全國
手機版|
關注公眾號|
下載手機APPjinshujiegoushitashiqizhongjidezhongyaozuchengbufen，yibanqingkuangxia，jinshujiegouzizhongzhantajizhengjizongzhongliangdeyibanyishang，tajijinshujiegoudehelisheji，duitajijianqingzizhong、提高塔機性能有非常重要的意義。塔身結構按構造可分為格構式和實腹式兩種；按受力特點分為以承受軸向力為主的旋轉塔身和受壓彎扭轉作用的不旋轉塔身。
無論設計哪種型式的塔身，都必須計算其強度、剛度和穩定性等。目前應用較多的是格構式，其計算可以采用平麵靜力方法或空間杆係有限元方法來完成。以最大起重量20t、最大工作幅度70m、臂端最大起重量5t 的塔機塔身設計為例，分別采用平麵分析方法和有限元分析方法進行設計分析、比較兩種設計方法的不同和有限元分析法的優越性。
1. 塔身設計思路
wulunshicaiyongpingmianjinglifenxidefangfa，haishicaiyongkongjianganxiyouxianyuanfenxifangfajinxingshejijisuan，douyaokaolvtashenjiegoudequedinghetashenshoulifenxizhelianggenanti。
首先對塔身結構進行分析，塔身的結構設計與塔機的類型和所采用的頂升方式有關，同時還要考慮塔身結構中是否有基礎節、加重節、加強節或過渡節。其次是塔身的受力分析，塔身受力分工作和非工作兩種狀態。塔身上的載荷有：塔身自重，上部臂架和平衡臂上的各種載荷對塔身產生的作用力；塔機運行、回hui轉zhuan機ji構gou起qi製zhi動dong時shi，由you塔ta身shen質zhi量liang產chan生sheng的de水shui平ping慣guan性xing載zai荷he及ji作zuo用yong於yu塔ta身shen上shang的de風feng載zai荷he等deng。塔ta身shen結jie構gou設she計ji時shi，以yi上shang各ge種zhong載zai荷he要yao按an最zui不bu利li的de載zai荷he位wei置zhi和he載zai荷he組zu合he進jin行xing計ji算suan，作zuo為wei塔ta身shen計ji算suan的de基ji本ben依yi據ju。一yi般ban取qu最zui不bu利li工gong況kuang進jin行xing計ji算suan－工作狀態變幅小車在最大幅度時，非工作狀態主要是計算最大允許風壓產生的風載荷作用。
2．平麵靜力分析
采用平麵靜力分析時，在分析塔身的4 個(ge)最(zui)不(bu)利(li)的(de)工(gong)況(kuang)中(zhong)，不(bu)能(neng)每(mei)一(yi)種(zhong)工(gong)況(kuang)都(dou)對(dui)塔(ta)身(shen)的(de)所(suo)有(you)杆(gan)件(jian)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)分(fen)析(xi)，一(yi)般(ban)是(shi)根(gen)據(ju)經(jing)驗(yan)，一(yi)種(zhong)工(gong)況(kuang)下(xia)對(dui)應(ying)設(she)計(ji)計(ji)算(suan)一(yi)種(zhong)或(huo)兩(liang)種(zhong)塔(ta)身(shen)杆(gan)件(jian)。
塔身主弦杆的校核
技術參數
１）工況 吊臂位於塔身橫截麵的對角線上；
塔機位於行走和回轉的啟、製動狀態；風向平行於吊臂的縱向中心線，並由配重方向吹向吊臂方向；最大起重量為20 000kg 及其所在的工作幅度為22.4m；材料為Q235、Q345 和16Mn。
2）自重 下回轉支座及其以上自重(不包括吊重)GD ＝ 950 000N，下回轉支座及其以上彎矩( 不包括風載和慣性產生的彎矩) M D ＝950 000Nm，內塔節的自重GN ＝ 114 800N，標準節自重GB ＝ 7 0 0 0 0 N ，頂升機構自重GS ＝52 530N，吊臂自重GBJ ＝ 196 000N 和平衡臂的自重(含配重)Gp ＝430 000N。
3）運動係數 小車加速度ax ＝ 0.5m/s2，回轉轉數n ＝0.6r/min，回轉加速度ah ＝ 0.01 和大車行走加速度ad ＝ 0.07m/s2。
4）風載 計算得內塔節的風載Fw ＝2 740N，標準節所受的風載Fwb ＝ 2 740N，配重的風載Fwp＝ 1 542N，塔頂撐杆的風載Fwc ＝ 866N，司機室的風載Fws ＝ 960N 和吊重的風載Fwz ＝ 6 000N。
5）行走慣性力 回轉支座及其以上部分(包括吊重)的行走慣性力HD ＝Gaj/g， 其中，G為回轉支座及其以上部分的重力，j 為行走慣性力計算的載荷係數，計算得HD ＝8 200N，內塔節慣性力HN ＝ 820N，標準節慣性力HB ＝ 500N。
6）整個塔身承受的軸向力 NZ ＝GD ＋GN＋nGB ＋ GS ＋ Q ＝ 2 157 000N，其中n 為標準節的個數。
7）對塔身根部的彎矩 M總＝MD ＋M慣力＋M風力＋M離心力= 6 132 067Nm。
對標準節主弦杆的校核
單根主弦杆受力Nmax ＝ NZ/ n ＋ M總/ L ＝2 345 000N，其中n 為標準節的主弦杆的個數，L為標準節截麵的對角線的長度。
主弦杆的穩定係數w ＝ 0.967，主弦杆的應力s ＝Nmax/(wA)＝ 165.7MPa ＜[s]，滿足條件。
內塔節主弦杆的校核
同標準節主弦杆的校核，其中的M 總＝3 403 000Nm 為對內塔節根部的彎矩，且L ＝ 3m 為內塔節截麵的對角線的長度。
連接接頭的強度校核
標準節之間的連接接頭最大應力P ＝ Nmax ＝2 345 000N，再求出最小斷麵麵積A＝ 91cm2，最大應力s ＝ 157.7MPa，並進行校核。
標準節之間連接銷軸的強度校核
銷軸的最大剪力P ＝ Nmax/2 ＝ 1 172 500N，受力麵積A ＝ 28.2cm2，許用剪應力[t]＝ 387.7MPa。剪應力t ＝ P/2A ＝ 208.7MPa<[t]，滿足條件。
塔身腹杆的校核
技術參數
1）工況 吊臂位於塔身橫截麵的對角線上(即與軌道夾角成45°);塔機位於回轉的啟、製動狀態；風向與回轉方向一致；最大起重量為200 000N 及其所在的工作幅度為22.4m。
2）風載 每節吊臂的風載Fwb ＝ 3 212N，吊重風載Fwz ＝6 000N，配重塊的風載Fwg ＝2 062N，平衡臂風載Fwp ＝ 34 500N 和起升機構風載Fwq ＝850N 。
3）行走慣性力 配重塊的行走慣性力Hpz ＝6 270N,起升機構的行走慣性力Hq ＝ 200N，平橫臂的行走慣性力Hp＝1 940N，每節吊臂的行走慣性力Hn ＝ 171.5N、383N、628.5N、688.5N、906N、922.8N、1 009.6N、196N，短拉杆行走慣性力Hdl ＝ 96N，長拉杆行走慣性力Hcl ＝920N，變幅機構行走慣性力Hbj ＝ 98N，吊重的行走慣性力Hdz ＝ 4.8N。
4）整機扭矩 M總=MF+Mg ＝ 693 650Nm ，其中風載的扭矩MF ＝ 507 330Nm，行走慣性力的扭矩Mg ＝ 186 320Nm。
5 ）求內塔節腹杆受力 應用庫德裏亞切夫計算法，求出內塔節的水平腹杆以及斜腹杆的受力，T ＝ 161 300N。
內塔節主弦杆的校核
腹杆的穩定係數w＝0.931，內塔節腹杆s1＝N1max/(wA)＝ 126.8MPa ＜[s]，滿足條件。
標準節腹杆s2 ＝ N2max/ (wA)＝ 72.8MPa ＜[s]，滿足條件。
非工作狀態下塔身主弦杆的校核
工況
吊臂位於塔身橫截麵的對角線上； 風向平行於吊臂的縱向中心線，並由配重方向吹向吊臂方向，風載為1 100Pa。
校核內塔節主弦杆的強度
內塔節風載Fwn ＝ 14 630N，配重風載Hwp ＝6785N，塔頂撐杆風載Hwc ＝ 2200N，司機室風載H ws ＝ 4224 N 。內塔節受的總軸向力Nz ＝1120000 N ，對內塔節根部的彎矩M 總＝3 500 000Nm，內塔節主弦杆的受力及應力Nmax＝1 446 000N，s ＝ 126.2MPa ＜[s]，滿足條件。
校核標準節主弦杆的強度
每節標準節風載FWB ＝ 7 600N，標準節受的總軸向力Nz= 1 960 000N，對標準節根部的彎矩M總＝8 785 650Nm，標準節主弦杆的受力以及應力Nmax ＝ 3 000 000N，s ＝ 250MPa ＜[s]，滿足條件。
塔身疲勞的校核
技術參數
吊臂位於塔身橫截麵的對角線上；塔機位於回轉的啟、製動狀態；不考慮風載；整個塔身受的軸向力Nz ＝2157000N，對塔身根部的彎矩 M總＝ 3397000Nm。
最大應力值
1）單支主杆受力
N=Nz/n±M總/L＝2157000/4±3397000/3.5
其中，正的為Nmax，負的為Nmin。
2）疲勞應力循環特性
Х＝σmin/σmax ＝ -0.287
3）疲勞許用應力值
有限元法分析
利(li)用(yong)先(xian)進(jin)的(de)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)計(ji)算(suan)是(shi)通(tong)過(guo)係(xi)統(tong)的(de)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)對(dui)話(hua)，對(dui)目(mu)標(biao)塔(ta)機(ji)的(de)塔(ta)身(shen)進(jin)行(xing)必(bi)要(yao)參(can)數(shu)的(de)輸(shu)入(ru)，對(dui)於(yu)不(bu)同(tong)型(xing)式(shi)的(de)塔(ta)身(shen)，將(jiang)要(yao)進(jin)入(ru)設(she)計(ji)的(de)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)也(ye)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)，設(she)計(ji)最(zui)後(hou)生(sheng)成(cheng)一(yi)個(ge)以(yi)固(gu)定(ding)格(ge)式(shi)和(he)名(ming)稱(cheng)存(cun)在(zai)的(de)數(shu)據(ju)文(wen)件(jian)。基(ji)於(yu)有(you)限(xian)元(yuan)法(fa)的(de)塔(ta)機(ji)設(she)計(ji)計(ji)算(suan)係(xi)統(tong)，塔(ta)身(shen)設(she)計(ji)模(mo)塊(kuai)的(de)設(she)計(ji)計(ji)算(suan)過(guo)程(cheng)如(ru)下(xia)。
1）通(tong)過(guo)主(zhu)界(jie)麵(mian)進(jin)入(ru)各(ge)個(ge)子(zi)係(xi)統(tong)，塔(ta)身(shen)設(she)計(ji)是(shi)在(zai)進(jin)入(ru)主(zhu)界(jie)麵(mian)，並(bing)建(jian)立(li)或(huo)打(da)開(kai)了(le)一(yi)個(ge)工(gong)程(cheng)後(hou)開(kai)始(shi)設(she)計(ji)的(de)，要(yao)先(xian)進(jin)入(ru)總(zong)體(ti)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)模(mo)塊(kuai)，對(dui)塔(ta)機(ji)的(de)總(zong)體(ti)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)，完(wan)成(cheng)塔(ta)機(ji)主(zhu)要(yao)總(zong)體(ti)參(can)數(shu)的(de)輸(shu)入(ru)、選擇塔機型式、選擇塔身型式等。
2 ）shouxianyaoduizhezhongjiegoutashendeshejichucanshujinxingshuru。xuanzehaotashendejiegouxingshihou，tashenyihoudeshejiguochengbianquedingxialai，butongdejiegouxingshi，tashenshejichucanshuyoubutongdecanshushuru。
3）塔身的結構參數設計如圖3，塔身結構型式多種多樣，多種結構部分參數的輸入，在係統中是通過幾個界麵完成的，塔身結構設計涉及到的設計界麵主要有：塔身標準節設計、塔身基礎節設計(加強節、重節)、附著框架設計、附著尺寸設計、塔身過渡節設計、塔身內塔節設計等。
4)塔身結構杆件參數設計完成之後，進入塔身設計的受力分析階段如圖4 ，界麵參數是由塔機的塔頂負荷計算模塊傳遞的，如果特殊情況下需要改變其中的一個或幾個參數，可以點擊圖中的“參數修改”按鈕。當點擊“生成載荷文本”anniuhou，xitonghuizidongshengchengyigeyigudinggeshihegudingmingchengyijigudinglujingdeshujuwenjian，zhuyaoshiweifenxiruanjiansuojianlidetashenmoxingtigongjiazaihetiaojiande，geichutashende4 種工況下不同的載荷，為塔身的強度、剛度、穩定性的校核提供原始數據。
5）tashenjiegoudechucanshushejiwanchenghou，liulanshejiguochengcanshu，shengchengcanshushejiguochengshuomingshu，yongyuchunshujuwenbendedaochuhexiayicishejixiangtongshujudaorudeshujuwenjian，weiruanjianfenxifuwudegudinggeshi、名稱、路徑的數據流文件等3 個係統文件。
6）係xi統tong自zi動dong調tiao用yong分fen析xi軟ruan件jian使shi其qi進jin入ru後hou台tai執zhi行xing，完wan成cheng塔ta身shen的de有you限xian元yuan分fen析xi，自zi動dong退tui出chu分fen析xi軟ruan件jian並bing給gei出chu結jie束shu信xin息xi提ti示shi有you限xian元yuan分fen析xi完wan成cheng，即ji可ke進jin入ru下xia一yi步bu的de操cao作zuo，對dui有you限xian元yuan分fen析xi後hou的de應ying力li結jie果guo和he數shu據ju，可ke為wei塔ta機ji的de其qi它ta部bu分fen設she計ji提ti供gong必bi要yao的de塔ta身shen參can數shu。在zai返fan回hui應ying力li結jie果guo和he數shu據ju結jie果guo同tong時shi，還hai有you塔ta身shen設she計ji分fen析xi的de具ju體ti有you限xian元yuan單dan元yuan的de分fen布bu圖tu，使shi設she計ji結jie果guo更geng加jia直zhi觀guan。
7）設計係統的有限元分析結果分4種情況討論，並可通過結果數據的查詢來判斷塔身所有杆件的強度、剛度、穩定性等是否滿足要求條件，再根據不同的需要進行修改優化，這是一個反複的過程，最後得到塔身設計的理想結果。
經(jing)過(guo)設(she)計(ji)分(fen)析(xi)比(bi)較(jiao)，有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)法(fa)與(yu)傳(chuan)統(tong)分(fen)析(xi)計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)較(jiao)明(ming)顯(xian)的(de)優(you)勢(shi)，表(biao)現(xian)出(chu)諸(zhu)多(duo)優(you)點(dian)。節(jie)省(sheng)了(le)設(she)計(ji)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)繁(fan)瑣(suo)的(de)計(ji)算(suan)及(ji)校(xiao)核(he)，而(er)且(qie)使(shi)設(she)計(ji)的(de)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)更(geng)加(jia)精(jing)確(que)，設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)修(xiu)改(gai)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)簡(jian)單(dan)，不(bu)會(hui)由(you)於(yu)人(ren)為(wei)的(de)馬(ma)虎(hu)而(er)造(zao)成(cheng)整(zheng)個(ge)設(she)計(ji)的(de)錯(cuo)誤(wu)。設(she)計(ji)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)更(geng)加(jia)精(jing)確(que)，有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)能(neng)夠(gou)自(zi)動(dong)對(dui)塔(ta)身(shen)進(jin)行(xing)建(jian)模(mo)、加載荷、求解，並且通過與AutoCAD 連(lian)接(jie)，即(ji)可(ke)得(de)到(dao)塔(ta)身(shen)設(she)計(ji)的(de)完(wan)整(zheng)結(jie)構(gou)圖(tu)形(xing)，參(can)數(shu)化(hua)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)可(ke)在(zai)設(she)計(ji)參(can)數(shu)不(bu)同(tong)的(de)同(tong)類(lei)產(chan)品(pin)時(shi)，根(gen)據(ju)用(yong)戶(hu)需(xu)要(yao)，修(xiu)改(gai)少(shao)量(liang)的(de)基(ji)本(ben)參(can)數(shu)，快(kuai)速(su)設(she)計(ji)出(chu)新(xin)產(chan)品(pin)，縮(suo)短(duan)產(chan)品(pin)的(de)設(she)計(ji)周(zhou)期(qi)，實(shi)現(xian)市(shi)場(chang)的(de)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)。
