平头塔机起重臂的结构优化

刘晋亮，田 鹏，范立富，李碧玉

(山西省工程机械有限公司 技术中心，山西 太原 030003)

随着我国装配式建筑的发展，大型平头塔式起重机的应用日益宽广。起重臂作为塔机最主要的部件之一，其结构强度和刚度决定着塔机工作的安全性与可靠性。在设计平头塔机时，通常是将塔机起重臂理想化为空间桁架，利用结构力学桁架理论对塔机起重臂进行计算的。这种方法难以精确地计算起重臂各杆件的最大应力，且计算量大，难以满足实际设计的需要[1]。本文结合工程实际经验，应用静力学方法，基于Solidworks Simulation软件对国产C7020P塔机起重臂进行优化设计，以期在满足塔机安全性的基础上，实现塔机起重臂的轻量化设计，降低其制造成本。

1 起重臂的有限元模型

按《塔式起重机设计规范》要求，塔机必须工作在其材料的弹性范围内[2]。因此，本文在建模、加载及求解过程中只考虑弹性情况，而不考虑材料塑性的影响[3]。起重臂弹性变形量较起重臂长度而言很小，故可对起重臂的有限元模型进行线性分析。

在有限元建模时，应根据实际情况进行必要简化。具体来说：起重臂附件相对起重臂整体结构而言，几何尺寸小、质量分布较为集中，在整体结构分析时可对附件进行等效处理；变幅钢丝绳的质量分布比较均匀，可通过改变相应杆件的密度来添加其质量；变幅小车、吊钩因与吊重同步，可将它们的质量与吊重一起作为起升载荷处理；起重臂风载及回转惯性力实际是作用在主弦及腹杆单元上的均布载荷，为便于处理，可将其等效为节点集中力(根据圣维南原理，这种处理仅影响简化部件作用点附近的局部应力大小及分布，对起重臂整体应力变化及分布不会有大的影响)。……