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摘 要

本文首先对塔式起重机做了基本介绍，其次在参照同类型塔式起重机的基础上，对QTZ160型塔式起重机平衡臂的结构型式及一些基本参数做了初步确定，最后利用ANSYS软件进行分析。

在平衡臂设计过程中，根据平衡臂的实际结构，利用ANSYS对其整体结构进行建模。其中主肢槽钢及腹杆采用Beam188梁单元进行建模，拉杆采用Link8杆单元建模。并对材料参数的定义以及网格的划分做了简单介绍。在模型建好之后对其施加约束及相关载荷，并进行求解分析。进而得到所需的应力云图并进行校核，确定所选平衡臂基本参数符合要求，最终完成平衡臂设计。

关键词：塔机 平衡臂 ANSYS 应力云图

Design of counter-balance jib for QTZ160 tower crane

Abstract

In this paper, the tower crane is basically introduced. Secondly, on the basis of the same type of tower crane, the structural type and some basic parameters of QTZ160 tower crane counter-balance jib are determined. Finally, ANSYS software is used to analyze.

In the counter-balance jib design process, according to the actual structure of the counter-balance jib, using ANSYS to model its overall structure. The main limb channel and the web are modeled with Beam188 beam element, and the tie rod is modeled by Link8 bar unit. And the definition of the material parameters and the division of the grid made a brief introduction. After the model is built, the constraints and related loads are imposed and analyzed. And then get the required stress cloud and check to determine the basic parameters of the selected counter-balance jib to meet the requirements, and ultimately complete the counter-balance jib design.

Key words:Tower crane; Counter-balance jib; ANSYS; The stress nephogram

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 塔式起重机概述 1

1.2 塔式起重机的分类 1

1.3 塔式起重机的金属结构 1

1.3.1 塔身 1

1.3.2 起重臂 1

1.3.3 塔顶 2

1.3.4 平衡臂 2

1.3.5 回转平台 2

1.4 塔式起重机的发展概况 2

1.5 本文研究解决的问题及思路 2

第二章 平衡臂介绍 3

2.1 平衡臂结构型式及其选择 3

2.1.1 平衡臂结构型式 3

2.1.2 平衡臂结构型式的选择 3

2.2 平衡重的选取 5

2.3 平衡臂上的其他构件 6

2.4 平衡臂承受的载荷 6

2.4.1 塔机所受到的载荷类型 6

2.4.2 平衡臂所受到的载荷 6

2.5 平衡臂中的连接方式 6

第三章 QTZ160型塔机平衡臂有限元分析 8

3.1 ANSYS基本介绍 8

3.1.1 ANSYS技术特点 8

3.1.2 ANSYS分析过程 8

3.2 有限元单元选择 9

3.3 定义材料属性 9

3.4 平衡臂有限元建模原则 11

3.5 平衡臂有限元模型的建立 12

3.6 QTZ160塔机平衡臂受力分析 15

3.6.1 QTZ160型塔式起重机相关参数 15

3.6.2 QTZ160型塔机平衡臂载荷计算及施加 16

3.7 QTZ160塔机平衡臂受力结果分析及校核 22

3.8经济核算 23

3.9 本章小结 24

结 语 25

参考文献 26

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 塔式起重机概述

塔式起重机最先在欧洲兴起，也被称为塔吊 。因其具有工作效率高，使用范围广，回转半径大，起升高度高，操作方便以及安装与拆卸比较简便等特点，因而在建筑安装工程中得到了广泛得使用，并成为一种重要的施工机械^[1]。

1.2 塔式起重机的分类

塔式起重机可以分为以下几类：

1. 移动式和非移动式塔式起重机。移动式起重机又分为轮胎型，轨道型，车型等。非移动式塔机根据不同的安装位置，还可分为两种不同的自升式升降机。

2.根据吊臂的结构分为动臂式和小车变幅两种。

3.按有无塔尖可分为：平头塔式起重机、尖头塔式起重机。

4.由于塔身回转方式的不同，可分为上、下回转塔机。

其中QTZ160型塔式起重机属于一种自升式塔机。吊臂最大65m,能起升200m。采用平面框架式平衡臂。

1.3 塔式起重机的金属结构

1.3.1 塔身

塔式机的主要组成部分之一为塔身。而塔身最主要的为标准节。其作用是支撑塔机上部重量。按受力特点可分为旋转塔身和不旋转塔身。从结构类型上可分为薄壁圆筒和空间桁架两种。标准节的长度一般有2.5m，3m等规格尺寸。QTZ160型塔机为自升式塔机，结合了各类塔机的特点，性能优良。

1.3.2 起重臂

起重臂为塔机起升重物的机构，也被称为吊臂或臂架。吊臂有多重类型，其中QTZ160型塔式起重机采用小车变幅水平臂架，这是一种应用最为广泛的臂架。其特点是小车可以沿着吊臂来回移动，而且安装方便，还能承受压弯。除此之外，还有动臂，折曲臂架等类型的起重臂。

1.3.3 塔顶

塔顶，顾名思义塔机的顶部，又称塔帽或塔尖。塔顶有一个最大的作用就是通过它来拉住平衡臂与起重臂，使这两个机构处于平衡状态。并将自身承受的载荷传递给塔机其他机构，使整体保持平衡。

1.3.4 平衡臂

QTZ160型塔机也配备平衡臂。本文主要设计平衡臂，将会在第二章详细介绍。

1.3.5 回转平台

在塔式起重机的几个主要金属构件中，有一个构件可谓起到了中间桥梁的作用，那就是回转平台。回转平台又称为回转机构，将塔身，塔顶，平衡臂以及起重臂联接起来。

1.4 塔式起重机的发展概况

受第二次世界大战的影响，好多国家的建筑已摧毁过半。由于在建设过程中的需要，塔式起重机因此应用而生。

20世纪50年代初我国塔机才刚起步。当时世界上塔机技术较为成熟的当属苏联和东欧一些国家。我国为了建筑业的发展，为此向这些国家引进了一部分塔机，并进行模仿。在80年代，我国塔机行业也得到了一定的发展，其中就有QT25HK、QT60等下回转塔机。还有QTZ型号的自升塔机。直到90年代以后，由于中国经济的迅速发展，也带动了塔机业的发展。时至今日，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度来衡量，中国均堪称塔式起重机大国^[5]。

1.5 本文的研究解决的问题及思路

通过设计任务书，首先对塔机进行细致的调查, 收集国内外有关资料并且通过对资料的调研、加工与整理，了解了国内外的使用、生产、设计和科研情况并进行分析比较，制定设计原则，设计原则应符合实际。其次在有限元建模的过程中应保证所建模型的正确性。

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