塔式起重機的參數設計分析

陳紹娟

（甘肅建投鋼結構有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

塔式起重機主要就是負責建筑材料。物件以及裝配工具在豎向方向以及水平方向的運輸，塔式起重機工作速度快，應用范圍廣泛，其回轉半徑較大，具有安裝拆卸較為簡單便捷的優勢，是建筑行業中應用的主要設備。加強對塔式起重機結構設計計算，分析設計參數信息，對于提升塔式起重機的性能指標，節約成本有著重要的影響。

1 塔式起重機結構設計計算

通過對現有規范分析可以發現，隨著塔式起重機的大型化、規范化發展，起重機的參數直接影響其工作的穩定性，而加強對塔式起重機的結構設計計算、了解參數設計計算，分析各個結構的計算內容，基于結構力學、機械設計以及彈性力學為基礎，通過三維建模軟件、有限元分析軟件作為研究工具，可以對塔身、起重臂等關鍵部位的動態特征分析，了解其各項參數指標。

1.1 組合壓桿臨界荷載公式

在進行塔式起重機的結構設計中，組合壓桿臨界荷載是重要的參數信息。綜合彎矩、剪力對變形產生的影響，組合壓桿臨界荷載公式主要可以這樣表示

而分析公式則可以發現，臨界力參數Pc與Y0二者為反比關系，結構偷渡越小，其剛度則就越大，臨界力也就相對越大。

1.2 腹桿布置形式對塔身承載能力參數的影響

塔式起重機是一種組合結構，其臨界荷載受到腹桿的影響。在日常應用的塔式起重機，因為塔身腹桿截面積以及主肢相比要小，其與主肢之間的鏈接為鉸接形式。通過對組合桿件中一個節間的分析，在兩端施加單位剪切力，對其進行分析。

而通過分析則可以發現腹桿X型布置的結構承載能力相對較好，其整體穩定性較強，而基于安全的基礎之上，可以在根本上降低制造成本。塔身經典結構單位力圖如下，一次分別為1.2.3。

基于等穩定性為條件分析用材狀況，為了保障結構相同的單肢穩定性以及整體的穩定性，將各個結構之間的間距設置為L，其柔度系數則為δ，則可以獲得結構1的綴材的截面積為；結構2的綴材的截面；而結構1的綴材質結構2的綴材質結構3的綴材質對此，可以證明，在相同單肢穩定性以及整體穩定性的狀況之下，應用新型的結構，其材料成本相對較低。

圖1 塔式起重機常用結構形式

圖2 塔身經典結構單位力圖

2 參數設計計算

2.1 塔式起重機參數化建模方法

現階段，應用較多的大型有限元分析軟件主要有ANSYS，ABAQUS，ADINA，MSC/NASTRAN，PRO/MECHANICA，ALGOR，MSC 等相關軟件，而通過不同的軟件處理相同的分析，其分析結果會存在一定的區別與問題。

臂架是塔式起重機中最為關鍵的結果，其自身重量可以影響塔式起重機的起吊重量以及塔式起重機的其他構建的受力狀況，進而影響了整機的承載能力。在保障塔式起重機的安全性以及承載能力的基礎之上，適當的降低臂架自重則可以提升高塔式起重機整體經濟性能以及高效性能。對此，要通過減輕臂架自重的方式進行參數設計優化處理。

要基于多項約束條件基礎之上，通過數據算法確定目標函數的最優解設計方法，而優化設計參數可以在不同的方面對其進行設置。在現階段的發展中，隨著計算機技術的持續應用，通過計算機技術進行優化設計，可以提升處理質量，而應用有限元軟件ANSYS對塔式起重機臂架進行優化分析，進行參數設計計算，可以處理臂架參數，確定應力、尺寸以及重量等信息內容。

2.2 優化設計模型參量

設計變量：

在進行程序編寫過程中要減少設計變量的應用幾率，增加設計變量就會增加10%的計算時間。而數據算法中應用設計變量就使得在局部收斂了優化結果，沒有優化整體收斂，甚至存在嚴重不收斂的問題。而在設計變較多，則可以通過相互關聯的方式進行處理，通過對橫截面積、長度、高度以及寬度以及坐標的幾何量分析，也可以對慣性矩、力矩以及重量等進行分析。

同時，要對優化設計中的設計變量提供最大數值以及最小數值。如果其范圍過大是不會獲得優化的結果信息的，而如果范圍過小則就會錯過其最佳方案。在實踐中，如果對結果進行優化分析，可以基于經驗對特定的參數進行處理，將其設置為定制，而其他參數則均為基本參數信息，在軟件優化中對其進行反骨調整以及變化處理，參數處于持續的變化過程就是設計變量。設計變量可以氛圍離散變量以及持續變量兩種類型。而在實踐中比例較大的就是持續性的變量，可以通過一般的優化方式進行處理；第二，狀態變量。狀態變量就是在設計變量中的應變量，其可以使物理學量。可以使應力、應變、面積以及體積等不同的幾何量，在實踐中無論任何變量都可以定義為狀態變量。第三，目標函數。目標函數設定就是系統優化的重點內容。在優化處理中，如果有一個目標函數則就是單目標函數信息，而目標函數是設計變量的函數，要保障設計變量設置可以改變目標函數數值參數信息。如果其目標函數數量越多，其設計評價則約為良好，綜合效果也更好，但是也意味著其復雜程度越高。第五，設計，在設計中的主要目標就是為了滿足在約束條件之下目標函數可以實現最為理想的數值，如果其設計缺乏合理性，要對約束條件以及目標函數進行調整，通過在ANSYS中對其進行分析，形成自動生產的循環文件進Jobname.Loop，并且在優化計算機中保障其循環處理。第六，一次循環，循環一次就是對ANSYS模型進行分析，在完成最后的分析參數。第七，優化迭代，就是變化優化順序，也就是產生全新的設計順序進行分析循環，在常規狀況之下一次迭代就等同于一次循環應用。

在進行參數設計分析以及優化過程中，基于塔式起重機臂架為基礎，在保障剛度參數、強度參數、穩定性參數以及尺寸參數與約束條件吻合，進而減輕架質量，可以在根本上節約經濟成本。通過ANSYS的APDL程序進行塔式起重機臂架參數模型的優化分析，效果顯著，可以有效的減輕臂架重量的目標，且穩定性良好。在實踐中，談事起重機的臂架弦桿以及腹桿橫截面積會相對較少，這樣就會增加臂架應力，而其材料則在應力范圍中。APDL程序便于修改，在塔式起重機臂架結構或析架結構的的參數計算以及優化中可以為設計人員進行模型修改以及分析提供有效參考。

3 結束語

在市場競爭過程中，降低成本，提升質量是企業持續發展的基礎。塔式起重機屬于一種大噸位的塔機，施工高度高，塔身的成本在總體成本比例較大，通過塔身結構優化，可以降低成本，而通過對塔式起重機的參數設計分析與研究，對塔式起重機就寫結構設計計算、參數設計計算等相關內容的分析，了解了塔式起重機的信息參數，可以為相關研究提供參考。