动臂变幅塔式起重机动力学性能分析与仿真研究

摘要

动臂变幅塔式起重机（以下简称动臂式塔机）是高层或超高层建筑施工中的主要起重机械。该机械在工作过程中启动、制动频繁，且有着复杂耦合运动，受到不同程度的振动与冲击作用，易发生疲劳破坏。因此，动臂式塔机的动力学性能对其工作可靠性与使用寿命有着决定性作用，也是衡量起重机的关键因素。目前，对动臂式塔机的动力学性能分析已成为塔机设计领域不可或缺的研究内容。
　　本文以动臂式塔机为研究对象，以高等机构学、机械振动、多刚体动力学、有限元法、国家标准规范等为理论依据，以三维建模软件、多刚体动力学软件、有限元软件等为研究工具，对动臂式塔机的动力学性能进行了较为全面的分析，并进行了仿真。主要研究内容如下：
　　1.利用少自由度集中质量法建立了动臂式塔机的四质量四自由度系统动力学模型，并进行了实例分析，得出系统前四阶固有频率与位移响应曲线，其计算结果与有限元分析结果相近，计算精度可以满足工程设计需求。
　　2.提出了把钢丝绳作为弹性体来处理的想法，并进行了动力学分析与仿真研究，精确模拟了钢丝绳的弹性振动与对整机的影响，测量出更加接近于实际工况的动载荷系数，为使用有限元分析提供了基础数据。
　　3.建立了有限元分析模型，进行结构力学分析，得出了主要受力形式；通过模态与谐响应分析得出对动臂式塔机动态性能影响最大的模态频率，确定对塔机结构进行优化的目标函数。对突然卸载与平稳上升时的工况进行了瞬态动力学分析，为进行疲劳寿命分析与优化设计提供参考。
　　本文对动臂式塔机的动力学性能与仿真进行了初步研究，其分析理论与研究方法对动臂式塔机的设计具有一定参考价值，对形成一套完整的设计理论具有一定借鉴意义。

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第一章 绪论

§1.1 课题来源以及研究的目的和意义

§1.2 国内外动臂式塔机的发展现状

§1.3 动臂式塔机的发展趋势

§1.4 塔机动力学分析的目的与方法

§1.5 本课题研究的主要内容

§1.6 本章小结

第二章 动臂式塔机载荷分析与动力学建模

§2.1动臂式塔机JTL140参数

§2.2 三维模型的建立

§2.3 载荷分析

§2.4 动臂式塔机的过渡过程分析

§2.5 钢丝绳提升系统分析

§2.6 动臂式塔机动力学建模

§2.7 本章小结

第三章 动臂式塔机多体动力学分析

§3.1 虚拟样机技术

§3.2 虚拟样机模型的建立

§3.3 塔机动力学仿真与结果分析

§3.4 本章小结

第四章 动臂式塔机结构力学分析

§4.1结构力学分析

§4.2 有限元模型的建立

§4.3 静力学分析

§4.4 模态分析

§4.5 谐响应分析

§4.6 瞬态动力学分析

§4.7 本章小结

第五章 结论与展望

§5.1 结论

§5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果