塔式起重機起重臂臂尖撓度計算分析

摘 要:以某型塔機結構變形分析為基礎，研究塔身、上下支座、起重臂等的變形對起重臂臂尖撓度的貢獻量，並以此為指導提出降低起重臂臂尖撓度的措施。

　　關鍵詞：撓度、貢獻量

　塔ta機ji工gong作zuo過guo程cheng中zhong起qi重zhong臂bi臂bi尖jian撓nao度du過guo大da，會hui影ying響xiang牽qian引yin小xiao車che工gong作zuo性xing能neng

，因yin此ci在zai塔ta機ji設she計ji中zhong
，必bi須xu合he理li控kong製zhi塔ta機ji各ge部bu分fen的de剛gang度du，使shi起qi重zhong臂bi臂bi尖jian撓nao度du在zai一yi定ding的de範fan圍wei內nei

；danshiyouyuqizhongbibijiannaodushitajizhengjibianxingdezonghejieguo，ertajigebufenjiegouxingzhuanghelianjiexingshihenfuza
，suoshouzaiheyehenfuza，bukenengjinxingshougongfenxihejisuan。benxiangmuliyongI- DEASruanjianweiyanjiupingtai，yigongsiyilitademouxingshiyantajijinglijiegoufenxiweijichu，jianliletajizhengjiyouxianyuanmoxing，duigaitashiqizhongjiqizhongbibijiannaodujinxinglejisuan
，yanjiushang
、下支座變形
、塔ta身shen變bian形xing以yi及ji起qi重zhong臂bi變bian形xing對dui起qi重zhong臂bi臂bi尖jian撓nao度du的de貢gong獻xian量liang，並bing從cong實shi驗yan上shang對dui有you限xian元yuan計ji算suan結jie果guo的de正zheng確que性xing進jin行xing了le驗yan證zheng

，在zai此ci基ji礎chu上shang
，分fen析xi了le影ying響xiang起qi重zhong臂bi臂bi尖jian撓nao度du的de各ge個ge主zhu要yao因yin素su，提ti出chu了le控kong製zhi起qi重zhong臂bi臂bi尖jian撓nao度du的de措cuo施shi。

　　2 建立塔機的有限元模型

　　2.1 物理模型的組成

　為了便於建立試驗塔機的有限元模型，將其物理模型簡化為主要由：起重臂
、塔頂、平衡臂、起重臂拉杆、平衡臂拉杆
、回轉塔身、上支座和下支座、以及塔身（包括8個塔身節）組成
，該型塔機塔身節有三種，設代號分別為A
、B和C，A型為加強塔身節弦杆規格為□135×135×12
，內加16mm加強板，B型塔身節弦杆規格為□135×135×12
，C型塔身節弦杆規格為□135×1355×10，該塔機塔身節由B和C兩種型號組成，由下至上布置形式為4 (B) 3(C) 1(B)

；而由於其它機構的變形對起重臂臂尖撓度的貢獻量很小，所以不予考慮。

　　2.2 模型的網格劃分

　　由(you)於(yu)塔(ta)機(ji)整(zheng)機(ji)部(bu)件(jian)較(jiao)多(duo)
，各(ge)部(bu)分(fen)結(jie)構(gou)也(ye)相(xiang)差(cha)較(jiao)大(da)，為(wei)了(le)便(bian)於(yu)有(you)限(xian)元(yuan)模(mo)型(xing)網(wang)格(ge)的(de)劃(hua)分(fen)和(he)模(mo)型(xing)的(de)修(xiu)改(gai)，這(zhe)裏(li)采(cai)用(yong)裝(zhuang)配(pei)有(you)限(xian)元(yuan)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)建(jian)立(li)塔(ta)機(ji)整(zheng)機(ji)有(you)限(xian)元(yuan)模(mo)型(xing)。

　塔機結構絕大部分為杆係結構，可選杆單元和梁單元。腹杆用杆單元也更適合手工計算的習慣
，因此塔機的杆係結構采用梁－杆混合單元模型，即主弦杆－梁單元，腹杆－杆單元。如起重臂、塔頂、回轉塔身和塔身節均采用梁－杆(gan)混(hun)合(he)單(dan)元(yuan)模(mo)型(xing)，平(ping)衡(heng)臂(bi)拉(la)杆(gan)和(he)起(qi)重(zhong)臂(bi)拉(la)杆(gan)
，每(mei)根(gen)拉(la)杆(gan)用(yong)一(yi)個(ge)杆(gan)單(dan)元(yuan)表(biao)示(shi)
，而(er)平(ping)衡(heng)臂(bi)的(de)變(bian)形(xing)對(dui)起(qi)重(zhong)臂(bi)臂(bi)尖(jian)撓(nao)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)很(hen)小(xiao)
，因(yin)此(ci)把(ba)其(qi)簡(jian)化(hua)為(wei)剛(gang)性(xing)杆(gan)單(dan)元(yuan)。

　　上
、下支座是典型的薄板結構，因此把上、xiazhizuohuafenweikedanyuan。duigebujiandeyouxianyuandanyuanzhijianjinxinglianjie，shangzhizuohexiazhizuozhijiancaiyonggangxingdanyuanjinxinglianjie
，erduibutongleixingdanyuanzhijian，zecaiyonggangxingdanyuanjinxinglianjie
；對起重臂臂根和平衡臂臂根的梁單元進行端點釋放
；並調整殼單元的法向；最後進行單元質量檢查。生成塔機整機有限元網格
，見圖1。

　　2.3 邊界條件

　 本項目的邊界條件的定義是基於有限單元的，它包括約束集和載荷集。

　　(1)約束集
　　把最下麵塔身節的4個主弦下端固支。

　　(2)載荷集
　本項目是研究塔機在吊重的靜力作用下起重臂臂尖的撓度，因此必須計算塔機在不吊重、吊重兩種載荷集下的變形位置，再從塔機的這兩種變形位置求得塔機在吊重作用下的變形量。塔機在這兩種載荷集下均不考慮風載

、動載係數和各種慣性力的影響，這裏的載荷就隻考慮自重和吊重的作用
，對於起重臂、塔頂、平衡臂、起重臂拉杆
、平衡臂拉杆、回轉塔身、上支座和下支座、以及塔身的自重用重力加速度加載在各個單元上
；而對其它機構的重量則簡化為集中載荷作用在物理模型的相應位置生成塔機有限元模型見圖1。

　　不吊重(LOAD SET1)：指塔機上的小車置於臂尖處
，吊重為零。

　　吊重(LOAD SET2)：指塔機上的小車在臂尖處吊重1.3t，其它載荷與不吊重相同。

　　參考坐標係定義為：X軸沿起重臂方向向右

，且與起重臂下弦杆上表麵重合
，Z軸沿塔身豎直向上，坐標原點位於塔身的中心線上。

　　3 計算和試驗結果分析

　　對以上塔機有限元模型進行計算，得到整個塔機起重臂臂尖垂直撓度和塔機各部分對起重臂臂尖垂直撓度的貢獻量（表2）。在相同的條件下對塔機進行試驗測試
，運用經緯儀測得起重臂臂尖撓度、和塔機各部分的撓度貢獻量的的結果如表2所示
，計算和測試結果的相對誤差在9%以內，基本一致，證明以上有限元模型及其計算方法是正確的。計算和測試結果表明（表2）：該塔機在小車在臂尖處吊重時
，起重臂臂尖垂直撓度達到783~800mm
，主要是由塔機上車和塔身貢獻的
，其中塔機上車貢獻量為350mm以上，所占權重超過40%，計算進一步表明：其中塔頂的貢獻量為177mm，權重為22.6%，起重臂及起重臂拉杆的貢獻量為174mm

，權重占22.2%；塔身貢獻量為318~346mm，權重也超過了40%
；而回轉塔身和上、下支座對起重臂臂尖垂直撓度的貢獻量相對較小,分別隻有48和66mm
，權重分別也隻占6.2%和8.4%

，即使這三部分的貢獻量之和也隻有104~112mm，權重也隻占14%左右,遠小於塔機上車和塔身的貢獻量和權重。

　經過以上計算分析，可以得出以下結論：

　(1)運用以上有限元的方法對塔機起重臂臂尖垂直撓度和各部分的撓度貢獻量進行計算和分析的方法是正確的、可行的。

　(2)該試驗塔機的小車在臂尖處吊重時

，臂尖垂直撓度達到783mm，塔身貢獻量318mm，權重占40.6%，是影響起重臂臂尖垂直撓度最主要的因素
；其次是塔頂和起重臂及起重臂拉杆，貢獻量分別為177和174 mm，權重分別占22.6%和22.2%；影響最小的是上、下支座和回轉塔身
，貢獻量分別為66和48mm，權重分別隻占8.4%和6.2%；且起重臂臂尖撓度H與塔身節的數量存在以下近似的線性關係：
　H=465 26.2NA 38NB 43NC
　其中NA
、NB
、NC為相應型號塔身節的數量，NA NB NC≤16

　降低起重臂臂尖垂直撓度的主要措施是要加強塔身的剛度
，另外加強塔頂的剛度也能較有效的降低起重臂臂尖垂直撓度。