基于ANSYS分析的塔机行走底架计算方法

关键词：底架；ansys；有限元 

中图分类号：g267文献标识码：a 文章编号： 

 

1. 引言: 

底架是行走式塔式起重机不可缺少的一部分，由横梁、纵梁、斜撑杆以及水平拉杆构成，如图1。其结构简单，但属于超静定结构，用有限元建模的方法对其分析计算减轻了以往计算工作量，避免了超静定结构计算的繁琐，提高了设计效率。 

图1 

1.横梁 2.纵梁 3.斜撑杆 4.水平拉杆 5.塔身基础节 

2. 底架型材简介及模型参数的确定 

本文研究的塔机底架为井字形结构，在有限元建模过程中采用自底向上的几何建模方式，几何建模完成后再离散为有限元网格，形成节点和单元。有限元模型需根据结构尺寸参数、材料参数，结构形式参数来建立。 

底架主体结构选用beam188单元建模，斜撑杆及水平拉杆是承受轴心力作用的杆件选用link8单元建模。底架结构主要有型钢构成，在实际工作中会产生拉压变形。beam188单元是三维线性有限应变梁单元，基于timoshenko梁结构理论，其形函数中挠度和截面转动各自独立插值，并考虑了剪切变形的影响。该单元有两个节点，默认情况下每个节点上有六个自由度：x、y和z方向的平动（ux、uy、uz）和绕x、y和z轴的转动（rotx、roty、rotz）。link8是三维杆单元，承受轴向拉力或压力，每个节点上有三个自由度： x、y和z方向的平动（ux、uy、uz）。beam188单元不需要实常数，link8单元实常数为杆的横截面积。底架结构采用碳钢，该材料的弹性模量e=210gpa，泊松比μ=0.3。 

为了使所建模型更为合理更方便于计算，应对实际底架结构进行简化处理。简化处理后的模型应遵循以下原则：1）模型能准确全面的反映出架体的结构特点；2）模型外载应与底架使用时外载作用相同；3）模型的边界处理应与架体实际工作时保持一致。 

在实际建模中，应用beam188单元创建架体主体结构，省略机构支架爬梯、护栏及连接件等配件，通过修改材料密度保证模型的自重。对于需要放松端部弯矩处多为各构件之间的铰接处。 

r75/24塔机底架结构尺寸为6mx6m，塔身截面宽度为2m,高度为3.9m.底架横梁为hw宽缘型350×350h型钢，纵梁为桁架结构主梁为hn窄翼缘型500×200h型钢，腹杆为角钢，斜撑杆及水平拉杆都采用的是双槽钢缀板形式，底架塔节型材为角钢。具体如表1 

表1 

 

根据架体参数所建有限元模型如图2 

图2 

3. 有限元模型加载 

塔机在工作工况是由上部结构所承受的吊重、自重、风力、惯性力等载荷，根据力的传递底架所受载荷为垂直力p、水平力h、力矩m。考虑塔机高度与与所受风载荷的关系，本文分析其最不利工况，即风从平衡臂尾部吹向起重臂方向与塔顶弯矩在同一平面内。 

水平力h力矩m作用在沿塔身对角线方向其工作状态受力形式如图3. 

图3 

水平力h力矩m作用在沿塔身对角线方向其非工作工况受力形式如图4 

图4 

图中a点和c点的垂直力pa 、pc力可由风弯矩、塔顶弯矩、塔机自重载荷折算所得。 

工作工况时： 

非工作工况时： 

式中b为塔身截面宽度。 

图中b点和d点的垂直载荷为1/4底架以上塔机各部分重量。 

75/24型号塔机作用在a、b、c、d四点的垂直力pa、pb、pc、pd以及水平风剪力haf、hbf、hcf、hdf和惯性力hag、hbg、hcg、hdg载荷数值如表2，按表中载荷值对模型进行加载，压重以均布载荷的方式加载在架体的纵梁上。 

表2 

 

工况模型加载后应力分布如图5，位移如图6 

图5 

图6 

非工况模型加载后计算结果如图7，位移如图8. 

图7 

图8 

在图5-8中分别显示了底架架体结构在工作状态和非工作状态时的应力分布和位移状况。 

4. 结果分析 

1） 以75/24型塔机为例，用ansys软件对其底架进行进行建模加载计算，得出架体强度和刚度值 

2） 通过本次计算过程，重点掌握了有限元参结构建模思想，用建模方法计算底架结构得出结果更贴切实际； 

3） 建模计算分析底架结构避免了超静定结构计算带来的困难。； 

[参考文献] 

[1] 范俊祥.塔式起重机[m].北京:中国建材工业出版社,2004.7 

[2] 陆念力，李良，孟晓平.钢丝滑轮系统的等效结构法.[j].工程机械，1998，（6）：13-15. 

[3]龚曙光，谢桂兰.ansys操作命令与参数化编程[m].北京：机械工业出版社[m]，2004. 

[4]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学.北京：高等教育出版社[m]，2004. 

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