起重机吊臂架调研报告
调 研 报 告
主题:单臂吊臂架的钢结构调研报告
系 (院)
专 业 机电一体化
学 号
学 生
指导教师
2012年 3 月 2 日
单臂吊臂架的钢结构调研报告
一.课题意义
通过对该课题的研究,可以对我在本科期间的所学知识进行一个全面的巩固,比如计算机绘图、力学分析、各个机械方面软件的应用,专业语言面描述能力。加强我学以致用的能力。同时也是对我查阅资料能力、外语水平的再一次提高,也扩大了我对本专业领域的了解。并提高我的创新能力、团队精神和沟通能力,树立良好的学术思想和工作作风。
二. 起重机的结构及工作原理
2.1 什么是单臂吊
单臂吊,是利用单个立柱和回转臂来起吊货物的一种起重设备。单臂吊的立柱下端一般固定在混凝土的基础上,回转臂可以根据客户的需要来进行旋转。单臂吊结构简单,操纵方便,作业空间大,广泛的用于各种厂矿车间的生产线上和装配线上,是一种节能高效的物料吊装设备。
2.2 起重机工作原理
大型起重机的自动控制对可靠性有较高的要求。 起重机属于起重机械的一种,是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括:取物装置从取物地把物品提起,然后水平移动到指定地点降下物品,接着进行反向运动,使取物装置返回原位,以便进行下一次循环
2.3 起重机的结构
通常,起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动),再加上金属机构,动力装置,操纵控制及必要的辅助装置组合而成。起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构,大多是由吊挂系统和绞车组成,也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置,一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。 变幅机构只配备在臂架型起重机上,臂架仰起时幅度减小,俯下时幅度增大,分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回
转,是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架,主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构,也可为腹板结构,有的可用型钢作为支承梁。
起重机也随着时代的进步而迅速发展,种类也越来越多,起重机根据安装方式的不同可以分为:汽车起重机、轮胎起重机、越野轮胎起重机等,还有梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、缆索起重机、运载桥等。
三.国内外研究现状、水平和发展趋势
3.1 国内外塔式起重机的发展
塔式起重机发明于20世纪之初的欧洲。1900年有了第一个塔机专利,1905年出现了塔身固定的臂架式起重机,第一次、二次世界
大战后塔机得到快速发展,近年更是呈现型式多样、需求旺盛的局面。 中国塔机始于20世纪50年代。综观50年发展史,我国塔机行业从无到有,从小到大,逐步形成了较为完整的体系和比较完整的系列型谱,塔机成为建筑施工中的关键设备,塔机行业也成为我国发展最快的建筑机械行业之一。我们只用了50年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程,如今中国塔机已经批量走进国际市场。目前我国已成为世界塔机生产大国,也是世界塔机的主要市场之一。
3.2发展趋势
在我国,塔式起重机的研究、生产有了飞速发展,经过了由小到大,由轻到重,有简单到复杂,由落后到先进,由单一化到多用途,由短臂架到长臂架,由俯仰变幅到小车变幅等发展过程。经济建设的突飞猛进促进电力。建筑工业的发展,塔式起重机以其结构简单、起升高度大的显著优势,在冶金、石化、电力、建筑等行业的建设事业中,具有广阔的发展前景。从工业技术的现代化和塔式起重机的先进性、适应性、实用性的要求,今后塔式起重机的发展前景可以归纳为以下几点: 继续向多用途型发展,向“三化”方向发展(标准化、通用化、系列化),连接方面趋于简便可靠,拖动方式的发展与沿袭,安全装置完善与进步,工作环境与人体功效,改善操作性,提高维修可靠性,实现新的功能(自动化、无人控制或远距离控制)
在臂架结构设计过程中我们应该注意这几个问题:分节问题;截面形式及截面尺度;腹杆布置;杆件材料的选用;吊点的选择与构造;臂架拉杆构造;减轻臂架自重。塔式起重机臂架长,自重较大,臂架设计合理与否将直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和整机自重。因此应在保证臂架的强度、刚度和整体稳定性的条件下尽量减轻臂架的重量。
四.基于ANSYS分析方法的优缺点
4.1 研究内容
对吊臂进行设计计算(力的分析、强度校核,寿命的预算)。塔式起重机的起重臂简称臂架或吊臂,塔式起重臂架的结构型式有三种:桁架压杆式、桁架水平式、桁架混合式。桁架压杆式臂架利用固定在臂架端部的变幅钢丝绳改变臂架倾角,使臂架俯仰变幅,臂架主要承受轴向压力。桁架水平式臂架利用沿臂架弦杆运行的起重小车的一动实现变幅,臂架主要承受轴向力和弯矩作用。目前塔式起重机一般使用这两种型式的臂架。
4.2 ANSYS实体模型法
在根据经验设计结构草图后,用起重机设计中常用的实体单元如管、壳、梁等建立与实际情况基本吻合的实体模型,再加载验算。
优点:概念明确,能反映整个结构的应力分布、可根据实际情况对细节进行设计。同时能方便地得到结构件的真实变形。
缺点:建模复杂、只能对结构的部分参数如板厚,型钢尺寸等进行比较方便地调整,而当模型定位尺寸或布局有较大变化时,通过都需重新建模计算,而ANSYS中实体模型的重建过程比较麻烦,需花费大量的时间,且容易在建模过程中因疏忽而出现这样或那样的错误,模型的调试同样也要花较多时间,这样就造成设计效率极低。有时碰到模型多次修改的情况,情况则更严重。
4.3ANSYS综合法
考虑到传统方法和ANSYS实体模型法各有优缺点、因此在实际设计过程中可以考虑将二者结合起来,达到发挥各自的优点,提高设计效率的目的。传统设方法其实也可以通过ANSYS的线模型来实现,通过软件计算来获得各断面的轴力,弯矩及剪力分布图。可在此基础上对断面尺寸进行预估。但由于采用了ANSYS手段,则避免了传统方法计算麻烦的特点,同时调整及重新计算也非常方便,计算时还可以同时考虑垂直载荷和水平载荷的影响。同时ANSYS软件中还具有参数化建模的功能,对一些型式比较固定的模型使用参数化建模,仅通过修改几个参数就能完成模型的修改和重算,设计效率极高。但该法在比较复杂的模型中使用效果不好。
结论
4.4 结论
利用有限元程序ANSYS对塔式起重机的建模方法,对塔式起重机
结构建立有限元模型时,对各个杆件和节点的处理必须根据其受力特点进行合理的分析和优化,这样可以使计算模型更接近于实际结构,得到的计算结果才更加真实可信,从而可以在一定程度上代替现场测试。对建立的有限元模型进行了固有模态的分析计算。为了验证所建模型的有效性,对同类型号的塔机进行了实际振动信号的测取,并将实测信号的分析结果与模型分析结果进行了对比,证明建模结果合理可信,说明该方法是可行的。
结构设计中,以ANSYS作为设计工具,针对不同的结构形式采用灵活的模块组合能显著提高设计效率和质量。
(1)对某些简单的部件如大拉杆等直接采用手算或ANSYS线模型计算即可。
(2)对某些型式固定的结构则采用参数化方法较好,具调整快,不易出错的特点,特别是对今后类似的设计也可以加以借鉴。
(3)而对某些相对比较复杂的结构设计,如臂架、象鼻梁等采用粗算后复算的方法则是更好的选择。
参考文献
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