王 波，韓 強(qiáng),尹 晨，宋峻嶺

（江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

塔機(jī)的強(qiáng)度和振動(dòng)頻率是影響塔機(jī)壽命和穩(wěn)定性的重要因素，因此對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)和振動(dòng)的研究是十分要必要的。本文基于C A E技術(shù)，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)塔式起重機(jī)QTZ25進(jìn)行建模，分析了三種加載在塔式起重機(jī)上的典型的工況，得出了塔式起重機(jī)在三種工況下的靜力學(xué)應(yīng)力和應(yīng)變?cè)茍D，找出塔式起重機(jī)各個(gè)工況下的危險(xiǎn)位置，為其塔機(jī)的改進(jìn)提供參考。提取出塔機(jī)的前5階振動(dòng)模態(tài)，為其他動(dòng)力學(xué)響應(yīng)提供研究依據(jù)。

1 塔機(jī)的靜力學(xué)分析

首先計(jì)算在載荷35m處的應(yīng)力應(yīng)變，重物等效為對(duì)稱施加在326和327兩節(jié)點(diǎn)上的垂直集中載荷。對(duì)QTZ25塔式起重機(jī)進(jìn)行求解計(jì)算，計(jì)算出塔式起重機(jī)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和單元的位移與應(yīng)力。通過(guò)ANSYS的后處理，能夠直觀地顯示出塔式起重機(jī)的應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D。

圖1 載荷施加在35 m處位移變形

圖2 載荷施加在35 m處應(yīng)力分布

由圖中可以觀察出，塔式起重機(jī)的最大應(yīng)變處發(fā)生在臂尖處。

起重機(jī)的最大應(yīng)力處為起重臂架和塔身的銜接處，最大的應(yīng)力173.569 MPa。起重臂從拉桿與起重臂的相接觸的地方至塔尖明顯有比較大的變化。機(jī)構(gòu)有向重物傾覆的趨勢(shì)，符合實(shí)際情況。

文章主要對(duì)比分析每種工況在不同位姿時(shí)所受的應(yīng)力以及位移的大小，具體數(shù)值如表1所示

表1 應(yīng)力以及位移t

由表1可得，最大應(yīng)力和最大應(yīng)變值隨著起重臂工作半徑的減少而下降?？梢灾雷钗ｋU(xiǎn)工況就是在臂尖處施加載荷為10000 N處的工況，此處的應(yīng)力和應(yīng)變均為最大，應(yīng)盡量避免起吊物長(zhǎng)時(shí)間停留于這個(gè)位置。

通過(guò)比較可得三種情況下應(yīng)力最大值為173.569MPa,塔式起重機(jī)的最大應(yīng)力值小于Q235C的最大應(yīng)力值175 MPa，滿足起重機(jī)的規(guī)范設(shè)計(jì)要求，但是需要注意的是最危險(xiǎn)工況很接近塔式起重機(jī)的許用最大應(yīng)力值，在塔式起重機(jī)工作時(shí)要引起注意。

由一系列變形圖可知塔式起重機(jī)發(fā)生的最大應(yīng)變?cè)谧畲笤诒奂馓?，與實(shí)際情況是相互吻合的。最大位移處始終在臂尖處，且鋼絲繩與上弦桿連接處為最大的變化率處，因而此處不僅需要很高的強(qiáng)度，也需要更好的韌性。

2 塔機(jī)的模態(tài)分析

在有限分析軟件ANSYS中，有限元分析程序一共提供了7種模態(tài)分析方法。對(duì)于多自由度系統(tǒng)，分塊Lanczos算法有求解精度好、計(jì)算效率高的特點(diǎn)，所以在塔式起重機(jī)有限元模型的模態(tài)分析過(guò)程中，采用分塊Lanczos法進(jìn)行具體求解。

可得到ANSYS前五階頻率：0.25096 E-3、0.57063 E-3、0.63343 E-3、0.16190 E-2、0.19324E-2.

對(duì)應(yīng)于5階模態(tài)的塔身起重臂的振動(dòng)變形分別為：第1階振型為起重臂左右擺動(dòng)，第2階振型為起重臂上翹，第3階振型為起重臂和平衡臂左右擺動(dòng)，第4階振型為起重臂上翹，第5階振型為起重臂扭轉(zhuǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可得到如下結(jié)論：QTZ25塔式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中：

（1）最危險(xiǎn)的工況一般比較靠近臂尖；

（2）塔機(jī)工作時(shí)上弦桿會(huì)受到比較大的應(yīng)力；

（3）最大位移處始終在臂尖處，且鋼絲繩與上弦桿連接處為最大的變化率處，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該加以注意；

（4）根據(jù)各階振型圖可知，塔式起重機(jī)的各階共振頻率均較低且相差不大，在使用過(guò)程中要注意避免吊繩的擺動(dòng)和載荷的施加與釋放等低頻源激擾。

[1]徐樹(shù)東.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)分析中有限元技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑機(jī)械化2006，(3):21-25.

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[3]胡留現(xiàn)，李一帆.塔式起重機(jī)靜力學(xué)及模態(tài)分析研究[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20(1):35-39.