動臂塔式起重機動態(tài)特性及優(yōu)化設計研究.pdf

1、塔式起重機在當今的建筑施工中起著舉足輕重的作用，隨著建筑群密集程度的增加，施工空間逐漸減小，而動臂塔式起重機（簡稱動臂塔機）由于回轉半徑小、起升高度大等特點，所以越來越受到工程界的關注。但在實際工程應用中，動臂塔機的運轉速度和吊重質量不斷提高，所產生的動載荷也隨之增大，振動問題日益加劇，特別是動臂塔機采用起重臂俯仰的方式實現(xiàn)變幅，動態(tài)特性極為復雜，因此，研究動臂塔機的振動問題，即研究動態(tài)特性已成為工程機械領域廣泛關注的課題。本文緊密結合

2、工程實際，對動臂塔機的動態(tài)特性進行了深入研究，取得了以下創(chuàng)新成果。
　?。?）完成了動臂塔機的靜力學研究，分析了風載荷方向、起重臂仰角對動臂塔機強度、穩(wěn)定性、靜剛度的影響。在吊重質量、風速不變情況下，起重臂在水平面內的投影與塔身截面對角線重合時，塔身應力最大，且最大應力與風向無關；當起重臂仰角越大時，風載荷越大；工作狀態(tài)下，“后向風”對塔機靜強度影響較大，非工作狀態(tài)下，“側向風”對塔機靜強度影響較大；“側向風”對動臂塔機的穩(wěn)定性和

3、靜剛度影響較大。
　?。?）分析了動臂塔機的運動與結構對固有頻率的影響，利用少自由度模型法和有限元法分別建立了動臂塔機的動力學模型，并進行動力學計算，給出了起重臂仰角和回轉角對固有頻率和主振型的影響規(guī)律。起重臂仰角對固有頻率的影響較大，回轉角對固有頻率的影響較??；不同階次的固有頻率隨起重臂仰角的變化規(guī)律不同，個別階次固有頻率對應的主振型在起重臂小仰角和大仰角時會相互轉化。另外，對不同仰角下施加不同方向的簡諧力進行了諧響應分析，確定

4、了影響動臂塔機動剛度最大的固有頻率。
　　（3）分析了動臂塔機在不同工況下的動力特性，得到了關鍵節(jié)點位移響應和塔身、起重臂最大應力響應。當?shù)踔仉x地起升和下降制動時，動臂塔機的振動主要在起升平面內；起重臂仰角越大，動載荷的影響越大，塔身動載系數(shù)越大；塔機回轉啟動時，回轉加速度引起的動載荷主要影響起重臂，對塔身影響較小。
　?。?）對動臂塔機在不同仰角下進行了地震波時程分析和反應譜響應分析。結果表明，在地震波沖擊下動臂塔機產生振

5、動時，吊重質量只影響塔機動位移和動應力的最大值，不影響振幅；當起重臂仰角較小時，塔機的“點頭”運動較大，起重臂容易發(fā)生折斷；當起重臂仰角較大時，塔機的前后俯仰運動較大，容易造成塔身的損壞；動臂塔機起升平面內傾覆的可能性較大，側向傾覆的可能性較??；水平面內的地震波對動臂塔機的危害大于豎向地震波的危害。
　?。?）以提高動剛度為目的對動臂塔機進行了動態(tài)優(yōu)化設計。把影響動臂塔機動剛度最大的固有頻率作為目標函數(shù)，對關鍵部件尺寸參數(shù)進行靈敏