陳紹娟

（甘肅建投鋼結(jié)構(gòu)有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

塔式起重機(jī)主要就是負(fù)責(zé)建筑材料。物件以及裝配工具在豎向方向以及水平方向的運(yùn)輸，塔式起重機(jī)工作速度快，應(yīng)用范圍廣泛，其回轉(zhuǎn)半徑較大，具有安裝拆卸較為簡(jiǎn)單便捷的優(yōu)勢(shì)，是建筑行業(yè)中應(yīng)用的主要設(shè)備。加強(qiáng)對(duì)塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，分析設(shè)計(jì)參數(shù)信息，對(duì)于提升塔式起重機(jī)的性能指標(biāo)，節(jié)約成本有著重要的影響。

1 塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

通過對(duì)現(xiàn)有規(guī)范分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著塔式起重機(jī)的大型化、規(guī)范化發(fā)展，起重機(jī)的參數(shù)直接影響其工作的穩(wěn)定性，而加強(qiáng)對(duì)塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、了解參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，分析各個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算內(nèi)容，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)以及彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，通過三維建模軟件、有限元分析軟件作為研究工具，可以對(duì)塔身、起重臂等關(guān)鍵部位的動(dòng)態(tài)特征分析，了解其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。

1.1 組合壓桿臨界荷載公式

在進(jìn)行塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，組合壓桿臨界荷載是重要的參數(shù)信息。綜合彎矩、剪力對(duì)變形產(chǎn)生的影響，組合壓桿臨界荷載公式主要可以這樣表示

而分析公式則可以發(fā)現(xiàn)，臨界力參數(shù)Pc與Y0二者為反比關(guān)系，結(jié)構(gòu)偷渡越小，其剛度則就越大，臨界力也就相對(duì)越大。

1.2 腹桿布置形式對(duì)塔身承載能力參數(shù)的影響

塔式起重機(jī)是一種組合結(jié)構(gòu)，其臨界荷載受到腹桿的影響。在日常應(yīng)用的塔式起重機(jī)，因?yàn)樗砀箺U截面積以及主肢相比要小，其與主肢之間的鏈接為鉸接形式。通過對(duì)組合桿件中一個(gè)節(jié)間的分析，在兩端施加單位剪切力，對(duì)其進(jìn)行分析。

而通過分析則可以發(fā)現(xiàn)腹桿X型布置的結(jié)構(gòu)承載能力相對(duì)較好，其整體穩(wěn)定性較強(qiáng)，而基于安全的基礎(chǔ)之上，可以在根本上降低制造成本。塔身經(jīng)典結(jié)構(gòu)單位力圖如下，一次分別為1.2.3。

基于等穩(wěn)定性為條件分析用材狀況，為了保障結(jié)構(gòu)相同的單肢穩(wěn)定性以及整體的穩(wěn)定性，將各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的間距設(shè)置為L(zhǎng)，其柔度系數(shù)則為δ，則可以獲得結(jié)構(gòu)1的綴材的截面積為；結(jié)構(gòu)2的綴材的截面；而結(jié)構(gòu)1的綴材質(zhì)結(jié)構(gòu)2的綴材質(zhì)結(jié)構(gòu)3的綴材質(zhì)對(duì)此，可以證明，在相同單肢穩(wěn)定性以及整體穩(wěn)定性的狀況之下，應(yīng)用新型的結(jié)構(gòu)，其材料成本相對(duì)較低。

圖1 塔式起重機(jī)常用結(jié)構(gòu)形式

圖2 塔身經(jīng)典結(jié)構(gòu)單位力圖

2 參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 塔式起重機(jī)參數(shù)化建模方法

現(xiàn)階段，應(yīng)用較多的大型有限元分析軟件主要有ANSYS，ABAQUS，ADINA，MSC/NASTRAN，PRO/MECHANICA，ALGOR，MSC 等相關(guān)軟件，而通過不同的軟件處理相同的分析，其分析結(jié)果會(huì)存在一定的區(qū)別與問題。

臂架是塔式起重機(jī)中最為關(guān)鍵的結(jié)果，其自身重量可以影響塔式起重機(jī)的起吊重量以及塔式起重機(jī)的其他構(gòu)建的受力狀況，進(jìn)而影響了整機(jī)的承載能力。在保障塔式起重機(jī)的安全性以及承載能力的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)?shù)慕档捅奂茏灾貏t可以提升高塔式起重機(jī)整體經(jīng)濟(jì)性能以及高效性能。對(duì)此，要通過減輕臂架自重的方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化處理。

要基于多項(xiàng)約束條件基礎(chǔ)之上，通過數(shù)據(jù)算法確定目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解設(shè)計(jì)方法，而優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)可以在不同的方面對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。在現(xiàn)階段的發(fā)展中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提升處理質(zhì)量，而應(yīng)用有限元軟件ANSYS對(duì)塔式起重機(jī)臂架進(jìn)行優(yōu)化分析，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，可以處理臂架參數(shù)，確定應(yīng)力、尺寸以及重量等信息內(nèi)容。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型參量

設(shè)計(jì)變量：

在進(jìn)行程序編寫過程中要減少設(shè)計(jì)變量的應(yīng)用幾率，增加設(shè)計(jì)變量就會(huì)增加10%的計(jì)算時(shí)間。而數(shù)據(jù)算法中應(yīng)用設(shè)計(jì)變量就使得在局部收斂了優(yōu)化結(jié)果，沒有優(yōu)化整體收斂，甚至存在嚴(yán)重不收斂的問題。而在設(shè)計(jì)變較多，則可以通過相互關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行處理，通過對(duì)橫截面積、長(zhǎng)度、高度以及寬度以及坐標(biāo)的幾何量分析，也可以對(duì)慣性矩、力矩以及重量等進(jìn)行分析。

同時(shí)，要對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)變量提供最大數(shù)值以及最小數(shù)值。如果其范圍過大是不會(huì)獲得優(yōu)化的結(jié)果信息的，而如果范圍過小則就會(huì)錯(cuò)過其最佳方案。在實(shí)踐中，如果對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析，可以基于經(jīng)驗(yàn)對(duì)特定的參數(shù)進(jìn)行處理，將其設(shè)置為定制，而其他參數(shù)則均為基本參數(shù)信息，在軟件優(yōu)化中對(duì)其進(jìn)行反骨調(diào)整以及變化處理，參數(shù)處于持續(xù)的變化過程就是設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量可以氛圍離散變量以及持續(xù)變量?jī)煞N類型。而在實(shí)踐中比例較大的就是持續(xù)性的變量，可以通過一般的優(yōu)化方式進(jìn)行處理；第二，狀態(tài)變量。狀態(tài)變量就是在設(shè)計(jì)變量中的應(yīng)變量，其可以使物理學(xué)量?？梢允箲?yīng)力、應(yīng)變、面積以及體積等不同的幾何量，在實(shí)踐中無論任何變量都可以定義為狀態(tài)變量。第三，目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)設(shè)定就是系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容。在優(yōu)化處理中，如果有一個(gè)目標(biāo)函數(shù)則就是單目標(biāo)函數(shù)信息，而目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，要保障設(shè)計(jì)變量設(shè)置可以改變目標(biāo)函數(shù)數(shù)值參數(shù)信息。如果其目標(biāo)函數(shù)數(shù)量越多，其設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)則約為良好，綜合效果也更好，但是也意味著其復(fù)雜程度越高。第五，設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中的主要目標(biāo)就是為了滿足在約束條件之下目標(biāo)函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)最為理想的數(shù)值，如果其設(shè)計(jì)缺乏合理性，要對(duì)約束條件以及目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過在ANSYS中對(duì)其進(jìn)行分析，形成自動(dòng)生產(chǎn)的循環(huán)文件進(jìn)Jobname.Loop，并且在優(yōu)化計(jì)算機(jī)中保障其循環(huán)處理。第六，一次循環(huán)，循環(huán)一次就是對(duì)ANSYS模型進(jìn)行分析，在完成最后的分析參數(shù)。第七，優(yōu)化迭代，就是變化優(yōu)化順序，也就是產(chǎn)生全新的設(shè)計(jì)順序進(jìn)行分析循環(huán)，在常規(guī)狀況之下一次迭代就等同于一次循環(huán)應(yīng)用。

在進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)分析以及優(yōu)化過程中，基于塔式起重機(jī)臂架為基礎(chǔ)，在保障剛度參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、穩(wěn)定性參數(shù)以及尺寸參數(shù)與約束條件吻合，進(jìn)而減輕架質(zhì)量，可以在根本上節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。通過ANSYS的APDL程序進(jìn)行塔式起重機(jī)臂架參數(shù)模型的優(yōu)化分析，效果顯著，可以有效的減輕臂架重量的目標(biāo)，且穩(wěn)定性良好。在實(shí)踐中，談事起重機(jī)的臂架弦桿以及腹桿橫截面積會(huì)相對(duì)較少，這樣就會(huì)增加臂架應(yīng)力，而其材料則在應(yīng)力范圍中。APDL程序便于修改，在塔式起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)或析架結(jié)構(gòu)的的參數(shù)計(jì)算以及優(yōu)化中可以為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模型修改以及分析提供有效參考。

3 結(jié)束語

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)過程中，降低成本，提升質(zhì)量是企業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。塔式起重機(jī)屬于一種大噸位的塔機(jī)，施工高度高，塔身的成本在總體成本比例較大，通過塔身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以降低成本，而通過對(duì)塔式起重機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)分析與研究，對(duì)塔式起重機(jī)就寫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容的分析，了解了塔式起重機(jī)的信息參數(shù)，可以為相關(guān)研究提供參考。