考虑大变形的全地面起重机塔臂工况撑杆设计研究

摘要

全地面起重机在能源、化工、抢险、码头等场所用途广泛，当在一些高度较高，作业覆盖区域较大的地方，主臂工况吊载满足不了需要，塔臂工况作为全地面起重机的重要工况，它的优势则可以在这种场合下得到发挥。由于塔臂工况产生大变形，利用非线性有限元求解显得很必要。起重量是衡量起重机整机性能的一个重要标志，起重性能表是随机交付的重要技术文档。臂架等结构的强度是起重性能的重要影响因素，因此对于强度决定的起重性能的计算就显得尤为重要。
　　前、后撑杆是为了满足塔臂的变幅要求而设计的起到支撑作用的杆件，在起臂过程、吊载过程、塔臂变幅过程都是必不可少的。其几何参数对臂架构件的强度会产生影响，所以研究撑杆的设计对臂架强度、关键铰点受力等力学性能的影响显得非常重要。
　　本文以1200t全地面起重机为研究对象，重点研究了强度决定的起重性能计算和撑杆设计对臂架力学性能的影响。本文主要研究内容如下:
　　(1)了解全地面起重机的动作原理以及各作业工况下起重机的构成，根据全地面起重机塔臂工况的构成特点和受力情况建立全地面起重机塔臂工况的有限元模型;
　　(2)基于非线性大变形的基本理论，并根据程序结构构建程序的功能块，实现整体刚度矩阵组装，整体载荷组装，坐标矩阵装换，单元杆端抗力计算等功能。进一步采用牛顿法进行迭代求解梁单元的非线性解，实现了基于梁的大变形理论的非线性节点力和变形的计算，并和ANSYS计算结果进行比较验证程序的正确性;
　　(3)研究起重性能计算中用到的迭代算法以及怎么保证臂架变形后的工作幅度是起重性能表中需要的工作幅度等，最终得到基于非线性的强度决定的起重性能表;
　　(4)通过臂架强度、关键铰点受力来评价前、后撑杆长度是否最优，以此来进行前、后撑杆的长度设计。
　　研究表明，撑杆的几何参数对臂架强度等影响较大。同时，本文的研究成果被用到了1200t全地面起重机的实际项目开发当中，为全地面起重机塔臂工况的撑杆设计提供了一定的指导，该方法具有普遍意义和价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．1．1 全地面起重机概述

1．1．2 前、后撑杆设计概述

1．2 研究现状

1．2．1 起重性能计算的研究现状

1．2．2 全地面起重机撑杆设计的研究现状

1．3 课题背景与研究意义

1．4 课题工作内容

2 全地面起重机塔臂工况计算模型建立

2．1 全地面起重机的结构介绍

2．2 全地面起重机塔臂工况模型简化

2．3 全地面起重机塔臂工况模型建立

2．3．1 主臂模型简化及分析

2．3．2 塔臂模型简化及分析

2．3．3 前后撑杆模型简化及分析

2．3．4 拉板简化及分析

2．4 模型边界条件施加

2．4．1 载荷组合分析

2．4．2 边界条件施加

2．5 本章小结

3 起重性能迭代算法及其分析流程

3．1 几何非线性程序流程

3．1．1 梁的节点力计算

3．1．2 非线性计算流程

3．1．3 程序编写模块简介

3．1．4 梁单元的强度理论

3．2 强度决定的起重性能计算算法

3．2．1 迭代算法介绍

3．2．2 工作幅度拟合

3．2．3 强度决定的起重性能的计算流程

3．3 程序编写正确性验证

3．3．1 ANSYS建模说明

3．3．2 应力分布及轴力图

3．4 本章小结

4 撑杆对臂架强度的影响研究

4．1 主臂和塔臂受力及应力规律研究

4．1．1 塔臂变幅角度对应力影响规律的研究

4．1．2 塔臂长度对应力影响规律的研究

4．2 撑杆对臂架强度的影响研究

4．2．1 工况及结构参数

4．2．2 撑杆对臂架强度的影响

4．3 本章小结

结论

参考文献

附录A 梁单元几何非线性有限元计算程序

读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢