摘 要

塔身作为塔式起重机的主要支撑，其安全性十分重要。本次毕业设计根据现有塔机参数，对TP6015型平头塔式起重机塔身进行设计，并利用有限元软件ANSYS18.1对其进行校核分析。

首先依照塔式起重机的主要性能参数，确定塔身的结构参数，并按照风载荷作用方式不同分为四种工况进行分析。之后在适当简化塔身的基础上，运用ANSYS18.1建立塔身有限元模型，施加相应的约束及载荷，并忽略塔身的动态特性只进行静力求解，从而获得塔身的应力、变形量及临界屈曲系数等参数。通过比较不同工况下的求解结果，可得出塔身的最大应力、最大变形量及所能承受的最大临界载荷，进而对塔身的强度、刚度及稳定性进行校核，确保塔身安全稳定。

关键词：平头塔式起重机 塔身 有限元分析 ANSYS18.1

Finite Element Analysis of The Tower Body of TP6015 Flat-top Tower Crane

Abstract

As the main support of tower crane, the safety of tower body is very important. Based on the parameters of the existing tower crane, this graduation project designs the tower body of TP6015 flat-top tower crane, and the finite element software ANSYS18.1 is used to check and analyze it.

Firstly, according to the main performance parameters of the tower crane, the structure parameters of the tower body are determined, and according to the different wind load acting mode, the tower body is divided into four working conditions for analysis. Then, on the basis of proper simplification of the tower body, the finite element model of the tower body is established by using ANSYS18.1, and the corresponding constraints and loads are applied, and the static solution is carried out only, ignoring the dynamic characteristics of the tower body, so as to obtain the parameters of the stress, deformation and critical buckling coefficient of the tower body. By comparing the results under different conditions, the maximum stress, maximum deformation and the maximum critical load can be obtained, and then the strength, stiffness and stability of the tower body are checked to ensure the safety and stability of the tower body.

Key Words:flat-top tower crane;tower body;finite element analysis;ANSYS18.1

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 塔式起重机发展概述 1

1.1.1 国外塔式起重机的发展现状 1

1.1.2 我国塔式起重机的发展现状 2

1.2 平头塔机的特征 3

1.2.1 平头塔机的优点 3

1.2.2 平头塔机的缺点 4

1.3 有限元法介绍 4

1.4 课题背景及意义 5

第二章 TP6015型平头塔机塔身结构设计 6

2.1 TP6015型平头塔机塔身相关技术参数 6

2.2 TP6015型平头塔机塔身结构参数的选择 6

2.2.1 塔身截面及标准节 7

2.2.2 塔身结构杆件系统 7

2.2.3 塔身节的连接方式 9

2.3 塔身结构设计 11

第三章 TP6015型平头塔机塔身有限元建模 14

3.1 单元的选择 14

3.2 塔身组件有限元建模 15

3.2.1 塔身模型简化 15

3.2.2 定义材料属性及截面参数 15

3.2.3 定义节点及划分单元 17

3.3 载荷及约束的施加 21

3.3.1 载荷的施加 22

3.3.2 约束的施加 23

第四章 TP6015型平头塔机塔身有限元分析 24

4.1 塔身的强度分析 24

4.2 塔身的刚度分析 27

4.3 塔身的稳定性分析 30

4.4 塔根支座反力 32

4.5 经济性分析 33

结语 35

致谢 36

参考文献 37

绪论

1.1 塔式起重机发展概述

1.1.1 国外塔式起重机的发展现状

国外塔机发展的主要代表性国家或地区有：欧洲、日本、澳大利亚。欧洲塔机主要开始于上世纪90年代，目前塔机行业的佼佼者主要有法国的波坦和德国的利勃海尔等，其生产水平先进，型号众多。以波坦为例，它生产的塔机型号超过50种，全球销售量超过十万台，其中我国在上世纪八十年代从波坦采购的H3/36B、FO/23B等型号的塔机在我国建筑领域应用十分广泛。

日本塔机始于20世纪80年代，种类较多，其中最为著名的是石川岛研发的能够自动升降的内爬式塔机。迄今为止，日本内爬式塔机起重量有：80tm级、150tm级、400tm级、450tm级、500tm级、600tm级、900tm级、1500tm级。除此之外，日本还研制了一种新型的内爬式塔机，它以钢立柱为塔身框架，其具有更简单的塔架机构，更具有经济效益^[1]。

近年来一种名为平头塔机的新型塔式起重机在国外发展迅速，并逐渐流行到国内^[2]。平头塔机源于欧洲，这一概念由瑞典的Linden公司于上世纪七十年代年率先提出，首个平头塔机也由它设计而成。Linden平头塔机在设计时采用水平结构，并且没有塔头和拉杆，吊臂和拉杆也不采用铰接结构，这与过去的塔机大相径庭，人们很难接受这一设计理念，因为人们普遍认为没有塔头和拉杆的塔机是不合理的，没有实用性的。因此Linden平头塔机初期发展十分缓慢且艰难。但随着平头塔机日益凸显的优势和越来越广泛的应用领域，许多厂家纷纷摒弃旧观念，加入平头塔机研发潮流，其中Potain和Liebherr等龙头企业不断刷新平头塔机的型号，现在，Potain公司生产的MDT系列平头塔机多达十几种型号，起重力矩从40tm到400tm不等，而Liebherr生产的知名系列平头塔机——EC-B系列，可分为80EC-B6、112EC-B8、180EC-B10三种，它们的起重量可达6t~10t，此外，许多别的制造商也努力追赶潮流，如丹麦的Kroll公司，它制造出世界上最大的塔机K10000，起重力矩达10000tm ^[3]。

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