【正文】 .................................................... 87 附錄 ............................................................................................................................ 89 附錄一 QTZ125 塔式起重機(jī)臂架優(yōu)化設(shè)計(jì)命令流 ........................................... 89 附錄二 QTZ125 塔式起重機(jī)臂架瞬態(tài)響應(yīng)分析命令流 ................................... 89 致謝 ............................................................................................................................ 90 第 1 頁(yè) 1 緒論 本課題提出的背景 塔式起重機(jī)俗稱塔機(jī)，也 稱為 塔吊。由于塔機(jī)能夠接近建筑物，其幅度利用率可覆蓋整體幅度的約 80%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型的起重機(jī)械。使用塔機(jī)能夠提高施工效率、縮短施工時(shí)間、降低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。 因?yàn)樗C(jī)在建筑工業(yè)中使用頻繁，且工作強(qiáng)度大，所以塔機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及使用的安全性顯得尤為重要。 目前關(guān)于塔機(jī)的傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究甚少。其設(shè)計(jì)變量為 上下弦桿的壁厚或內(nèi)圓半徑 ，約束條件為弦桿和腹桿的計(jì)算應(yīng)力以及拉桿的計(jì)算應(yīng)力不能大于許用值。這種方法存在計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、計(jì)算結(jié)果精度差、可視化效果不理想等缺點(diǎn)。規(guī)范中針對(duì)起吊、卸載等沖擊載荷，是將吊重載荷乘以一載荷系數(shù)模擬沖擊，按照靜力學(xué)方法計(jì)算塔機(jī)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，該方法不能體現(xiàn)塔機(jī)在動(dòng)態(tài)工況中應(yīng)力與位移的時(shí)間歷程相應(yīng)情況。又如在塔機(jī)變幅操作中，在起重臂上平移的吊重是一種位置變化載荷，而在小車制動(dòng)時(shí)，吊重則作為一種方向的變化載荷，他們對(duì)塔機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響也值得考慮。 ANSYS 是目前應(yīng)用最 第 2 頁(yè) 為廣泛的一種有限元分析軟件，具有結(jié)構(gòu)、熱能、流體等多種分析功能。 本課題的主要內(nèi)容 本課題以某塔機(jī)制造商生產(chǎn)的 QTZ125 型塔式起重機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作。 對(duì)塔機(jī)臂架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)塔機(jī)臂架進(jìn)行靜力學(xué)分析 研究 QTZ125 塔機(jī)臂架所受的主要載荷，以某一危險(xiǎn)工況為研究，繪制塔機(jī)臂架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移云圖，并討論分析結(jié)果，掌握塔機(jī)在靜態(tài)載荷影響下的表現(xiàn)特征。 本課題的研究意義 本文采用 ANSYS 建立了塔機(jī)臂架模型。 根據(jù)塔機(jī)的技術(shù)性能和工作性能要求，提出了臂架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的策略，以及典型工況下臂架及拉桿結(jié)構(gòu)最輕的優(yōu)化目標(biāo)，建立了臂架的優(yōu)化模型。 在模型的基礎(chǔ)上對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行有限元分析，對(duì)塔機(jī)在變幅工況載荷作用下的應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)圖像化顯示，可以明確結(jié)構(gòu) 的應(yīng)力集中區(qū)域與位移情況。 第 3 頁(yè) 2 QTZ125 塔式起重機(jī) QTZ125 塔式起重機(jī)主要參數(shù) 塔機(jī)型號(hào)： QTZ125 (HX6014) 公稱起重力矩： 1250KN 第 4 頁(yè) 主要技術(shù)性能表 名 稱 單 位 參 數(shù) QTZ125 公稱起重力矩 KN m 95 回轉(zhuǎn)速度 r/min 頂升速度 m/min 變幅機(jī)構(gòu) 電機(jī)型號(hào) YZTDE180L4/8/24 電機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 1360/690/190 變幅速度 m/min 60/30/ 電機(jī)功率 kW 頂升機(jī)構(gòu) 電機(jī)型號(hào) Y132M4 電機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 1440 頂升速度 m/min 功率 kW 額定工作壓力 MPa 25 平衡重 m 60 55 50 45 40 t 第 5 頁(yè) 主要配套件性能表 名稱 參數(shù) QTZ63 起升機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YZTD225M24/8/32 功率 kW 24/24/ 轉(zhuǎn)速 r/min 1440/700/140 減速機(jī) 型號(hào) JD63A 減速比 制動(dòng)器 型號(hào) YWZ315/50 制動(dòng)力矩 630 液壓推動(dòng)器 YT150 鋼絲繩 4V 39S131770 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YZR132M16 功率 KW 2 轉(zhuǎn)速 r/min 908 行星減速機(jī) 型號(hào) XX4100 減速比 制動(dòng)器 常開(kāi)式干式電磁制動(dòng)器 回轉(zhuǎn)支承 m=10 變幅機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YDEJ132S8/4 功率 KW 轉(zhuǎn)速 r/min 720/1440 減速機(jī) 型號(hào) 減速比 43 鋼絲繩 6 右交 頂升機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) Y132S4 B5 功率 KW 轉(zhuǎn)速 r/min 1440 液壓缸 型號(hào) HSGK160/110 活塞行程 mm 1320 額定壓力 MPa 20 第 6 頁(yè) 主要金屬結(jié)構(gòu)件簡(jiǎn)述表 名稱 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 主要材料規(guī)格 備注 標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢為角鋼扣方 形心尺寸： 1850 1850 總高：2800 起重臂 上弦桿采用實(shí)心圓鋼下弦桿采用角鋼扣方 由圓鋼、角鋼、鋼管組焊成的空間桁架結(jié)構(gòu)共 9 節(jié)組成，可以根據(jù)不同需要變換臂長(zhǎng) 平衡臂 主弦桿采用Ｈ型鋼 由 H 鋼、角鋼組焊成 ,共２節(jié) 上、下轉(zhuǎn)臺(tái) 鋼板 由 各種規(guī)格鋼板焊接而成箱形結(jié) 構(gòu) 套架 主弦桿：角鋼扣方 空間框架結(jié)構(gòu)，用于頂升 本章小結(jié) 本章 簡(jiǎn)要分析了 QTZ125 塔式起重機(jī)的工作特點(diǎn)、主要性能參數(shù)、主要配套件參數(shù)及其金屬結(jié)構(gòu)形式，為下一章塔式起重機(jī)臂架模型的建立及其后續(xù)章節(jié)中的分析提供了基礎(chǔ)。 （ 2）變幅小車及吊重可以通過(guò)集中力的形式加載到下弦桿上。 （ 4）吊臂自重通過(guò)慣性力施加。 （ 5）劃分網(wǎng)格時(shí)須注意，拉桿采用 LINE8 單元，其只能承受拉力，所以劃分網(wǎng)格時(shí)，一個(gè)單元只能劃分一段。 （ 6）在臂節(jié)連接處，實(shí)際是使用銷軸連接，在模型中進(jìn)行耦合來(lái)模擬銷軸連接。在建模前要對(duì)吊臂的形狀有一個(gè)全面的了解，然后列出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。 節(jié)點(diǎn)編號(hào)及坐標(biāo)位置（ mm） 第一節(jié)（ 10000mm） 關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) X Y Z 1 0 0 1163 2 0 0 0 3 625 1100 4 1250 0 1163 5 1250 0 0 6 1875 1100 7 2500 0 1163 8 2500 0 0 9 3125 1100 10 3750 0 1163 11 3750 0 0 12 4375 1100 第 8 頁(yè) 13 5000 0 1163 14 5000 0 0 15 5625 1100 16 6250 0 1163 17 6250 0 0 18 6875 1100 19 7500 0 1163 20 7500 0 0 21 8125 1100 22 8750 0 1163 23 8750 0 0 24 9375 1100 25 10000 0 1163 26 10000 0 0 27 10000 1100 第二節(jié)（ 10000mm） 28 10000 0 1163 29 10000 0 0 30 10000 1100 31 10625 1100 32 11250 0 1163 33 11250 0 0 34 11875 1100 35 12500 0 1163 36 12500 0 0 37 13125 1100 38 13750 0 1163 39 13750 0 0 40 14375 1100 41 15000 0 1163 42 15000 0 0 43 15625 1100 44 16250 0 1163 45 16250 0 0 46 16875 1100 47 17500 0 1163 48 17500 0 0 49 18125 1100 50 18750 0 1163 第 9 頁(yè) 51 18750 0 0 52 19375 1100 53 20210 0 1163 54 20210 0 0 55 20210 1100 第三節(jié)（ 10000mm） 56 20210 0 1163 57 20210 0 0 58 20210 1100 59 20625 1100 60 21250 0 1163 61 21250 0 0 62 21875 1100 63 22500 0 1163 64 22500 0 0 65 23125 1100 66 23750 0 1163 67 23750 0 0 68 24375 1100 69 25000 0 1163 70 25000 0 0 71 25625 1100 72 26250 0 1163 73 26250 0 0 74 26875 1100 75 27500 0 1163 76 27500 0 0 77 28125 1100 78 28750 0 1163 79 28750 0 0 80 29375 1100 81 30000 0 1163 82 30000 0 0 83 30000 1100 第四節(jié)（ 10000mm） 84 30000 0 1163 85 30000 0 0 86 30000 1100 87 30625 1100 第 10 頁(yè) 88 31250 0 1163 89 31250 0 0 90 31875 1100 91 32500 0 1163 92 32500 0 0 93 33125 1100 94 33750 0 1163 95 33750 0 0 96 34375 1100 97 35000 0 1163 98 35000 0 0 99 35625 1100 100 36250 0 1163 101 36250 0 0 102 36875 1100 103 37500 0 1163 104 37500 0 0 105 38125 1100 106 38750 0 1163 107 38750 0 0 108 39375 1100 109 40000 0 1163 110 40000 0 0 111 40000 1100 第五節(jié)（ 5000mm） 112 40000 0 1163 113 40000 0 0 114 40000 1100 115 40625 1100 116 41250 0 1163 117 41250 0 0 118 41875 1100 119 42500 0 1163 120 42500 0 0 121 43125 1100 122 43750 0 1163 123 43750 0 0 124 44375 1100 125 45000 0 1163