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摘 要

本次设计在参照同类塔式起重机基础上，对QTZ160型塔式起重机进行塔身设计及分析。在塔身设计工程中，利用了ANSYS15.0软件进行了分析计算。

在达到塔机性能参数要求的前提下进行了塔身结构大小，钢材和焊缝类型及连接螺栓的选取。并在此基础上通过对塔身作适当的简化，应用ANSYS 15.0软件建立塔身的有限元模型，并且选择了风载荷垂直于塔身和风载荷与塔身呈45度角的俩种受力情况分别进行求解，进而可得不同工况下各节点受力情况及各单元所受轴向力、轴向应力大小及各工况下塔身的变形挠度大小，清晰的展现了各工况下塔身的受力性能。

关键词：QTZ160型塔式起重机 塔身 有限元分析 ANSYS 15.0

Abstract

In the tower body design progress, it has carried Finite Element Method on the analysis computation, and used ANSYS15.0 software.

According to the entire machine main performance parameters, various organizations type and the steel structure pattern have been determined. And then, the parameter analysis is carried on two different operating modes which are composed of the direction of the wind load is parallel to the lazy arm and the direction of the wind load is at a 45 degrees angle with the lazy arm. Through the reasonable simplification of the tower body, the tower body finite element model is established by applying ANSYS15.0 software, and then it’s exerted various operating modes loads, and carried on the solution. Then ANSYS15.0 software can calculate various nodes stress situation, the axial stress various units receive, and the tower body distortion size under various operating modes. Also it can demonstrate the animation in the loads-carrying process on the tower body, which has clearly displayed the stress performance of the tower body under various operating modes.

Key words: QTZ160 tower crane ；Tower body ； Finite element； ANSYS15.0

目录

第1章 前言 1

1.1 塔式起重机概述 1

1.2 塔式起重机发展情况 1

第2章 塔身设计 3

2.1 概述 3

2.2 确定塔身设计方案 3

2.2.1 塔身结构断面型式 3

2.2.2 塔身结构腹杆系统 3

2.2.3 标准节间的联接方式 4

2.2.4 塔身结构设计 4

2.2.5 塔身基础 5

2.3 主要技术性能参数 5

2.4.塔机风力计算 6

2.4.1 工作工况Ⅰ 6

2.4.2 工作工况Ⅱ 9

2.4.3 非工作工况Ⅲ 11

2.5 抗倾覆稳定性 13

2.5.1工作工况Ⅰ 14

2.5.2 工作工况Ⅱ 15

2.6固定基础稳定性 16

第 3 章 有限元优化 17

3.1 ansys模型建立 17

3.2 ansys模型分析 20

3.2.1 施加载荷 20

3.2.2风载荷垂直于塔身平面时 20

3.2.3 风载荷与塔身侧面为45度时 23

3.3结论 25

第4章 焊缝及螺栓的校核 26

4.1 焊缝强度 26

4.2高强度螺栓 27

第五章 总结与展望 29

主要参考文献 30

致谢 31

第1章 前言

1.1 塔式起重机概述

塔式起重机广泛的应用于各种生产之中。其主要作用是起吊重物并通过回转机构的转动把重物运送到施工位置。位于起重臂上的起升机构顾名思义是用于将重物吊起并通过回转机构的旋转将吊起的重物运到需要的地方。其他的还有小车牵引机构等。塔吊在高层建筑施工中具有相对于其他起重机十分明显的优势，那就是其幅度利用率比其他类型产品高出很多，尤其随着高度的增加，该优势也随着增加。因此在高层建筑施工中基本都选择塔吊作为主要的起重设备，塔吊的广泛使用可以显著的降低施工成本，提高作业效率。

1.2 塔式起重机发展情况

塔式起重机第一次出现在100年前的欧洲，在之后由于一战和二战中欧洲各国经受了战争的摧残，留下的是一片片的废墟，各国重建家园的任务十分艰巨，极其巨大的工作量已经无法靠人力和简单的移动式起重机能够完成的了。这时欧洲各国认识到塔吊的性能强大，于是在使用的过程中不断改进和研发，塔吊技术也随之迅速发展。到了如今塔吊已经是工程机械中的重要部分。国外塔吊发展以欧洲各国为代表。目前欧洲主要厂家有法国Potain，德国Liebberr、Peiner、Wolff，意大利Comedil，西班牙Comansa。

中国的塔吊起步于1950年后，刚刚建国的国家大力进行经济建设，需要一种具有结构稳定同时起重性能强的工程器械，于是从国外引进了塔吊，在施工使用中进行了研究分析并建立起了初始的塔吊设计制造基础。在20世纪60年代我国具备了自行设计与制造塔吊的能力。到了70年代，靠仿制50年代引进的旧式产品已经无法满足日新月异的建筑施工的需要，于是在国内的研究人员努力下各种新式塔吊被设计出来，国内塔吊的技术和种类都进入了一个新阶段。90年代后，改革开放取得了十分巨大的成果，国内的经济得到了发展，同时带动了国内房地产行业的兴起。急剧增加的房屋建设需求使得社会上对塔吊的需求量极大增加，这就给我国的塔吊行业带来了新的发展机会。从此我国的塔吊行业开始腾飞，不再落后于国外的产品，可以和国外厂商的产品同台竞技。

第2章 塔身设计

2.1 概述

结构设计是后续设计的基础和框架。没有一个正确的结构设计就无法完成后续的设计，而且一个优秀的结构设计能够使得后续的设计难度有着极大的降低，也是对设计能否成功的一个有力支撑。结构设计需要了解目前常用的一些结构的优点与缺点，这样才能做成更好的选择或者设计。结构设计需要做到的是在达到设计要求的同时能够做到生产成本的节省，还要尽可能少的使用高难度工艺，使得生产的方便与经济。

2.2 确定塔身设计方案

本次设计器械类型为上回转液压自升式。本次设计任务仅包含塔身的设计及优化，塔身以外的其余部件参数及设计由同组别同学提供。

2.2.1 塔身结构断面型式

经过结构稳定性及生产便捷性考虑选择方形断面。方形断面被大部分塔机生产公司所采用证明其结构的实用性和安全性。塔身的标准节由角钢进行焊接而成，选择的尺寸为2.0m×2.0m。标准节的常用的尺寸是2.5m和3m，此次选用标准节长度为3m。

2.2.2 塔身结构腹杆系统

塔身结构的腹杆系统采用角钢制成，腹杆可焊装与角钢主弦杆内侧或焊装于角钢主弦杆外侧，斜腹杆和水平腹杆可采用同一规格，腹杆有三角形，K字型等多种布置形式，腹杆不同会影响塔身的扭转刚度和弹性稳定[1]。本次设计腹杆采用三角形布置。

2.2.3 标准节间的联接方式

塔身标准节的联接方式有很多种类，各有各的优缺点，其中盖板螺栓联接和套柱螺栓联接应用最广。本次设计的QTZ160塔机采用套柱螺栓联接，其特点是：套柱采用齐口定位，螺栓受拉，用低合金结构钢制作。

2.2.4 塔身结构设计

塔身标准节的结构采用整体式布局，如图2-1所示：

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