可展式移动平衡重塔式起重机结构设计分析

发布时间：2017-10-19 02:02

  本文关键词：可展式移动平衡重塔式起重机结构设计分析

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【摘要】：为了改善频繁的高应力工作状态,延长塔机使用寿命,移动平衡重塔机应运而生,但其出现并没有大幅改善塔机的应力水平,反而带来了很多缺陷,致使应用不多。针对目前国内外可移动平衡重塔式起重机结构不合理导致受力不均匀等缺点,本课题提出了一种新的解决方案来改善塔机的结构。本课题设计的新型可移动平衡重塔式起重机机构,引入了可展结构,即将剪式铰单元组合到塔机结构中。可展结构的空间缩放特性大幅的增加了平衡重的水平移动距离,减少了塔身顶部的平衡弯矩,这是传统的移动平衡重塔机无法比拟的,目标是使得动臂式塔机满足塔机稳定性和静刚度要求,同时本设计动态特性更加出色,侧向位移也相较固定平衡重塔机大幅减少,塔身稳定性更加可靠,而且能够充分利用动臂和塔身材料结构,大幅减轻塔机自重,降低功耗。首先,进行塔机结构原理设计与分析。基于动态静力学分析方法,得到了塔机上各部分结构的力学特性,并分析了塔机变幅力、侧向位移、塔身稳定性特性。然后,进行塔机运动学分析与结构优化设计。以动态位移响应幅值为优化目标,对结构构件尺寸参数进行了优化设计,保证了在塔身静刚度计算条件下的最优解。接着,进行塔机结构设计与有限元分析。根据塔机规范,确定技术指标,并设计塔机各部分结构,包括起升机构,变幅机构,回转机构,顶升机构,移动平衡重机构,并进行相应的减速机与制动器选型。通过ANSYS软件进行了静力学分析,模态分析,和瞬态响应分析,满足结构特性。之后,基于等效元素集成法建立相应的平面等效模型,从而推导出塔机动力学方程,通过Adams仿真对起升机构和变幅机构的仿真分析与验证,设计合理可靠。最后,与固定平衡重塔机在变幅力、侧向位移、塔身稳定性做了比较,得出结论是,本课题设计的新型可移动平衡重塔式起重机机构,结构自重更轻,起重量更大,受力更加合理,使用寿命更长,提高了可移动平衡重塔式起重机的性能。
【关键词】：移动平衡重 剪式铰单元 动态静力学 动力学分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 课题研究的背景和意义10-12
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析12-17
• 1.2.1 可移动平衡重式塔机发展现状及分析12-16
• 1.2.2 塔式起重机结构的国内外研究现状及分析16
• 1.2.3 多体动力学分析方法国内外发展现状及分析16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 移动平衡重式塔机结构原理设计与分析19-40
• 2.1 引言19
• 2.2 移动平衡重动臂塔机方案设计19-21
• 2.3 移动平衡重塔机机构运动学分析21-23
• 2.4 移动平衡重塔机机构动态静力分析23-30
• 2.4.1 移动平衡重塔机机构动态静力学计算24-28
• 2.4.2 移动平衡重动臂塔机摆动力和摆动力矩计算28-30
• 2.5 变幅力计算30-33
• 2.6 动臂结构强度和稳定性计算33-35
• 2.6.1 动臂结构强度计算33-35
• 2.6.2 动臂整体稳定性计算35
• 2.7 塔身稳定性计算35-36
• 2.8 塔身静态刚性校核36-38
• 2.9 起重机特性曲线38-39
• 2.10 本章小结39-40
• 第3章 移动平衡重式塔机运动学分析和结构优化设计40-45
• 3.1 引言40
• 3.2 移动平衡重动臂塔机简化模型40-41
• 3.3 移动平衡重机构工作空间41
• 3.4 移动平衡重塔机结构尺寸优化41-44
• 3.4.1 建立坐标系确定设计变量41-42
• 3.4.2 给定目标函数42
• 3.4.3 添加约束条件42-43
• 3.4.4 确定优化目标函数43-44
• 3.4.5 移动平衡重塔机机构多目标优化模型求解44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 移动平衡重式塔机结构设计与有限元分析45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 塔机技术指标45
• 4.3 特性曲线45-46
• 4.4 总体方案46-52
• 4.4.1 起升机构47-49
• 4.4.2 变幅机构49-51
• 4.4.3 回转机构51
• 4.4.4 顶升机构51
• 4.4.5 移动平衡重机构51
• 4.4.6 减速器和制动器选型51-52
• 4.5 塔机有限元分析52-56
• 4.5.1 有限元模型建立52
• 4.5.2 静力学分析52-54
• 4.5.3 模态分析54-55
• 4.5.4 瞬态响应分析55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 移动平衡重式塔机动力学分析与仿真57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 移动平衡重动臂塔机机构动力学分析57-64
• 5.2.1 等效系统转换矩阵建立57-58
• 5.2.2 建立等效系统转换矩阵58-60
• 5.2.3 塔机组装等效质量阵60-62
• 5.2.4 二阶张量T_(ia)和三阶张量T'_(ibc)62-63
• 5.2.5 广义力矩阵63-64
• 5.3 移动平衡重式塔机动力学仿真64-70
• 5.3.1 移动平衡重塔机仿真模型的建立64-67
• 5.3.2 移动平衡重塔机动力学仿真与结果分析67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

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本文编号：1058401