机械设计制造及自动化毕业设计设计-2.6万字塔式起重机的结构的有限元分析.docx

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1、毕业论文题目：塔式起重机的结构的有限元分析专业：机械设计制造及自动化摘要：塔式起重机是现代工程建设中一种主要的起重机械，广泛应用于工业、以及桥梁等工程的施工作业。其桁架结构由于杆件较多，采用传统计算方法繁琐，而且精度难以保证。根据塔式起重机的实际结构,利用ANSYS对其整体结构进行建模和分析。在建模过程，对塔式起重机结构的简化、单元的选择、载荷的施加等进行探讨和分析,并在此基础上进行静态有限元分析,其结果对塔式起重机的后续分析有重要意义。关健词：塔式起重机；静态分析；有限元分析StaticfiniteelementanalysisofwholestructureoftowercraneABST

2、RACT:Towercranesarethemodernconstructioncraneinamajor,widelyusedinindustry,andbridgeconstructionworkandotherprojects.Trussrodbecauseofitsmorecomplicatedbythetraditionalmethod,butaccuracyisnotguaranteed.Accordingtotheactualstructureoftowercranes,usingANSYSmodelinganditsanalysisoftheoverallstructure.I

3、nthemodelingprocess,simplifythestructureoftowercranes,unitselection,loadapplied,etc.discussedandanalyzed,andonthisbasis,thestaticfiniteelementanalysis,theresultsofthefollow-upanalysisofthetowercraneisimportant.KEYWORDS:towercrane;staticanalysis;finiteelement；目录1前言11本次毕业设计课题的来源、意义11.2本课题的国内外动态11.3本设计

4、的主要内容内容22塔式起重机的简介32. 1塔式起重机的产生历史及特点32. 2塔式起重机的分类及构成42. 3塔式起重机的发展状况41. 4塔式起重机的发展趋势53有限元法及有限元软件ANSYS62. 1LJ的本63.L1有限元法的发展历史63.1.2有限元法的计算思路63. 1.3有限元法的优越性与局限性73.2国内外有限元软件发展概况83.2.2我国有限元软件的发展情况93.3大型有限元软件ANSYS概述93.3.1ANSYS软件的介绍103.2.2ANSYS主要技术特点11113.3.3应用领域3.3.4ANSYS软件的分析过程113.4ANSYS参数化语言APDL133.4.1APD

5、L简介133.4.2APDL功能描述134QTZ40型塔式起重机静态分析154.1QTZ40型塔式起重机的主要参数15411帮生154.2QTZ40塔式起重机结构的有限元分析过程154.2.1在前处理器中建立有限元分析模型164.2.1.1塔机结构分析的简化164.2.1.2选择单元类型164.2.1.3建立几何模型164.2.2施加载荷和约束184.2.3在通用后处理器中进行结果分析194.2.3.1194.2.3.2刚度分析205小结22参考文献23致谢24外文翻译251. 1本次毕业设计课题的来源、意义随着国民经济和现代化建设的不断发展，高层建筑越来越多，建筑高度也越来越大，使得塔式起重

6、机成为不可缺少的重要施工机械。塔式起重机作为各种工程广泛应用的重要起重设备，其计算方法和分析手段同样是不容忽视的。但传统计算方法由于受限于理论和手段的匮乏，相对简化过大，计算结果精度较差等一系列弊病的存在，为了改进这些问题，目前基本采用基于有限元软件作为平台，用有限元法做为计算手段。这些应用软件包括：ANYSYSsALGOR、MSC/NASTRAN等，对塔式起重机的设计起到积极的作用。现代工业建设的迅速发展和市场竞争的加剧，要求塔机的起重力矩不断增大、工作速度不断提高，起升高度不断加大，同时又要求机械结构尽量轻，尽量降低加工制造成本，所以对塔机进行局部分析和静强度分析己经不能满足塔式起重机设计

7、和使用的要求。近几年，国内外学者应用有限元软件对塔式起重机的重要组成部分进行了各种分析，如起重臂危险点的确定及稳定性的分析，平衡臂的静态分析及模态分析，回转台的计算和分析，塔机臂架销轴连接进行有限元分析，十字底架的受力分析等等，这些分析使得塔式起重机使用起来更加高效，更加安全。塔式起重机是一种短周期循环工作的机械,它的性能如何取决于整机的性能,所以仅仅对局部构件进行分析是不够的,但因为塔式起重机结构复杂，工况多样，所以现阶段对塔机进行整机结构分析大多停留在静态分析阶段。随着现代科学技术和现代机械设计方法的迅速发展，机械产品的设计和生产己经进入一个崭新的阶段，主要表现为从局部环节设计到系统综合设

8、计，从常规设计到可靠性设计，从简单类比设计到计算机优化设计，从静态设计到动态设计。而静态设计为结构设计提供科学的依据。本论文针对塔式起重机桁架结构进行静力学分析，计算各工况下的机构的强度、刚度和稳定性。找出一种实用的计算方法，为结构设计提供依据。1.2 本课题的国内外动态从20世纪70年代末，80年代初开始，国内开始采用有限元方法对起重机械进行研究，国外对这方面的研究更早。其中对塔机各部分进行了大量的研究,例如,对塔机起重臂进行了有限元模态分析及动态分析,对塔机臂架销轴连接进行有限元分析,对塔机进行动态响应和测试,利用Algorfeas软件对塔机结构进行动态分析,对塔机十字型底架的受力计算,对

9、塔机回转平台的有限元分析等。目前对塔机各部件都有研究,但对塔机整体结构的研究还停留在静态分阶段。所以塔机整机在复杂工况下仍然常常发生事故，对塔机进行整机动态分析是研究领域一种趋势。1.3 本设计的主要内容内容QTZ40型塔式起重机全部采用空间桁架结构，由于杆件多，机构相对复杂采用传统计算方法繁琐，而且精度难以保证，为了尽量克服这些缺点，保证结构安全，所以选用有限元分析软件ANSYS对其进行以下分析。(1)对塔式起重机金属结构进行几何建模，建立有限元模型(2)进行有限元强度和刚度的静力分析，生成应力、应变云图。2塔式起重机的简介2.1塔式起重机的产生历史及特点塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于

10、西欧。据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于1900年。1905年出现了塔身固定的装有臂架的起重机，1923年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。1930年当时德国已开始批量生产塔机，并用于建筑施工。1941年，有关塔机的德国工业标准DIN8770公布。该标准规定以吊载(t)和幅度(m)的乘积(tm)一起以重力矩表示塔机的起重能力。我国的塔机行业于20世纪50年代开始起步,相对于中西欧国家由于建筑业疲软造成的塔机业的不景气，上海波赫驱动系统有限公司我国的塔机业正处于一个迅速的发展时期。从塔机的技术发展方面来看，虽然新的产品层出不穷，新产品在生产效能、操作简便、保养容易和

11、运行可靠方面均有提高，但是塔机的技术并无根本性的改变。塔机的研究正向着组合式发展。所谓的组合式，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔身分解成若干部分，并依据系列化和通用化要求，遵循模数制原理再将各部分划分成若干模块。根据参数要求，选用适当模块分别组成具有不同技术性能特征的塔机，以满足施工的具体需求。推行组合式的塔机有助于加快塔机产品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。其中前者的承载力要高于后者，在许多的施工现场我们所见到的就是上回转式上顶升加节接高的塔机。按能否移动又分为：走行式和固定式。固定式塔机塔身固定不转，安装在整块混凝土基础上

12、，或装设在条形式X形混凝土基础上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。如图2.1示：图2.1固定式塔式起重机2. 2塔式起重机的分类及构成按有无行走机构可分为移动式塔式起重机和固定式塔式起重机。移动式塔式起重机塔身固定于行走底架上，可在专设的轨道上运行，稳定性好，能带负荷行走，工作效率高，因而广泛应用于建筑安装工程。固定式塔式起重机根据装设位置的不同，又分为附着自升式和内爬式两种。内爬式起重机在建筑物内部（电梯井、楼梯间），借助一套托架和提升系统进行爬升，顶升较繁琐，但占用结构用钢少，不需要装设基础，全部自重及载荷均由建筑物承受。附着自升塔式起重机能随建筑物升高而升高，适用于高层建筑，建筑结构

13、仅承受由起重机传来的水平载荷，附着方便，但占用结构用钢多。按起重臂的构造特点可分为俯仰变幅起重臂和小车变幅起重臂塔式起重机。俯仰变幅起重臂塔式起重机是靠起重臂升降来实现变幅的，其优点是：能充分发挥起重臂的有效高度，机构简单，缺点是最小幅度被限制在最大幅度的30%左右，不能完全靠近塔身，变幅时负荷随起重臂一起升降，不能带负荷变幅。小车变幅起重臂塔式起重机是靠水平起重臂轨道上安装的小车行走实现变幅的，其优点是：变幅范围大，载重小车可驶近塔身，能带负荷变幅，缺点是：起重臂受力情况复杂，对结构要求高。按塔身结构回转方式可分为下回转和上回转塔式起重机。下回转塔式起重机将回转支承、平衡重主要机构等均设置在

14、下端，其优点是：塔身所受弯矩较少，重心低，稳定性好，安装维修方便，缺点是对回转支承要求较高，安装高度受到限制。上回转塔式起重机将回转支承，平衡重，主要机构均设置在上端，其优点是由于塔身不回转,可简化塔身下部结构、顶升加节方便。缺点是：当建筑物超过塔身高度时.，由于平衡臂的影响，限制起重机的回转，同时重心较高，风压增大，压重增加，使整机总重量增加。以上塔式起重机各有优缺点，但目前使用范围最广泛，构造较为典型的仍然是平臂上回转自升式塔式起重机。本论文所要研究的正是此类起重机的一种，既QTZ40型平臂上回转自升式塔式起重机。塔式起重机主要由机械部分、金属结构和电气三大部分所组成。机械部分是指起升、运

15、行、变幅和回转等机构；电气是起重机械动作的能源，各机构都是单独驱动的。金属结构是构成起重机械的躯体，是安装各机构和支托它们全部重量的主体部分。2. 3塔式起重机的发展状况自上世纪80年代以来，我国塔机行业得到快速发展，尤其近几年，塔机销量持续攀高,2001年行业统计销量9738台,2002年成为世界上首个塔机年产量突破10000台的国家。2004年，由于宏观调控作用以及起重机行业的结构调整，塔机的产销量有所回落，2005、2006年，在经济高速增长的强力拉动下，我国塔机的产销恢复高速增长，2006年销量已超过2万台。由于行业管理及统计的局限性，塔机产销量历来是一个大家都想知道而谁也说不清的数字，因为行业统计只统计了二三十家生产企业的销量，全行业销量肯定远远超过统计数字，本文根据调查的部分业内专家给出了估计数字，见表1.1。勿庸置疑，我国已成为世界民用塔机的生产大国，也是世界塔机主要需求市场之一。据初步统计，目前我国取得生产许可证的塔机生产厂达40余家。表Ll国内塔机产量统计50年代60年代70年代80年代90年代20012006年产量（台）7