SOLIDWORKS仿真塔式起重机的分析 | 技术文章

近几年来，随着建筑业的不断发展，塔式起重机（简称塔机）应用日趋广泛，且已成为高层建筑施工的主要垂直运输设备。然而，各种大型施工设备发生的事故中，塔式起重机占绝大多数。因此，需要对塔机的强度做详细分析，防止由于结构原因导致机毁人亡！本文应用SolidWorks对塔式起重机整体和塔机的平衡臂做分析研究。

一、塔机整体分析

塔机整体分析主要是验证结构合理性，看整体性能。在SolidWorks设计模型可以很详细，分析模型就需要简化。这里以QTZ400塔机为例，此塔机为水平起重臂，小车变幅，上回转自升多用途塔机。其行走式外形图和SolidWorks中的设计模型如下图所示：

在SolidWorks中建立分析模型：因为塔机属于桁架式，所以在分析的时候要采用横梁单元，梁单元是把框架分解成很小的直杆，并应用相似的变形到每个直杆。每个直杆有两个节点，每个节点有6个自由度。比如下面的框架结构，采用梁单元可以划分为其原理如下图所示：

依据横梁单元的原理，在此塔机平衡作用下，在SolidWorks中其整体结构稳定性分析结果如下图所示：

从分析结果来看，整体结构趋势良好，但是在实际工作中，塔机的平衡臂经常会出现一些意向不到的疲劳，特别是在拉杆和平衡臂交接位置。对于分析来说，如果部件出现问题要先分析整体，整体结构良好在分析细节，目前整体情况良好，可以把平衡臂单独分离出来，可以详细的建立模型，以便得到更准确的结果。

二、塔机局部细节分析

在实际当中因为关心的是拉杆和平衡臂交接位置，所以在做模型的时候也把拉杆做出来，以方便整体受力的分析！

根据塔机的工作原理，转化边界条件，平衡臂的右边固定，拉杆的上端也固定。由于平衡臂自身重量不能忽略，所以要考虑自身的重量；在平衡臂的左边是操作间，转化为10T的力，整个边界调节确定完之后，在SolidWorks中的分析结果如下图所示：

分析结果和实际结果趋势一样，也是在平衡臂和拉杆之间，最大为450MPa，和屈服强度相比相对较大，有待改进结构或者更换更好的材料。为了更好的改进结构，在SolidWorks的分析中也可以查看轴心力，可以单独查看每根梁的轴心力也可以查看整体的轴心力，整体轴心力分布图如下图所示：

列举横梁力和横梁应力如下图所示：

以上局部的细节分析给我们的细节改进提供了指导意见；当然，在分析中不仅是静态结构分析，因为塔机的工作环境是室外，也可以考虑刮风对塔机的影响，这就需要把风转化为风载，可以直接转化成静态结构分析，也可以使用振动分析；对于振动分析，也可以分析地震对塔机的影响，只需要知道地震波的相关数据就可以模拟，在这里就不详细说明。

从上面的分析，我们可以看到分析可以模拟很多我们在实际工作和实验条件满足不了的工况，并且代价小，可以减少样机制造和测试！

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