塔式起重机的静力学分析

1、塔式起重机结构静态分析摘要：强度和振动特性是塔式起重机金属结构设计的重要指标。本文从有限元基础理论中利用ANSYS软件得到塔式起重机的静态分析和应力应变结果，比较了三个一般条件，指出了极限锤中静态极限强度的位置，分析了塔式起重机的振动频率和振动形式，为研究塔式起重机不同动态响应提供了依据。关键词：塔式起重机静态分析有限元ANSYS简介：塔式起重机也叫塔式起重机，起源于西欧。安装在吊杆高耸的塔身上的旋转起重机。工作空间大，主要用于房屋施工中物料的垂直和水平传递，以及建筑构件的安装。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。塔式起重机围绕塔式起重机的转动部分成360转的起重机，沿着吊杆运行起重机，

2、升降机，驱动控制系统马达抖动等，使塔式起重机振动。在这种情况下，它比由大小与起重机载荷相同的静态载荷对塔式起重机结构的内力和变形产生的大，有时大得多。塔式起重机结构和构件通常移动负载大，负载次数频繁，容易发生疲劳破坏。大型设备塔式起重机工作的特点是根据建筑物要求在大空间里搬运和升高东西的危险工作。目前工程中，因塔式起重机事故造成的人员伤亡和设备事故多次被禁止，主要事故发生率较高。塔式起重机的强度和振动频率是影响塔式起重机寿命和稳定性的重要因素，因此，塔式起重机的静力学和振动的研究是必不可少的。本文采用有限元分析软件ANSYS对塔式起重机qtz 630进行了建模，分析了塔式起重机加载的三个常见条

3、件，结果了塔式起重机在三种条件下的静态应力和变形云图，在塔式起重机各条件下寻找危险位置，为塔式起重机的改进提供了参考。提取塔式起重机的第一次五次振动模式，为其动态响应提供研究依据。1.塔式起重机结构和性能参数1.1塔式起重机结构塔式起重机主要由机器部件、金属结构和电力三部分组成。机器部分主要根据提升机、启动机、变幅、旋转机构、行走机构、勃起机构等工作需要或没有，但提升机制是必要的。金属结构是构成起重机械的主体，是安装每个仪器并支撑整个重量的主体部分。金属结构主要由门框、塔、其中回避、塔顶和塔座、平衡臂、转盘等组成。在这里，龙门是起重机的基础，装载在所有机器和压力下。门架由两个侧框架和一个矩形平

4、台组成。塔体结构也成为塔，主要是指下部框架上方垂直塔桅杆部分的塔机结构的主题，支撑塔机上部结构的全部重量，移动到下部框架和手推车，分布在轨道基座上。电力是起重机械运动的能量，各机关分别驱动。在结构的力学分析中，主要分析塔机本体、塔机臂和塔顶的构件力。1.2性能参数提升容量：Rmax=50 m，Q=1.2 t R=2到15.44 m，Q=5 t上升速度：100/80/50/40/5 m/min转速：0.6/0.4 r/min变幅速度：45/16 m/min塔式起重机有限元模型的建立塔式起重机的金属结构主要包括塔顶、吊杆、平衡臂、变幅车、吊钩和上下转台的构成。根据塔式起重机设计规范，在设置塔式起重

5、机结构几何模型的过程中，不考虑突然的轻微结构阻尼、非线性关系和过渡圆角。进行有限元建模，需要考虑的事项：模型综合准确地反映塔式起重机结构特性；模型力必须与操作过程中塔式起重机的外部载荷相同。模型的边界条件处理必须与塔式起重机实际工作人员一致。塔式起重机有限元建模根据实际情况，根据需要进行简化。(1)简化旋转机构。在Ansys中，塔式起重机计算主要使用梁单元、杆单元和抽壳单元创建有限元模具。在进行塔式起重机结构的完整分析时，诸如旋转支承连接等物理部件使用梁杆单元实现平等，在塔式起重机的完整分析中仅包括梁单元，从而避免了具有不同节点自由度的梁单元和壳体单元的连接问题。完整分析完成后，可以将在完整分

6、析中获得的等效单元的节点力用作外部载荷，并使用抽壳单元单独分析旋转机构。(2)塔式机箱，简化吊杆。塔底的结构刚度大，简化为固定支撑。吊杆根简化为固定铰链。操作为吊杆和两个杠杆的连接，杠杆和塔顶的连接，固定铰链支撑。平衡臂的臂根与塔式起重机转动关节的连接，平衡臂与两个杠杆的连接，以及杠杆与塔顶的连接都是固定铰链支撑。塔顶和上部旋转支撑的连接以及下部旋转支撑和塔身的连接被视为固定支撑。塔式起重机的固定铰链支撑是铰链模拟所必需的，作者使用卡箍对铰链建模。对于固定支撑，请使用指令d约束所有自由(UX、uz、rotx、ROTY和rotz)。使用自由度耦合分析塔式起重机更方便。塔式起重机期间需要放宽弯矩的

7、地方大部分是每个部件的铰接点，在生成设备时，ANSYS不考虑每个部件之间的节点连接问题，而是单独建模每个部件，然后使用合并命令CP合并部件运动类型中的每个相应节点自由度，如图1所示。应用于节点的所有约束都在节点坐标系中执行。分割节点时，如果调整单位大小以使塔式起重机测试报告中的每个检查点正好位于每个指定的节点上，从而无法精确匹配，则将最近4点的值平均为该测量点的值。据此，得到了塔式起重机有限元模型。模型是大约15，000个单元和节点，如图2所示。塔式起重机的静态分析载荷35m处的应力应变计算相当于对称施加在326和327节点上的垂直集中载荷。分析Qtz 25塔式起重机，计算塔式起重机各个节点和

8、单位的位移和应力。Ansys的后处理可让您直观显示塔式起重机的应力和变形云。如图所示，塔式起重机的最大变形发生在臂尾。起重机的最大应力是吊杆框架和塔的连接处，最大应力173.569mpa。起重机从杠杆接触起重机的地方到塔尖都发生了巨大的变化。机构倾向于推翻符合实际情况的重物。本文主要比较了每个运行条件的应力和位移的大小，如表1所示可以从表1中获得，最大应力和最大应变值随着吊杆工作半直径的减小而减小。最危险的条件是在臂末端应用载荷为10000n的条件。其中应力和变形都是最大的，尽量避免在此位置停留太久。最大应力为173.569mpa，塔式起重机的最大应力小于q235c的最大应力值175mpa，因

9、此可以满足起重机的规格设计要求，但最危险的条件是接近塔式起重机的最大允许应力值，因此在塔式起重机运行时要注意。一系列变形图表明塔式起重机发生的最大变形位于臂尖上的最大位置，与实际情况相吻合。最大位移总是在臂尾，钢丝绳与上弦连接的变化率最大，因此这里不仅需要高强度，还需要更好的韧性。表2频率和模式说明塔式起重机的动态分析在执行塔式起重机的振动模式分析时，实际上应仅考虑塔式起重机结构系统的自重，定义重力(在没有其他载荷作用的情况下作用方向上的重力加速度和零位移约束)。系统的低阶固有频率对多自由度振动系统的动态响应有很大影响，但高固有频率的影响较小。因此，多自由度系统的动态特性只能在低固有频率下反映

10、。因此，本文仅提取吊杆的前向模式，在实际分析设计中，可以根据需要得到模态阶。5模态分析通过将分析类型指定为模态分析，然后定义所需的模态阶和矩阵特征值分析方法开始模态分析。5.结论通过以上分析，可以得出以下结论：qtz 630塔式起重机运行中：(1)最危险的条件通常更接近胳膊尖。(2)塔式起重机运行中，上弦杆受到更大的应力。(3)最大位移总是在臂尾，钢丝绳和上弦连接是最大的变化率，设计时要注意。(4)塔式起重机挂重物的瞬间吊杆中间、斜拉索的连接处应力最大，在设计和制造过程中必须采取部分加强措施。(5)一般基于桁架模型的塔机臂架结构是低频振动系统，在快速升降机和突然卸载时，冲击容易引起结构共振。(6)根据各阶模式图，塔式起重机的阶谐振频率低，差异不大，因此在使用过程中应避免绳子摆动和负载应用和释放等低频源扰动。参考文献：1李海红陈永辉李志丹用有限元法对塔式起重机臂架进行动态分析J台湾重型大学学报2003，24 (2) :3106-109。2张准软件在塔式起重机结构动态分析中的应用J机械设计与研究，2001，17 (2) 333620