张灵晓，文学洙

（延边大学 机械工程学科，吉林 延吉 133002）

0 引言

塔式起重机臂架长，自重较大，臂架设计合理与否将直接影响起重机的整机自重、稳定性和承载能力，因此在保证臂架轻度、刚度和整体稳定性的条件下应尽量使臂架重量最小化［1］。水平臂架是一双向压弯梁柱构件，内力主要由自重载荷、起升载荷、风载荷产生，因此产生的内力沿臂架长度方向上不同，若采用等截面设计将会造成内力较小处材料浪费，使臂架自重较大，采用变截面设计则可以克服这一缺点［2］。因此，用有限元分析方法，对臂架的强度、刚度进行分析，在前人的基础上，将每节臂架之间的高度差作为设计变量，对臂架进行优化设计，具有重要的工程意义。

1 有限元模型的建立

1.1 臂架的结构及参数

以QTZ5010 塔式起重机臂架为例，其结构是正三角形截面，腹杆体系为三角形，上弦杆是圆钢管，下弦杆由等边角钢拼焊而成。截面尺寸为1.2 m×1 m，总长48 m，由8 节（每节6 m）的臂架通过螺栓和销轴连接。臂架根部与塔身以固定铰支座的形式连接，在第2、3 节臂架和第6、7节臂架连接处有钢拉杆牵拉。臂架的材料为Q235，钢拉杆的材料为16Mn（Q345），材料密度为7 860 kg/m3，泊松比为0.3，弹性模量为2.1E11Pa。

1.2 臂架有限元模型的建立

在CAD 软件里建立几何模型再导入ANSYS 中分析时，容易丢失数据，划分网格工作量大，所以在此选择直接在ANSYS 里建立臂架的线框模型。对于臂架结构的上弦杆、下弦杆、下弦杆件的腹杆和上下弦杆之间的腹杆，本文采用Beam188 梁单元模拟，对于只承受轴向拉力的拉杆则采用Link8 单元模拟。……