塔式起重机力学仿真系统的开发与应用
发布时间：2021-10-27 10:43
塔式起重机是建筑行业中重要的施工设备,主要依靠起升、回转和变幅机构的运行来完成货物的装卸和运输工作,三大机构频繁启制动产生的动载荷必然会引起塔式起重机结构的振动,而结构振动产生的动应力会造成机械零件的疲劳破坏。本文基于Visual Studio和ANSYS软件间的接口技术,结合塔式起重机的结构特点和实际工况,开发了一种专用的塔式起重机力学仿真系统,并应用该系统进行了塔式起重机结构的静应力、动应力和振动仿真,得到了塔式起重机结构在各工况下的最大静应力、最大动应力和振动响应的情况。主要研究内容如下:（1）根据塔式起重机的结构特点和动力学特性,结合ANSYS和Visual Studio软件及相关开发语言的特点,确定了塔式起重机力学仿真系统的功能要求,设计了仿真系统的总体框架和系统界面,制定了系统开发流程,应用APDL参数化设计语言建立了塔式起重机有限元模型,并充分利用Visual Studio与ANSYS的接口技术、用户界面参数传递技术和仿真结果显示技术,建立起具有静应力、动应力和振动特性仿真等功能的塔式起重机力学仿真系统。（2）应用塔式起重机力学仿真系统进行了塔式起重机结构的静力学仿真,得...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔式起重机施工现场
?绕涫墙峁沟亩?α?驼穸?侍狻Ｒ虼耍?菊露运?狡鹬鼗???匦苑?面的相关背景和研究进展进行了分析，为后续的科研工作做好准备。1.1课题背景近几年来我国的现代工业和建筑业的发展迅猛，塔式起重机因具有工作效率高、幅度利用率大和部件互换性强等优点而被广泛应用，已成为建筑行业的主要施工机械，塔式起重机施工现场如图1.1所示。为了适应现代建筑行业施工工艺的发展，使得塔式起重机逐渐出现工作重心升高、工作负载增大和稳定性变差等特点，倒塌事故的频繁发生又使其归为事故多发的设备[1]，塔式起重机倒塌事故现场如图1.2所示。塔式起重机多数是满载情况下工作，各结构都承受着较大的应力，极易产生各种安全问题，严重威胁着工人的人身安全。同时，由于塔式起重机自身结构设计问题而造成机械部件损坏的情况也时有发生，因此在塔式起重机设计之初，就要采用正确的设计方法，全面考虑工作中可能遇到的各种状况，从而保证起重机结构的安全性和可靠性。图1.1塔式起重机施工现场图1.2塔式起重机倒塌事故现场塔式起重机是通过起升机构、变幅机构和回转机构来实现货物的吊装和运输工作，而三大机构的频繁启制动产生的动载荷引起起重机的结构振动，从而使塔身和起重臂结构承受着动应力的影响，严重影响自身结构的稳定和安全。因此，塔式起重机结构在设计时，不仅要满足传统静态性能要求，还必须要充分考虑结构的动态特性影响。随着计算机软件技术和仿真技术在国内外飞速的发展，使得ANSYS等有限元分析软件在工业领域和科研界广泛应用起来。塔式起重机的传统设计主要通过工程人员手工计算来完成，计算过程往往过于简化和做等效处理而导致结果不够精确，设计效率低下，耗时
山东建筑大学硕士学位论文6第2章仿真系统的功能要求及开发工具在塔式起重机力学仿真系统设计前，需要先分析塔式起重机的结构特点和动力学特性，确定整个仿真系统设计预期达到的功能要求和界面要求，本章分析了ANSYS软件和VisualStudio软件及其开发语言的特点，为后面系统的结构和功能设计奠定了基矗2.1塔式起重机的结构特点及动力学特性分析2.1.1塔式起重机的结构特点塔式起重机主要由工作机构、金属结构和驱动控制系统三大部分组成[28]。工作机构包括起升机构、变幅机构和回转机构等，起升机构是使货物完成升降运动；变幅机构可通过小车改变货物在起重臂上的位置；回转机构能使起重臂做水平面内的圆周运动。金属结构是塔式起重机的骨架，包括起重臂、塔身、平衡臂以及爬梯、护栏的附件结构，承受着整机结构的自重和工作时的各种载荷。另外，各机构工作动力的提供和驱制动装置的控制都是通过驱动控制系统来完成的。2.1.2结构参数和性能参数（1）结构参数塔身是承受着塔式起重机上部的重量和载荷重量，是由标准节和基础节连接组成的，它主要承受轴向力和弯矩。标准节结构型式为空间桁架结构，其主弦杆和腹杆的材料选用角钢，通常是K字型布置方式。标准节之间选用套柱螺栓联接，这用联接方式拆卸方便，可承受较大载荷，标准节结构模型如图2.1所示。图2.1标准节结构模型起重臂的上弦杆为圆钢管，下弦杆为角钢焊成的方管，它主要承受轴向力和弯矩作用。本文的起重臂结构型式为桁架水平式，小车通过沿下弦杆的往返运动来调整货物的位置，起重臂结构模型如图2.2所示。起重臂结构共分为八节，其中起重臂第一节的截面是由矩形过渡到三角形，起重臂第四节的截面是由大三角形过渡到小三角形，起重臂之间选用销
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于C#.NET的ANSYS擦窗机立柱的二次开发[J]. 丁洋,王红,熊红州. 现代制造技术与装备. 2019(08)
[2]塔式起重机结构有限元设计计算[J]. 边晓伟,杨东东,张帆. 建筑机械. 2017(10)
[3]动臂塔式起重机的动态特性及其影响分析[J]. 崔少杰,范顺成,管啸天,张顺心. 机械设计. 2015(02)
[4]塔式起重机的静动态分析[J]. 陈爱玖,张钰,聂福全. 建设机械技术与管理. 2014(04)
[5]浅析塔式起重机安全评估[J]. 潘亮,张作萍. 建筑安全. 2013(08)
[6]基于C#.NET的ANSYS二次开发优化设计技术及应用[J]. 李淇阳,彭龑. 石油化工设备. 2013(01)
[7]基于Ansys的塔式起重机振动模态分析[J]. 沈荣胜,王胜春,王积永. 起重运输机械. 2011(09)
[8]某塔式起重机整体结构应力分析[J]. 雷经发,陈雪辉,雷声,刘琦. 湖北工业大学学报. 2011(04)
[9]塔式起重机起升动载激励下的瞬态响应分析[J]. 沈荣胜,王胜春,张青. 建筑机械化. 2011(08)
[10]塔机型式试验中结构应力测试方法研究[J]. 王娟,陈红军,刘大宝,肖学全,李伟杰. 中国特种设备安全. 2009(05)
博士论文
[1]动臂塔式起重机动态特性及优化设计研究[D]. 崔少杰.河北工业大学 2016
硕士论文
[1]基于ANSYS的平头塔式起重机动态特性分析[D]. 韩松君.山东建筑大学 2019
[2]平头塔式起重机结构动态特性研究与分析[D]. 张恩.山东建筑大学 2019
[3]基于工业物联网的生产线远程监控系统研究[D]. 贾召喜.河北工业大学 2015
[4]QTZ63自升式塔式起重机起重臂结构分析[D]. 王震.长安大学 2014
[5]林业起重机结构有限元分析与软件开发[D]. 付宜进.燕山大学 2014
[6]QTZ80型塔式起重机静动强度分析与动力学特性研究[D]. 李俊斐.湘潭大学 2014
[7]QTZ40型塔式起重机的设计及其性能分析[D]. 贾园园.江苏科技大学 2013
[8]FZQ2580型动臂式塔机结构设计计算分析[D]. 王班.哈尔滨工业大学 2010
[9]基于ANSYS的塔式起重机结构应力分析与试验研究[D]. 马俊.华南理工大学 2009
[10]塔式起重机整机系统动力学仿真研究[D]. 席瑞萍.太原科技大学 2009
本文编号：3461442
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔式起重机施工现场
?绕涫墙峁沟亩?α?驼穸?侍狻Ｒ虼耍?菊露运?狡鹬鼗???匦苑?面的相关背景和研究进展进行了分析，为后续的科研工作做好准备。1.1课题背景近几年来我国的现代工业和建筑业的发展迅猛，塔式起重机因具有工作效率高、幅度利用率大和部件互换性强等优点而被广泛应用，已成为建筑行业的主要施工机械，塔式起重机施工现场如图1.1所示。为了适应现代建筑行业施工工艺的发展，使得塔式起重机逐渐出现工作重心升高、工作负载增大和稳定性变差等特点，倒塌事故的频繁发生又使其归为事故多发的设备[1]，塔式起重机倒塌事故现场如图1.2所示。塔式起重机多数是满载情况下工作，各结构都承受着较大的应力，极易产生各种安全问题，严重威胁着工人的人身安全。同时，由于塔式起重机自身结构设计问题而造成机械部件损坏的情况也时有发生，因此在塔式起重机设计之初，就要采用正确的设计方法，全面考虑工作中可能遇到的各种状况，从而保证起重机结构的安全性和可靠性。图1.1塔式起重机施工现场图1.2塔式起重机倒塌事故现场塔式起重机是通过起升机构、变幅机构和回转机构来实现货物的吊装和运输工作，而三大机构的频繁启制动产生的动载荷引起起重机的结构振动，从而使塔身和起重臂结构承受着动应力的影响，严重影响自身结构的稳定和安全。因此，塔式起重机结构在设计时，不仅要满足传统静态性能要求，还必须要充分考虑结构的动态特性影响。随着计算机软件技术和仿真技术在国内外飞速的发展，使得ANSYS等有限元分析软件在工业领域和科研界广泛应用起来。塔式起重机的传统设计主要通过工程人员手工计算来完成，计算过程往往过于简化和做等效处理而导致结果不够精确，设计效率低下，耗时
山东建筑大学硕士学位论文6第2章仿真系统的功能要求及开发工具在塔式起重机力学仿真系统设计前，需要先分析塔式起重机的结构特点和动力学特性，确定整个仿真系统设计预期达到的功能要求和界面要求，本章分析了ANSYS软件和VisualStudio软件及其开发语言的特点，为后面系统的结构和功能设计奠定了基矗2.1塔式起重机的结构特点及动力学特性分析2.1.1塔式起重机的结构特点塔式起重机主要由工作机构、金属结构和驱动控制系统三大部分组成[28]。工作机构包括起升机构、变幅机构和回转机构等，起升机构是使货物完成升降运动；变幅机构可通过小车改变货物在起重臂上的位置；回转机构能使起重臂做水平面内的圆周运动。金属结构是塔式起重机的骨架，包括起重臂、塔身、平衡臂以及爬梯、护栏的附件结构，承受着整机结构的自重和工作时的各种载荷。另外，各机构工作动力的提供和驱制动装置的控制都是通过驱动控制系统来完成的。2.1.2结构参数和性能参数（1）结构参数塔身是承受着塔式起重机上部的重量和载荷重量，是由标准节和基础节连接组成的，它主要承受轴向力和弯矩。标准节结构型式为空间桁架结构，其主弦杆和腹杆的材料选用角钢，通常是K字型布置方式。标准节之间选用套柱螺栓联接，这用联接方式拆卸方便，可承受较大载荷，标准节结构模型如图2.1所示。图2.1标准节结构模型起重臂的上弦杆为圆钢管，下弦杆为角钢焊成的方管，它主要承受轴向力和弯矩作用。本文的起重臂结构型式为桁架水平式，小车通过沿下弦杆的往返运动来调整货物的位置，起重臂结构模型如图2.2所示。起重臂结构共分为八节，其中起重臂第一节的截面是由矩形过渡到三角形，起重臂第四节的截面是由大三角形过渡到小三角形，起重臂之间选用销
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于C#.NET的ANSYS擦窗机立柱的二次开发[J]. 丁洋,王红,熊红州. 现代制造技术与装备. 2019(08)
[2]塔式起重机结构有限元设计计算[J]. 边晓伟,杨东东,张帆. 建筑机械. 2017(10)
[3]动臂塔式起重机的动态特性及其影响分析[J]. 崔少杰,范顺成,管啸天,张顺心. 机械设计. 2015(02)
[4]塔式起重机的静动态分析[J]. 陈爱玖,张钰,聂福全. 建设机械技术与管理. 2014(04)
[5]浅析塔式起重机安全评估[J]. 潘亮,张作萍. 建筑安全. 2013(08)
[6]基于C#.NET的ANSYS二次开发优化设计技术及应用[J]. 李淇阳,彭龑. 石油化工设备. 2013(01)
[7]基于Ansys的塔式起重机振动模态分析[J]. 沈荣胜,王胜春,王积永. 起重运输机械. 2011(09)
[8]某塔式起重机整体结构应力分析[J]. 雷经发,陈雪辉,雷声,刘琦. 湖北工业大学学报. 2011(04)
[9]塔式起重机起升动载激励下的瞬态响应分析[J]. 沈荣胜,王胜春,张青. 建筑机械化. 2011(08)
[10]塔机型式试验中结构应力测试方法研究[J]. 王娟,陈红军,刘大宝,肖学全,李伟杰. 中国特种设备安全. 2009(05)
博士论文
[1]动臂塔式起重机动态特性及优化设计研究[D]. 崔少杰.河北工业大学 2016
硕士论文
[1]基于ANSYS的平头塔式起重机动态特性分析[D]. 韩松君.山东建筑大学 2019
[2]平头塔式起重机结构动态特性研究与分析[D]. 张恩.山东建筑大学 2019
[3]基于工业物联网的生产线远程监控系统研究[D]. 贾召喜.河北工业大学 2015
[4]QTZ63自升式塔式起重机起重臂结构分析[D]. 王震.长安大学 2014
[5]林业起重机结构有限元分析与软件开发[D]. 付宜进.燕山大学 2014
[6]QTZ80型塔式起重机静动强度分析与动力学特性研究[D]. 李俊斐.湘潭大学 2014
[7]QTZ40型塔式起重机的设计及其性能分析[D]. 贾园园.江苏科技大学 2013
[8]FZQ2580型动臂式塔机结构设计计算分析[D]. 王班.哈尔滨工业大学 2010
[9]基于ANSYS的塔式起重机结构应力分析与试验研究[D]. 马俊.华南理工大学 2009
[10]塔式起重机整机系统动力学仿真研究[D]. 席瑞萍.太原科技大学 2009
本文编号：3461442
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