ansys有限元分析网格划分

研究：塔式起重机起升工况的结构振动与货物摆动规律

塔式起重机在起升过程中，由于频繁的启、制动产生的惯性能引起结构振动和货物摆动，这是塔式起重机疲劳的主要因素。为了深入研究这一现象，我们基于ADAMS软件建立了刚柔耦合的塔式起重机虚拟样机，对起升运动进行了仿真，并将仿真结果与试验数据进行了对比。

一、引言

随着吊装行业的不断发展，塔式起重机趋向复杂化、大型化和安全化，对整机设计和操作人员的操作提出了更高的要求。在整机工作过程中，塔身、起重臂以及货物的振动相互影响，形成一个复杂的系统。许多研究者通过建立数学模型，利用数值求解的方法得出机构的动力学响应。本文在此基础上，通过ADAMS软件建立刚柔耦合的塔式起重机动力学模型，并对起升工况进行仿真，研究结构振动和货物摆动的规律。

二、基于ADAMS的塔式起重机虚拟样机建立

我们通过Solidworks软件建立整机的实体模型，然后将模型导入Ansys软件进行网格划分，利用刚性区域的方法导出MNF文件生成柔性体模型。最后在ADAMS软件中建立刚柔耦合的塔式起重机虚拟样机。

三、起升工况动态分析

3.1 起升工况描述

塔式起重机在理想状态下起升货物时，钢丝绳受力与时间有关，分为几个阶段。现对起升工况进行仿真，验证理论分析的正确性并研究整机振动规律。

工况一：1.8吨货物在回转半径20米处，以不同速度进行起升。

3.2 起升工况仿真结果

根据仿真，我们得到了起重臂端部在起重臂垂直面内的位移曲线、平衡臂端部在起重臂垂直面内的位移曲线以及塔身顶部在沿起重臂方向的位移曲线。在起升运动中，起重臂受到钢丝绳向下的拉力，起重臂端部在其垂直面内由静止向下运动。随着起升时间的增加，振动幅值逐渐减小。仿真结果与理论分析结果一致。

我们还得到了钢丝绳在起重臂垂直面内的受力曲线、货物在起重臂垂直面内的位移曲线以及货物在起重臂垂直面内的速度曲线。随着起升机构的运动，钢丝绳受力逐渐增大，并围绕货物自重减幅波动。货物离地后，摆动幅值最大，随着货物起升高度的增加，其摆动幅值逐渐减小。起升速度越大，货物在上升过程中的摆动幅值和摆动速度越大。

四、起升工况振动试验及结果分析

我们在QTZ5613型平头塔式起重机上进行了振动试验，使用L2迈测激光测距传感器测量起重臂端部起重臂垂直面内高度。当起升机构以0.7米/秒的速度起升时，我们得到了起重臂端部在起重臂垂直面内的位移曲线。通过对比仿真曲线和试验曲线，我们发现二者运动趋势基本一致，尽管由于试验环境等因素的影响，仿真曲线与试验曲线存在一定差距。

通过建立刚柔耦合的塔式起重机动力学模型，对起升工况进行动力学仿真，我们得到了结构振动、货物摆动和钢丝绳受力曲线。仿真结果表明：在起升过程中，起重臂、平衡臂和塔身均会振动，其中起重臂振动幅值最大。起升速度越大，结构振动幅值、货物摆动幅值以及提升货物需要的最大提升力都越大。起升过程产生的动载系数也越大，达到平稳状态需要的时间更长。

参考文献：