塔式起重机臂架结构整体稳定性研究及计算平台构建

发布时间：2020-05-24 18:34

【摘要】：随着国家经济的飞速发展,由于大型超高层建设项目和核电项目等大型工程的实际建设需求,塔机的工作幅度要求逐渐提高,塔机臂架结构不断向着大型化、轻柔化发展,由此带来的臂架稳定性问题愈发明显。同时,拉杆的引入使臂架结构在起升平面外受到多个非保向力,臂架的整体稳定性计算变得复杂,这使设计人员在工程设计中的建模量、计算量大大增加。因此,本文将结合最新版本国家标准《塔式起重机设计规范GB/T 13752-2017》和近年相关的研究成果对双吊点臂架稳定性计算理论进行完善,同时以上述理论为基础构建塔式起重机臂架整体稳定性计算平台。为对现有理论进行完善补充,本文基于现有的双吊点平面外的失稳特征方程,加入了臂架自重和吊点偏心对臂架稳定性的影响。对双吊点水平式塔式起重机的臂架在不同工况下可能出现的结构退化情况进行了分析,并根据两拉杆的轴向力来判断臂架计算模型的退化结果。对于起升平面内的稳定性分析,本文在传统简支模型的基础上增加了弹性支座,利用转角位移法推导出了新的双吊点臂架起升平面内失稳特征方程,使计算结果更加合理。塔机设计过程中为了提高设计效率,格构式构件通常会被等效成实腹式构件进行分析,因此,本文对现有的格构式结构的等效惯性矩计算理论进行了总结和对比,总结了三角形、四边形截面格构式空间结构的两种等效惯性矩计算方法,即换算长细比法和等效刚度法;同时,考虑到动臂式塔机臂架截面的特点,本文对均匀变截面、阶梯变截面、对称变截面臂架的稳定性计算方法进行了介绍。最后,结合上述内容,利用C#语言和MATLAB的混合编程技术构建出计算平台,平台将Visual Studio窗体开发界面交互性强的优点与MATLAB数据处理功能强的特点相结合。经实例验证,本平台可以完成多种类型、多种工况、多种尺寸下的臂架失稳临界轴力、失稳临界吊重和计算长度系数的计算,并可以生成计算报告,为塔机设计人员提供参考,本文的研究成果将对提高设计人员工作效率和计算准确度具有很大意义。
【图文】：

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课题背景及意义重机是现代生产中必不可少的大型机械设备，它广泛应用在交通头、油田石化、电力建设（风电、核电）、建筑工程上[1]。其中，有回转半径大、起升高度高等优点，在大型工程项目的建设过程重要的作用，是最主要的施工机械之一。随着国家经济的飞速发超高层建设项目和核电项目的建设需求，塔机行业也在对产品的行不断的增加和完善[2]。了满足高起升高度和大工作范围，最大程度的满足使用需求，起度不断增加；随着优质、轻量钢材的使用，使得臂架的横截面积机不断向着大型化、轻柔化发展。这样虽然使臂架自重有所减轻臂架稳定性降低的隐患。臂架是塔机的关键承载部件，臂架设计接影响到塔机的承载能力和稳定性。结构的稳定失效是大型塔机因之一，事故原因还包括超载、架设、安装、使用不当等问题[2]，题需要引起足够的重视[4]。下图 1-1 是由于臂架失稳折断而导致

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文为了避免臂架在工作时挠度过大，以及为了提高臂架的稳定性，具有拉杆的臂架形式被广泛地采用。如下图 1-2，分别为单吊点臂架、双吊点臂架的塔机。但是拉杆对臂架的拉力方向会随着臂架挠度变化而发生改变，因此臂架的稳定性分析还会涉及到非保向力。同时，双拉杆作用下的臂架结构是一个超静定问题，，在某些工况下会出现某一根拉杆失效的情况，需要对拉杆的受力进行判断，这使得双吊点臂架在起升平面内和起升平面外的稳定性分析都变得复杂因此，对塔式起重机臂架结构的稳定性进行研究是塔机设计与校核过程中一个非常重要的环节，对塔机安全性有着非常重要的意义，同时这也是一个重点和难点。
【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】：2019
【分类号】：TH213.3

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