自升动臂式塔式起重机顶升套架的结构分析

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1、第36卷第1期华电技术Vo1．36No．12014年1月HuadianTechnologyJan．2014自升动臂式塔式起重机顶升套架的结构分析张骞，胡婷，曾光，赵小伟，姚俊威(郑州科润机电工程有限公司，郑州450015)摘要：根据自升动臂式塔式起重机的顶升工艺，运用ANSYS软件建立顶升套架结构力学模型并进行了分析，归纳了顶升套架结构的特点和分析时要注意的问题及相应的解决方法。关键词：塔式起重机；套架结构；结构分析；有限元计算中图分类号：，rH213．3文献标志码：B文章编号：1674—1951(2014)01—0008—030引言动臂式塔式起重机的顶升结构由顶升套架、顶升液压油缸、滑块(有

2、的采用滚轮)和塔身标准节组成，其主要作用是通过增加塔身的标准节，以实现塔式起重机的自升。塔式起重机的顶升方式主要分为中间顶升和外侧顶升2种。在顶升状态时，中间顶升由于不好调节塔顶产生的不平衡弯矩，因此，大多用于中小吨位的塔式起重机。外侧顶升时，不平衡弯矩主要作用在油缸的中心线或者标准节主弦杆的中心线上，外侧顶升不仅可以一次引入一个标准节，而且容易调节塔顶的不平衡弯矩，目前大吨位的塔式起重机主要采用这种顶升工艺。本文主要分析外侧顶升的套架结构。由于顶升过程中承座与塔身的连接要放开，只有外侧的顶升油缸支撑塔身上部的所有重量，套架上的图1顶升套架的结构受压滑块与标准节紧密接触，防止塔式起重机上部倾腹

3、杆，缺少腹杆支撑的套架结构，其自身框架的抗扭覆，任何不确定的因素都会对塔式起重机顶升造成重刚度和强度都会有所下降。同时，对于重型塔式起重大的影响。通过对塔式起重机事故的统计分析，顶升机而言，标准节本身的重量很大，会对套架结构产生过程中的事故占据相当大的比例，因此，对顶升结构一个附加弯矩。进行分析研究有重要意义。1．2顶升套架的受力特点顶升过程中，套架是主要的受力结构。为了平衡1顶升套架的结构和受力特点上部结构重量产生的不平衡弯矩，在顶升作业前要调1．1顶升套架的结构特点整上部结构的重心，使其作用在油缸的中心线上。由顶升套架的结构如图1所示。顶升过程中，套架于调整重心的平衡只是相对的，要让重心理

4、想地作用的上部与承座连接(主要有法兰螺栓拼接和销轴连在油缸的中心线上存在很多的不确定因素。例如风接)，塔式起重机上部结构的载荷通过承座传给套架。载荷，当风向平行于起重臂时，风载荷主要以水平方相对于刚度很大的承座而言，套架自身的框架刚度不向的载荷作用在套架结构上；当风向垂直于起重臂大，所以，合理布置套架结构中的腹杆，对增大套架本时，风载荷会对塔身的中心产生一个扭转载荷，而且风载荷的方向、大小是随时变化的。当在一定的高度身的刚度有重要影响。进行顶升作业时，还要考虑风振对套架结构的影响。顶升过程结束时，需要从套架的侧面引入标准这些不平衡载荷由套架结构与标准节之间的上下2节，套架结构在引入标准节这个侧

5、面范围内不能布置组滑块来承受。收稿日期：2012—11—30；修回13期：2013—03—15固定在套架上的滑块只能承受压力，不能承受第1期张骞，等：自升动臂式塔式起重机顶升套架的结构分析·9·拉力，而且套架上部载荷的变化会使有些滑块受力而压在塔身标准节上，从而使有些滑块与标准节脱离。I滑块受力的不确定性，导致套架结构受力情况的不同。2顶升套架的力学模型／＼[顶升套架结构承受的载荷可以简化为竖向力FN、不平衡弯矩和水平力。套架结构的计算采用／＼叠加法，其简化受力情况如图2所示。2．1竖向力作用下的套架结构分析／＼『_竖向力主要由起重臂、平衡臂、平衡重、机台、==承座和待引入的标准节重量引起。另

6、外，在进行顶升时，滑块对套架结构将产生摩擦力，可近似按套架结构上部自重的10％计算。由图3可知，竖向力与油缸的推力汇交于套架下部某一点，由力系平衡原理可知，油缸的推力为FT=0．5FN／cos。(1)图3垂直载荷作用下套架的受力简图2．2水平力作用下的套架结构分析的平面内，竖向力相对套架结构中心的偏心距离为e，水平力主要是风载荷引起的，在这种工况下，当引入标准节时，标准节的自重载荷(F)相对套架结取风向垂直于臂架方向。风载荷的计算参考GB／T构中心的距离为Z，不平衡弯矩为这2部分载荷引起3811—2008《起重机设计规范》。在风载荷的作用下，的弯矩的叠加，则对套架的中心产生一个扭矩。套架结构作

7、为一个M=FNe+FZ。(2)空间桁架结构，在水平力和扭矩的作用下，把套架的空间结构转化为平面桁架结构，即把水平力3顶升套架的结构分析和扭矩分解到套架的4个平面桁架结构中，然3．1套架结构分析时的问题和工况后将属于不同平面桁架的杆件内力叠加。水平力和扭矩的分解如图4所示。顶升作业时，套架上的滑块起导向和平衡不平衡2．3弯矩作用下的套架结构分析弯矩的作用，只有当滑块和标准节相接触时才能受弯矩主要由竖