平头塔式起重机起重臂结构强度计算的研究

【摘要】塔式起重机是工程建设中用到的一种重要机械装备，目前广泛用于民建、桥梁、电力、大型钢结构等项目的施工。其中，平头塔式起重机以其安装拆卸方便、工作适用性强、结构可靠性高的特点，被认为是未来塔式起重机的发展方向。起重臂的设计计算是起重机产品设计的起点，其水平的高低直接影响到整机的性能，是整个塔机开发过程中关键环节。平头塔式起重机的起重臂为多次变截面桁架式悬臂结构，具有工况多、载荷复杂的特点。因此，本文以某平头塔式起重机的起重臂为对象，分析研究了理论力学法和有限元法对其结构强度的计算结果。首先，根据平头塔机起重臂结构的特点，建立力学模型，通过理论力学的解析算法，分析推导出起重臂各主弦和腹杆的强度计算公式，并根据最不利工况的原则，得出了主弦和腹杆处于最危险状态的工作状况；然后运用Excel软件编写计算书；再通过ANSYS有限元仿真软件对起重臂主弦和腹杆的最不利载荷组合进行了仿真模拟，得到了该机型起重臂的应力分布状况以及静刚度；最后通过结构应力测试试验，对计算的结果进行了验证。通过理论力学法与有限元法计算结果的对比分析，证实了理论力学法以及基于其设计的Excel计算表在计算大部分结构强度上的实用性，和其在计算起重臂变形上的不足；有限元法在变形计算上的高效准确，但在计算腹杆强度上存在较大缺陷。因此，本文提出了现阶段适合于平头塔机起重臂结构强度计算的方法：先进行基于理论力学方法的Excel表计算，再用有限元分析软件校核和补充计算结果。实践证明，该方法能高效准确的完成起重臂结构的计算，比单纯利用理论力学或有限元法的结果更完备。本文的研究工作对塔式起重机起重臂的计算起到了积极的总结和推动作用，为后续将有限元法引入到起重臂乃至整机设计中做了前期初步探索，具有相当的理论意义和实用价值。
【作者】刘毅；
【导师】李国发；蒋孝德；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】塔式起重机；起重臂；强度；理论力学法；有限元法；

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