塔吊起重臂臂尖挠度计算分析

1 研究的目的、内容和意义
　　塔机工作过程中起重臂臂尖挠度过大，会影响牵引小车工作性能，因此在塔机设计中，必须合理控制塔机各部分的刚度，使起重臂臂尖挠度在一定的范围内；但是由于起重臂臂尖挠度是塔机整机变形的综合结果，而塔机各部分结构形状和连接形式很复杂，所受载荷也很复杂，不可能进行手工分析和计算。本项目利用I-DEAS软件为研究平台，以公司已立塔的某型试验塔机静力结构分析为基础，建立了塔机整机有限元模型，对该塔式起重机起重臂臂尖挠度进行了计算，研究上、下支座变形、塔身变形以及起重臂变形对起重臂臂尖挠度的贡献量，并从实验上对有限元计算结果的正确性进行了验证，在此基础上，分析了影响起重臂臂尖挠度的各个主要因素，提出了控制起重臂臂尖挠度的措施。 
2 建立塔机的有限元模型
2.1 物理模型的组成
　　为了便于建立试验塔机的有限元模型，将其物理模型简化为主要由：起重臂、塔顶、平衡臂、起重臂拉杆、平衡臂拉杆、回转塔身、上支座和下支座、以及塔身（包括8个塔身节）组成，该型塔机塔身节有三种，设代号分别为A、B和C，A型为加强塔身节弦杆规格为□135×135×12，内加16mm加强板，B型塔身节弦杆规格为□135×135×12，C型塔身节弦杆规格为□135×1355×10，该塔机塔身节由B和C两种型号组成，由下至上布置形式为4(B)+3(C)+1(B)；而由于其它机构的变形对起重臂臂尖挠度的贡献量很小，所以不予考虑。
2.2 模型的网格划分
　　由于塔机整机部件较多，各部分结构也相差较大，为了便于有限元模型网格的划分和模型的修改，这里采用装配有限元的方法来建立塔机整机有限元模型。
　　塔机结构绝大部分为杆系结构，可选杆单元和梁单元。腹杆用杆单元也更适合手工计算的习惯，因此塔机的杆系结构采用梁－杆混合单元模型，即主弦杆－梁单元，腹杆－杆单元。如起重臂、塔顶、回转塔身和塔身节均采用梁－杆混合单元模型，平衡臂拉杆和起重臂拉杆，每根拉杆用一个杆单元表示，而平衡臂的变形对起重臂臂尖挠度的影响很小，因此把其简化为刚性杆单元。
　　上、下支座是典型的薄板结构，因此把上、下支座划分为壳单元。对各部件的有限元单元之间进行连接，上支座和下支座之间采用刚性单元进行连接，而对不同类型单元之间，则采用刚性单元进行连接；对起重臂臂根和平衡臂臂根的梁单元进行端点释放；并调整壳单元的法向；最后进行单元质量检查。生成塔机整机有限元网格，见图1。