歐笛聲 王雨時(shí)

（廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西，柳州 545006）

引言

隨著塔式起重機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，塔機(jī)正不斷向大型化發(fā)展，隨之而來(lái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題也越來(lái)越重要[1].塔機(jī)的骨架是金屬結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度決定著塔機(jī)工作的可靠性和安全性。因此準(zhǔn)確的模擬塔機(jī)結(jié)構(gòu)、典型運(yùn)行工況成為解決塔機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題的關(guān)鍵。本文以QTZ5613塔機(jī)為例建立了一種基于ANSYS的建模分析方法，以達(dá)到從設(shè)計(jì)階段找出塔機(jī)工作狀態(tài)的危險(xiǎn)部位及振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的目的，從而為塔機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算提供可靠數(shù)據(jù)和支持。

1. 塔機(jī)有限元模型建立

1.1 單元類型的選擇

塔式起重機(jī)為空間實(shí)體結(jié)構(gòu)，采用BEAM188單元因?yàn)锽EAM188能夠采用SECTYPE,SECDATA來(lái)定義任何截面形狀。可以較好地再現(xiàn)角鋼組合、方鋼、角鋼等實(shí)際形狀，使計(jì)算更符合實(shí)際。因此塔身、平衡臂、重臂、塔頂主要桿件選擇BEAM188梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模。拉桿選擇LINK180單元，因?yàn)榇藛卧怯兄鴱V泛工程應(yīng)用的桿單元，它可以用來(lái)模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等等。這種三維桿單元是桿軸方向的拉壓?jiǎn)卧?，就像鉸接結(jié)構(gòu)一樣，本單元不承受彎矩。

1.2 塔式起重機(jī)整體建模

1 ）首先,塔機(jī)模型應(yīng)與實(shí)際形狀保持幾何上的相同，對(duì)研究問(wèn)題影響不大的局部結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)簡(jiǎn)化。塔機(jī)計(jì)算主要使用梁?jiǎn)卧?、桿單元以及板殼單元來(lái)進(jìn)行有限元模擬。對(duì)塔機(jī)進(jìn)行整體分析時(shí)，可以將回轉(zhuǎn)支撐等實(shí)體結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧獊?lái)進(jìn)行模擬，使塔機(jī)整體結(jié)構(gòu)中只包含梁?jiǎn)卧?，這樣可以避免具有不同自由度的梁?jiǎn)卧桶鍤卧倪B接問(wèn)題出現(xiàn)。

2 ）設(shè)置截面：塔身外立柱采用角鋼160×160×14、斜支撐采用角鋼尺寸135×135×12×8、塔臂弦桿采用角鋼尺寸135×135×12、塔臂內(nèi)立柱及側(cè)面桿鋼管Φ50×8，R1=17mm，

R0=25mm、拉桿材料為48號(hào)圓鋼橫截面積為1810mm2、平衡臂部分的剛性梁，方鋼300×200

用ANSYS建立整體模型如圖1

圖1 塔機(jī)有限元模型The finite element model of tower

2.施加載荷

2.1 自重載荷

基本載荷是正常工作時(shí)始終或經(jīng)常作用在塔式起重機(jī)上的載荷，包括自重載荷、起升載荷和風(fēng)載荷。

a. 自重載荷指除起升載荷外起重機(jī)各部分的總重量。它包括結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、電器設(shè)備、以及附設(shè)在起重機(jī)上的存?zhèn)}等的重力。

b. 當(dāng)從地面提升起升質(zhì)量時(shí)，塔式起重機(jī)受到的振動(dòng)激勵(lì)以起升沖擊系數(shù) 乘以自重載荷Fg加以考慮。

QTZ5613塔機(jī)起重特性曲線如圖2所示

圖 2 塔機(jī)起重特性曲線Tower crane hoisting characteristic curve

3. 結(jié)果與分析

由于塔機(jī)的水平位移主要是由自重載荷及風(fēng)載荷引起的，風(fēng)載荷計(jì)算公式

其中 ---風(fēng)力系數(shù)， ---風(fēng)壓工作狀態(tài)時(shí)取250pa，A---迎風(fēng)面積

根據(jù)計(jì)算公式可以求出各工況下的總載荷然后再用ANSYS軟件分析出各種工況下塔身的水平位移 ,根據(jù)塔機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范， ＜1.34H/1 00=1.34×42000/100=568.2mm，所以該塔機(jī)設(shè)計(jì)符合要求。

4.結(jié)論

本文通過(guò)ANSYS對(duì)塔式起重機(jī)進(jìn)行建模與應(yīng)力和剛度分析，找出了塔機(jī)危險(xiǎn)工況下最大應(yīng)力點(diǎn)的位置，驗(yàn)證了塔機(jī)的靜剛度滿足安全要求，對(duì)塔式起重機(jī)在各種工況中的位移、應(yīng)力的研究可以為塔機(jī)的預(yù)警技術(shù)中安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇提供一個(gè)模型上的支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB/T 13752—92，塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[2]李斌. 塔式起重機(jī)起重特性分析.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1991.