 曩 譬 0 参 l 劳 鬈 是l j 露 蓐 一 0 图 8 定义荷载对话框 3 5 查看分析结果 运行结构分析后 显示塔身构件应力分布如图 图 9 构件应 力分布图 一 52 9 所示 单根构件的详细受力情况数据文件如 图 10 所示 E力 险 b和 弯 三 系 化 组萑 G 5 0l 7 5 2 5 jv 材33 M 22 0 2 03 C m D STI 1 80 7O 29 155 1 17 0 28 139 0 567 弯 勾 和J 置 鸡 构1 半 设 计 M 3 I一 22 J 比 拄 制 鄹 M C 比 盂 状 一 怨 苤 比 蠡 H 蠡 量 区 巨 l l 黼 i 2 S一 1 O 770 O 3l 3 0 一 0 I o7 0 I I50 OK 曲 稳 油 I放 赶秀 数 素 逦 1 0 2 2 4 类 别 比 墨 孬 数 数 系1 殴 系 效 兽 0 g48 O 550 O O 30o O 695 O 4 8 O 55O 0 5 O oo 0 695 B Eu l e a曲 承 E力 和辅 l 关 挣 矩 暴数 jIf L E 1 抗 弯 1 O bO 系 炙 系 改 比 盔 7 着 致 1 0 00 8 9 5 1 7 j 1 2 7 1 1 14 c 抗跨 1 7 I 2 l 7 1 1 14 1 0 DO 1 0 00 8 9 5 其 f 矩 系黉 r f m f f 田 b 抗 l O 5O 0 8 50 0 8 O 0 D0 1 0 D0 J 精瞎 1 2 00 l 墨 0 5 l 8 0 7 DO 1 C 00 应 力 E 一 一 制 或西 f i 2 一 1 力 实 5 i 千 应 比 咧 自 弯 府 1 府 比 系 致 2j O 9 7O 4 82 I32 0 21 O0 0 0 0 2 l 8 1 4 39 抗湾 19 4 5 10 l 26 9l l8 21 00 0 0 0 0 4 85 0 S 26 诫 弯 1 1 70 l 14 0 3l 3 21 oc 0 O O O C l 9 0 1 63 一 j 力 没 晰 黼 一 4 I 2 次 5 1 5 L 矗 应 假想 力 压 E力 允j 芊 t 15 剪 b 主 力 2l 23 9 1 89 125 O0C ooI 1 08 5 0 吹 力 1 17 B 14 87 2g l l 25 O0 00I l 1 1l Ye 图 10 单根构件受力详细信息数据文件 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 4计算实例 以 H 3 36B 型塔机为例来说明塔机最大起升高 度 的计算 H 3 36B 型塔机独立使用高度为 51 7 m 塔身截 面为 2 m 2 m H 3 36B 型塔机 的附着方式为 附着 杆选用 H F01 产品结构编号 附着框选 用 H 09 产 品结构编号 基础节选用 H 19 产 品结构编号 标 准节选用 H 11 L68B 1 产品结构编号 高度 3 m 以工况 C 作为计算工况 因为在内陆和沿海地区计 算风压不 同 故塔身顶部载荷简化后 的外力要分 以 下两种情况来分别进行计算 1 内陆地区 风压 P 0 55 kN m 风压高度变 化系数 h 3 03 N 588 65 kN M 207 8 kN m F 47 8 kN 基础节上 q 5 17 kN 标准节上 q 4 89 kN 2 沿海地 区 风压 P 0 80 kN m 风压高度 变 化 系 数 K I 3 03 N 588 65 kN 217 8 kN m F 69 6 kN 基础节上风载荷 q 7 52 kN 标 准节上 风载荷 q 7 12 kN 笔者做 了不 同附着方式 的附着方案 经多次计 算 得 出 H 3 36B 型塔机最 大附着高度为 306 2 m 根据附着方式 由基础节高度加所用标准节高度 得出 具体附着方式见图 1 1 同时得到了附着杆的 内力 塔身各杆件的轴 向受力 各杆 件的端部弯矩 及剪力等内力和应力 附着点 以上和附着点以下塔 身的垂直度 固定支脚 的强度与稳定程 度 表 1 是 H 3 36B 型塔机最大附着高 度计算结果 经验证 比较 该计算结果 与使用 传统算 法计算 得到 的结 果相差 无几 具有一定的实用性 5结束语 本文对附着式 塔机 附着 杆 的受力 和塔身结构进行 了有 限元分析计算 可 紧 固附着 非紧固附着 图 11 H 3 36B 塔机附着方式 表 1 H 3 36B 型塔机最大附着高度计算结果 H 3 36B 型塔机附着结果 内陆地 区 沿海地区 附着杆 内力 kN