基于Ansys对自行式塔式起重机臂架系统设计仿真案例

塔式起重机是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。工作范围大，主要用于多层和高层建筑施工中材料的垂直运输和构件安装。由金属结构，工作机构和电气系统这三部分组成。金属结构包括塔身、动臂、底座、附着杆等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。臂架属于关键装置承载着起重货物与旋转链接的重要作用。

客户简介

华电重工股份有限公司（中文简称“华电重工”，英文简称“HHI”）是中国华电科工集团有限公司的核心业务板块及资本运作平台。华电重工以工程系统设计与总承包为龙头，EPC 总承包、装备制造和投资运营协同发展相结合，致力于为客户在物料输送工程、热能工程、高端钢结构工程、工业噪声治理工程、海上风电工程、光伏、氢能和智慧港机等方面提供工程系统整体解决方案。公司业务涵盖国内外电力、煤炭、石化、矿山、冶金、港口、水利、 建材、城建等领域。

挑战和需求

起重机臂架系统作为整体结构的输出系统，整体的刚度强度是评判设备优劣及安全与否的关键。起重机副臂一般由两节臂组成，一节为桁驾结构，一节为箱形结构。臂与臂靠销轴连接，整个副臂的总质量一般都超过1.5t，由固定在吊臂一侧的副臂支架支撑。

由于副臂质量较大，在打开或回收的过程中常出现的问题，主要有：插播前支架的长轴比较困难，吊臂臂头交电上下两孔与副臂交点上下两孔不重合，致使插播销轴困难，推拉副臂很费力；设计时无法兼顾五大部件荷载情况包括：主臂、变幅撑杆、水平撑杆、三脚架、塔柱。

自行式塔式起重机

起重机有限元模型

主臂位移云图

局部应力云图

解决方案

本次仿真分析将臂架系统方案设计方案五大部件在位运行及极端载荷情况下通过 Ansys Mechanical 模块进行刚度强度校核，结合设计规范给出设计是否满足力学要求进行模拟仿真。

最终成果

对自行式塔式起重机臂架系统设计仿真，通过加载计算得到系统的主臂、变幅撑杆、水平撑杆、拉锁、 三脚架、塔柱在合理自重范围内满足刚度强度要求。通过 Ansys 仿真得到了各个设计关键点的刚度强度数据，校核了设计图纸的合理性，给设计生产起到了提高效率的方法。

审核编辑：刘清