【正文】 和評(píng)估起升機(jī)構(gòu)的零部件的疲勞壽命的前提下，進(jìn)行正確的有限元建模進(jìn)而得到較為精確的塔機(jī)的動(dòng)力特性，從而為施工現(xiàn)場(chǎng)的操作制定一個(gè)正確的有科學(xué)依據(jù)的操作規(guī)程，進(jìn)而在提高塔機(jī)的使用壽命的同時(shí)減少以至避免事故的發(fā)生。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出了諸如 SAP84， ADLNA,ANSYS,NASTRON 等著名的有限元分析軟件，它們各具特點(diǎn)。近年來，在材料學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的研究成果，不斷應(yīng)用于塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造中，使試驗(yàn)技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平。起重臂設(shè)計(jì)所使用的計(jì)算理論和方法對(duì)起重臂設(shè)計(jì)的影響非常大。 （ 1）塔式起重機(jī)起重臂在動(dòng)態(tài)有風(fēng)情況下的應(yīng)力與變形 由于塔式起重機(jī)工作過程中的幅度、吊重和風(fēng)向等條件是不斷變化的，本文將對(duì)塔機(jī)在最大起重量（滿載）、最大幅度、適度超載極限狀態(tài)下的塔臂的應(yīng)力與變形。相比國(guó)外塔式起重機(jī)都具有質(zhì)量輕、起重量大、使用壽命精確、零部件更換周期明確等優(yōu)點(diǎn)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展塔機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，國(guó)外塔機(jī)廠商 的進(jìn)入肯定會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)塔式起重機(jī)廠家產(chǎn)生沖擊。 ○2分類及特點(diǎn)： 單吊點(diǎn)小車變幅臂架，靜定結(jié)構(gòu)，幅度在 40 米以下多采用。 （ 4）折曲臂架 適用冷卻塔、電視塔以及一些超高層建筑施工需要。但是截面的成型難度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng) . 我國(guó)幾乎所有雙吊點(diǎn)塔式起重機(jī)起重臂截面可以設(shè)計(jì)成三角形或者矩形如下圖 圖 22 常用平衡臂形式 （ 2） 采用矩形截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于矩形結(jié)構(gòu)（如圖 22）當(dāng)塔機(jī)提升重物回轉(zhuǎn)時(shí)塔臂受到斜向下的合力的作用，塔臂矩形截面容易變形且矩形結(jié)構(gòu)浪費(fèi)材料。 對(duì)于倒三角形結(jié)構(gòu)（圖 22）上弦桿通常是圓鋼管，下弦桿為工字鋼兼作起 重小車的運(yùn)行軌道。 采用正三角形 C處吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)比較容易，當(dāng)采用倒三角形時(shí) D E 桿件還需要另外的附加結(jié)構(gòu)。臂架根部通過銷軸與塔身聯(lián)接，臂架上設(shè)有吊點(diǎn)通過鋼絲繩或鋼拉桿與塔帽頂部連接。鋼拉桿一般采用扁鋼板、實(shí)心圓鋼或者厚壁無縫鋼管制成。 （ 2）剛性組合拉桿 一次性投入，降低了生產(chǎn)成本；另外，能夠克服柔性拉桿帶來的負(fù)面影響。通過對(duì)分析對(duì)象劃分網(wǎng)格，求解有限個(gè)數(shù)值來逼近和模擬真實(shí)環(huán)境的無限個(gè)未知量。（ 2）檢驗(yàn)結(jié)果（分析是否正確）具體如圖 41 圖 41 ANSYS 分析流程圖 QTZ80 點(diǎn)塔式起重機(jī)吊臂建模 由于回轉(zhuǎn)支承等實(shí)體部件相對(duì)塔機(jī)整體結(jié)構(gòu)而言幾何尺寸較小，而剛度較大、質(zhì)量較為集中，當(dāng)對(duì)塔機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析時(shí)，可以將回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)等實(shí)體部件采用來梁?jiǎn)卧M(jìn)行等效，使塔機(jī)的整體整體分析中只包含梁?jiǎn)卧?，避免了具有不同?jié)點(diǎn)自由度的梁?jiǎn)卧桶鍤卧穆?lián)接問題。 ANSYS 提供了多種梁桿單元，在塔機(jī)分析中以梁?jiǎn)卧獮橹?，桿單元用的很少，而且可用梁?jiǎn)卧?。因?yàn)?BEAM188 單元具有塔機(jī)分析所要求的功能，因此，在塔機(jī)分析中使用 BEAM188 單元即可得到滿意的結(jié)果。 GUI:Main MenuPreprocessorMeshingMeshtool… 1XYZ JUN 19 20xx22:31:37ELEMENTS 圖 42 劃分網(wǎng)格完成 圖 施加約束 11 112 1234567891021202322151617181928291314132XYZ JUN 19 20xx22:37:16LINESTYPE NUMUROT 圖 43 施加約束 施加 載荷 1．施加風(fēng)載荷 計(jì)算風(fēng)載荷公式 w w wF C p A? (N) (41) 式中 : wF 作用在塔式起重機(jī)上和物品時(shí)上的風(fēng)載荷（ 1wF , 2wF ）， N； 12w W wF F F??； wC 風(fēng)力系數(shù)； wp 計(jì)算風(fēng)壓， wp =250pa。 靜剛度計(jì)算討論 按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB381183》，起重機(jī)主梁跨中垂直靜撓度許用值滿足要求。 ANSYS 模態(tài)分析的過程由 4個(gè)主要步驟組成： （ 1） .建模。 建模 建模過程 主要在預(yù)處理器中進(jìn)行，包括定義單元類型，單元實(shí)常數(shù)，材料參數(shù)及幾何模型。 選擇分析類型和分析選項(xiàng) 這一 步要選擇模態(tài)分析類型、模態(tài)提取選項(xiàng)和模態(tài)擴(kuò)展選項(xiàng)等。單擊 OK按鈕即可。 評(píng)價(jià)結(jié)果 這一 步的操作主要在通用后處理中進(jìn)行。 起升機(jī)構(gòu) 對(duì)應(yīng) 2種轉(zhuǎn)速的頻率為 或 ，起升機(jī)構(gòu)的頻率較第二階相差較遠(yuǎn)，故滿足設(shè)計(jì)要求， 由于風(fēng)載的頻率在 0. 25 Hz 左右變化與第 一 階振型的頻率 相差很遠(yuǎn) , 可不考慮其對(duì)塔機(jī)的影響 。 = = 8 0 0 0 9 . 8 + 8 0 0 0 9 . 8 3 . 5 % = 8 1 1 4 4 NQqF P F? ? ? ? ?滑輪組及導(dǎo)向滑輪總效率 ? =? = P 最大起重量 Fq 釣鉤組重（由表 52） ? 滑輪組倍率 則 maxS =???QF= 811444 ?= N 計(jì)算鋼絲繩直徑： scd ?? ； （ 52） 式中： d 鋼絲繩最小直徑， mm； c 選擇系數(shù)（ Nmm ）、見表 22； maxS 鋼絲繩最大靜拉力 ,N。 （ 2）卷筒長(zhǎng)度及卷繞層數(shù)的確定 設(shè)定鋼絲繩全部卷入時(shí)需繞 3層，最大起升高度時(shí)繞入卷筒的繩長(zhǎng)； / 01 5 0 0 0 0 4 3 3 . 1 4 2 7 5 . 5L H Z D??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 54） = 式中： H起重機(jī)最大起升高度， mm； ? 滑輪組倍率； 0Z 附加安全系數(shù)，取 0 3Z? ； H其升級(jí)最大起升高度， mm； 1D 卷筒計(jì)算直徑（鋼絲繩截面中心距）。 高速起吊： 2 . 1 8 1 1 4 4 2 8 4 2 . 5 22 . 2 6 0 1 0 0 0 0 . 8 5jcP k W?? ? ??? 低速起吊： 2 . 1 8 1 1 4 4 2 0 3 0 . 3 72 . 2 6 0 1 0 0 0 0 . 8 5jcP k W?? ? ??? 故過載校驗(yàn)合格。 8 1 1 4 4 3 3 3 . 5 4 3 3 0 0 0 4 3 3 0 0 0 4 3 32 2 4 9 . 1 9 0 . 8 5mQj FDT N m m N m m N mi??? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 其中： QF 起升載荷； ?機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率； ? 滑輪組倍率； mD 卷筒計(jì)算直徑， dmDD m ????? )12( ； i 減速器傳動(dòng)比。 ? 滑輪組倍率； 1D 卷筒計(jì)算直徑， m, 1D D d??。 0 . 3 3 3 52 1 9 7 8 . 3 3 1 . 3 4 3 4 9 2 1 . 9 42M N m? ? ? ? ?阻 減速器輸出軸上的許用扭矩為： 4 3 3 9 . 1 9 0 . 8 5 1 9 8 9 . 6 3 5r iM T N m???? ? ? ? ? ?減許 用 最大許用尖鋒載荷： m a x 3 . 1 5 9 6 8 . 9M M N m? ? ? ?許 用 M阻 〈 maxM 表明滿足尖鋒載荷要求，故所選減速器合格。在設(shè)計(jì)的過程中，鍛煉了我們運(yùn)用所學(xué)軟件并進(jìn)行舉一反三解決實(shí)際問題的能力，使自己的能力得到進(jìn)一步的提升。 在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題。 總而言之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我 收獲很大，也是我走向工作崗位干好工作的一個(gè)良好的奠基 石。在論文結(jié)束之際，我謹(jǐn)向老師致以最衷心的感謝！ 經(jīng)過兩個(gè)多月的工作，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿畫上了句號(hào)。 參考文獻(xiàn) ［ 1］ 張宏梅編譯 .工程機(jī)械文摘集粹 [J]. 日本塔式起重機(jī)制造 ,20xx:4. ［ 2］ 成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,20xx. ［ 3］王凱輝，顧美麗等 .塔式起重機(jī)的事故分析及研究 [J].建筑機(jī)械 ,1999:4547. ［ 4］王贊芝 ,王國(guó)安 .塔機(jī)起重臂彎折事故分析 [J]. ［ 5］ 徐克晉 .金屬結(jié)構(gòu) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1982. ［ 6］王進(jìn) .基于有限元法的塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命研究 [J].建筑機(jī)械械 .20xx. ［ 7］孟憲頤 ,張 朋 . 李梅山 .在用塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)剩余壽命的估算 [J].建筑機(jī)械 .1998. ［ 8］張自力 ,李剛 .塔機(jī)水平臂折臂事故分析 [J].建筑機(jī)械 .(上半月刊 ). ［ 9］肖和云 ,孟 濱 .一起塔式起重機(jī)事故的原因分析 [J].起重運(yùn)輸機(jī)械 .20xx. ［ 10］于海峰 ,周永江 .風(fēng)雪中的輕鋼結(jié)構(gòu) [J].20xx 年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文 . ［ 11］廖希亮 ,陳清奎 .計(jì)算 機(jī)繪圖與三維造型 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 .20xx. ［ 12］《建筑起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)匯編 塔式起重機(jī)與施工升降機(jī)篇》 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 . . ［ 13］《中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》起重機(jī)械卷（上、中、下） [M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 .. ［ 14］ 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [S] .《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組 . ［ 15］ 《工程起重機(jī)》第二版 [M].高等學(xué)校工程機(jī)械專業(yè)教材 . ［ 16］ 陳瑋璋，顧迪民 .起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu) .人民：教徒出版社， 1986. ［ 17］ 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》修訂版 [S] .國(guó)防工業(yè)出 版社出版 . ［ 18］ 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 [S] .東北工學(xué)院 .《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組 . ［ 19］ 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 4 卷 [S] .機(jī)械工業(yè)出版社出版 . ［ 21］ 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1980. ［ 22］ 龔曙光主編 .《 ANSYS 工程應(yīng)用與實(shí)例解析》 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 . ［ 23］ 高秀 ,何永榮主編 .《建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用》 [M].北京：人民交通出版社 .. ［ 24］ 顧迪民主編 .《工程起重機(jī)》 [M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 .（第二版） . ［ 25］ 張質(zhì)文 ,虞和謙 ,王金諾等主編 .《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [M].北京：中國(guó)鐵道出版社 .. ［ 26］ 張質(zhì)文 .起重運(yùn)輸機(jī)械 .北京 :人民鐵道出版社 , 1985. ［ 27］《建筑起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)匯編 塔式起重機(jī)與施工升降機(jī)篇》 [S] .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 .. ［ 28］《建筑起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)匯編 綜合、建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)與履帶起重機(jī)篇》 [S] .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 .. ［ 29］ 胡宗武 ,徐履冰 ,石來德主編 . 《非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [S] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . ［ 30］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx. ［ 31］ Ansys, Analysis Guide Release Third Edition SAS,IP inc,1997. ［ 32］ Ansys, Thermal Analysis Release Third Edition SAS,IP inc,1997.