塔式起重机的参数设计分析

陈绍娟

（甘肃建投钢结构有限公司 甘肃省兰州市 730000）

塔式起重机主要就是负责建筑材料。物件以及装配工具在竖向方向以及水平方向的运输，塔式起重机工作速度快，应用范围广泛，其回转半径较大，具有安装拆卸较为简单便捷的优势，是建筑行业中应用的主要设备。加强对塔式起重机结构设计计算，分析设计参数信息，对于提升塔式起重机的性能指标，节约成本有着重要的影响。

1 塔式起重机结构设计计算

通过对现有规范分析可以发现，随着塔式起重机的大型化、规范化发展，起重机的参数直接影响其工作的稳定性，而加强对塔式起重机的结构设计计算、了解参数设计计算，分析各个结构的计算内容，基于结构力学、机械设计以及弹性力学为基础，通过三维建模软件、有限元分析软件作为研究工具，可以对塔身、起重臂等关键部位的动态特征分析，了解其各项参数指标。

1.1 组合压杆临界荷载公式

在进行塔式起重机的结构设计中，组合压杆临界荷载是重要的参数信息。综合弯矩、剪力对变形产生的影响，组合压杆临界荷载公式主要可以这样表示

而分析公式则可以发现，临界力参数Pc与Y0二者为反比关系，结构偷渡越小，其刚度则就越大，临界力也就相对越大。

1.2 腹杆布置形式对塔身承载能力参数的影响

塔式起重机是一种组合结构，其临界荷载受到腹杆的影响。在日常应用的塔式起重机，因为塔身腹杆截面积以及主肢相比要小，其与主肢之间的链接为铰接形式。通过对组合杆件中一个节间的分析，在两端施加单位剪切力，对其进行分析。

而通过分析则可以发现腹杆X型布置的结构承载能力相对较好，其整体稳定性较强，而基于安全的基础之上，可以在根本上降低制造成本。塔身经典结构单位力图如下，一次分别为1.2.3。

基于等稳定性为条件分析用材状况，为了保障结构相同的单肢稳定性以及整体的稳定性，将各个结构之间的间距设置为L，其柔度系数则为δ，则可以获得结构1的缀材的截面积为；结构2的缀材的截面；而结构1的缀材质结构2的缀材质结构3的缀材质对此，可以证明，在相同单肢稳定性以及整体稳定性的状况之下，应用新型的结构，其材料成本相对较低。

图1 塔式起重机常用结构形式

图2 塔身经典结构单位力图

2 参数设计计算

2.1 塔式起重机参数化建模方法

现阶段，应用较多的大型有限元分析软件主要有ANSYS，ABAQUS，ADINA，MSC/NASTRAN，PRO/MECHANICA，ALGOR，MSC 等相关软件，而通过不同的软件处理相同的分析，其分析结果会存在一定的区别与问题。

臂架是塔式起重机中最为关键的结果，其自身重量可以影响塔式起重机的起吊重量以及塔式起重机的其他构建的受力状况，进而影响了整机的承载能力。在保障塔式起重机的安全性以及承载能力的基础之上，适当的降低臂架自重则可以提升高塔式起重机整体经济性能以及高效性能。对此，要通过减轻臂架自重的方式进行参数设计优化处理。

要基于多项约束条件基础之上，通过数据算法确定目标函数的最优解设计方法，而优化设计参数可以在不同的方面对其进行设置。在现阶段的发展中，随着计算机技术的持续应用，通过计算机技术进行优化设计，可以提升处理质量，而应用有限元软件ANSYS对塔式起重机臂架进行优化分析，进行参数设计计算，可以处理臂架参数，确定应力、尺寸以及重量等信息内容。

2.2 优化设计模型参量

设计变量：

在进行程序编写过程中要减少设计变量的应用几率，增加设计变量就会增加10%的计算时间。而数据算法中应用设计变量就使得在局部收敛了优化结果，没有优化整体收敛，甚至存在严重不收敛的问题。而在设计变较多，则可以通过相互关联的方式进行处理，通过对横截面积、长度、高度以及宽度以及坐标的几何量分析，也可以对惯性矩、力矩以及重量等进行分析。

同时，要对优化设计中的设计变量提供最大数值以及最小数值。如果其范围过大是不会获得优化的结果信息的，而如果范围过小则就会错过其最佳方案。在实践中，如果对结果进行优化分析，可以基于经验对特定的参数进行处理，将其设置为定制，而其他参数则均为基本参数信息，在软件优化中对其进行反骨调整以及变化处理，参数处于持续的变化过程就是设计变量。设计变量可以氛围离散变量以及持续变量两种类型。而在实践中比例较大的就是持续性的变量，可以通过一般的优化方式进行处理；第二，状态变量。状态变量就是在设计变量中的应变量，其可以使物理学量。可以使应力、应变、面积以及体积等不同的几何量，在实践中无论任何变量都可以定义为状态变量。第三，目标函数。目标函数设定就是系统优化的重点内容。在优化处理中，如果有一个目标函数则就是单目标函数信息，而目标函数是设计变量的函数，要保障设计变量设置可以改变目标函数数值参数信息。如果其目标函数数量越多，其设计评价则约为良好，综合效果也更好，但是也意味着其复杂程度越高。第五，设计，在设计中的主要目标就是为了满足在约束条件之下目标函数可以实现最为理想的数值，如果其设计缺乏合理性，要对约束条件以及目标函数进行调整，通过在ANSYS中对其进行分析，形成自动生产的循环文件进Jobname.Loop，并且在优化计算机中保障其循环处理。第六，一次循环，循环一次就是对ANSYS模型进行分析，在完成最后的分析参数。第七，优化迭代，就是变化优化顺序，也就是产生全新的设计顺序进行分析循环，在常规状况之下一次迭代就等同于一次循环应用。

在进行参数设计分析以及优化过程中，基于塔式起重机臂架为基础，在保障刚度参数、强度参数、稳定性参数以及尺寸参数与约束条件吻合，进而减轻架质量，可以在根本上节约经济成本。通过ANSYS的APDL程序进行塔式起重机臂架参数模型的优化分析，效果显著，可以有效的减轻臂架重量的目标，且稳定性良好。在实践中，谈事起重机的臂架弦杆以及腹杆横截面积会相对较少，这样就会增加臂架应力，而其材料则在应力范围中。APDL程序便于修改，在塔式起重机臂架结构或析架结构的的参数计算以及优化中可以为设计人员进行模型修改以及分析提供有效参考。

3 结束语

在市场竞争过程中，降低成本，提升质量是企业持续发展的基础。塔式起重机属于一种大吨位的塔机，施工高度高，塔身的成本在总体成本比例较大，通过塔身结构优化，可以降低成本，而通过对塔式起重机的参数设计分析与研究，对塔式起重机就写结构设计计算、参数设计计算等相关内容的分析，了解了塔式起重机的信息参数，可以为相关研究提供参考。