舛
设计计算
ＤＥＳＩＧＮ＆ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮ
基于ＡＮＳＹＳ的动臂塔式起重机臂架系统
有限元装配参数化建模
滕儒民’，高顺德１，王歇１，嗡乐康２，付英雄２
（１．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２３
２。长沙孛联重工科技发震股份窍限公霹，湖麓长沙４１００１３》
［摘要］针对动鹫塔式起重投臂絮系统有黢元分援工瑟多、建摸繁杂的阕题，结合ＣＡＤ拘装配参数纯技术提出了慕于ＡＮＳＹＳ的有限元装配参数化建模的方法。设计人员只需建证臂架部件的参数化模型，然惹采殿该方法根据王浣参数装配臀架都徉裁胃获褥任一工况下的臀架系统有袋元摸整，避免了建摸过程串的重复性工作，提高了效率。最后给出算例验诫了方法的正确性和可行性。
［关键谲】动鬻塔式超重撬；参数化；ＡＰＤＬ
［中图分类号］ＴＵ２１３．３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２００９）１１—００９４－０４
Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｓｓｅｍｂｌｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｈｅｔｏｗｅｒ
ｃｒａｎｅｂｏｏｍｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ
ＴＥＮＧＲｕ－ｍｉｎ，ＧＡＯＳｈｕｎ－ｄｅ，ＷＡＮＧＸｉｎ，ＹＵＬｅ－ｋａｎｇ，ＦＵＹｉｎｇ－ｘｉｏｎｇ
动臂塔式起重机（见图１）作业时具有多种臂
架的组合方式，以适应不同的起升高度和作她幅
度。在对塔机臂架进行有限元分析时，通常的做
法是分别建立不同作业工况下的臂架有限元模型，
然焉进行分柝。由予每个终韭工况对应懿臂架长
度、仰角和臂架组合方式不同，因而每分析一种
工况都需踅新建模，工作量穴。
随着ＣＡＤ领域引入参数化思想提高模型的重
用性和适应性，参数化思想也开始应用在有限元
建模中。其原理霹概括为：剩用有限元软件提供
的参数化建模语言（主要是ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语
言）编写有限露分析流程文停，通过修改该文件
中模型变量的数值来实现有限元参数化建模。目
前瀚内的有限元参数亿建模均是针对菜一产晶，
如船舶结构［１］、管系结构［２］等，根据该类产品的特
性掇出相应的编写参数化有限元分析流程文件的
方法。有的还结合高级编穗语言，如ＶＢ、ＶＣ等
开发出专用程序自动更改分析文件中的模型变量
值嘲。对予动臂塔枧臂架系统，采用目戆已有的参
数化建模方法只能实现部件的参数化，如果工况
参数（臂架的长度、仰角或组合形式）发生了变
豳１淤臂塔橇篱圈
讫，仍需耋新建模。本文将ＣＡＤ领域装配参数讫
的技术引入臂架系统有限元建模中，利用ＡＮＳＹＳ的
［收璃日期］２００９一０６一０８
［通讯地址］滕儒氐，大连理工大学机械工程学院
建筑札械２００９．１１（上半月刊）
万方数据
ＡＰＤＬ语言，先建立臂架部件的参数化模型，然后将臂架部件按照工况要求进行装配，实现了臂架系统有限元模型的装配参数化。
１有限元装配参数化建模的基础
有限元装配参数化建模是建立在部件参数化模型的基础上，因此在进行有限元装配参数化建
模以前，先要构建它的基本单元一部件有限元参数化模型。塔机臂架由各种臂节通过销轴连接而成，故将臂节作为部件，先建立各臂节的参数化模型。臂节包括根节、标准节、顶节，塔机的各类臂架均由这三种臂节组合而成。以某塔机动臂为例，其各臂节结构如图２所示。
狼节杀准节
责节
图２动臂各臂节示意图
建立臂节参数化有限元模型的方法如下：（１）定义臂节的装配基点，以便装配臂架时对臂节定位。选定ＡＮＳＹＳ工作平面的坐标原点为臂节的装配基点，用（ｚ，Ｙ，ｚ，口）表示基点的尺寸约束。其中ｚ、Ｙ、ｚ表示基点在全局坐标系中的坐标值，口表示位于基点的工作平面ＸＺ面与水平面的夹角。以基点为模型的坐标原点开始建模。
（２）按照自底向上的顺序建立模型。先根据坐标建立点，再由点连线、由点生成面。臂节首尾点的坐标作为输入变量直接获得，连接首尾点生成线，用工作平面切分线即可生成其它点。
（３）按坐标位置提取点操作（由点连线、由点生成面）。当臂节的腹杆数目改变，腹杆两端点的编号也会随之改变，按点的位置提取该点操作比直接用点的编号操作参数化程度更高。
（４）运用组件技术。分别将需施加载荷和约束的点、臂节间的连接点、拉板铰点对应的点、单元类型相同的点编为组件，操作组件进行建模和物理特性的分派。
（５）生成臂节有限元模型对应的“图块”。在完成建模和网格划分后，将建立的臂节有限元模
ｒ勋５ｚ１＋Ｌ１
ｙ２
２∞
＜Ｉ勋２
ｚ１
【口：＝ｍ
Ｈｓｌ＝Ｈ２＝Ｈ１
Ｗ３１＝Ｗ２＝Ｗ１
型导出，供臂架装配时读入。
２有限元装配参数化建模的方法
动臂塔式起重机臂架系统的装配主要是单一臂架装配。实现装配参数化的难点是装配过程中各部件如何自动定位，并且装配接口尺寸能随动改变以适应相应的装配基件尺寸。将在ＣＡＤ装配参数化中广泛应用的变量关联、几何关联技术［４］与ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言相结合就可解决上述难点，实现有限元装配参数化建模。２．１单一臂架装配
单一臂架通过改变臂架标准节的个数来改变臂架的长度，建模时各臂节依次通过公共节点连接。以上述动臂为例，设动臂根节、顶节长度为Ｌ１、Ｌｚ；根节、标准节高度Ｈｔ、Ｈ２；宽度ｗ。、Ｗｚ；顶节为变截面，其两端高度分别为Ｈ３，、Ｈ３：，宽度分别为Ｖ儿，、Ｗ，：；各类标准节个数（３ｍ节、６ｍ节和１２ｍ节）分别为ｍ１、ｍ２、ｍ３；根节、标准节、顶节的装配基点坐标变量（蜀，
Ｙ１，ｚ１，口１）、（ｚ２，ｙ２，Ｚ２，口２）、（ｘ３，ｙ３，Ｚ３，
ａ，）。根据各臂节的装配顺序，将以上各变量进行变量关联，即建立如下的函数关系：
＋Ｌ１＋ｍ１Ｘ３０００＋／＇／＇／２Ｘ６０００＋ｍ３
Ｘ
１２０００
建冤Ｊ；（．拭２００９．１１（上半月刊）
ｚ
∞铆
ｍ
ＩＩｌｌ
＝ＩＩ
劫弘
钧
的
万方数据
设计计算
ＤＥＳＩＧＮ＆，ＣＡＬＧＵＬＡＴＩＯＮ
当根节的装配基点坐标值和仰角改变时，根据以上函数关系其它臂节仍可与搬节歪确对接。３算铡
根据上述方法以ＴＣＲ６０５５—３２动臀塔式起重机为例，建立了参数化有限元模趔，进行了如表１掰示工况的参数讫有限元建模积分辑。有限元模
型中用梁单元模拟臂架杆件，板单元模拟臂架加
强板，钢丝绳和拉板用杆单元构建。对臂黎摄部
铰点及变幅拉板根部铰点处施加相应的位移约束
和角约秉。臂架所承受的载荷以节点载荷方式施
加于臂絮头部的节点处。臂架囱重在有限觅计算中根据所给杆件的特性直接计算得出，乘以臂架起升冲击系数１。１，并自动施加在枵件上。有限元
模型如圈３，计算结果如网４—７所示，应用上述
有限元装配参数诧的方法，实瑰了不弱臂长、不同仰角下主臂的有限元分析。
表１臂檠有限元计算工滗
工况１
工况２
工况３
王况４
臂长／ｍ６２６２５６．８５６．８鹫檠秘蕉７（。）８６Ｓ６。５８６Ｓ２。９起重量／ｔ２４１４＋Ｓ２８１４．９吊具自重／ｔ１．１１，ｔ１．１１．ｔ筑载耩／ｔＯ，４４
０。４４
Ｏ，４
Ｏ．４
垂直载荷／ｔ１．２Ｓ×（２４＋１。１）＝３１．４１．２５×（１４．５＋１。１）＝１９．５１．２５
ｘ（２８＋１．１）＝３６．４１．２５Ｘ（１４．９＋１．１）＝２０
ｔ．２５Ｘ（２４＋１．１）
１．２Ｓ×（１４．５＋１．１）
１．２ＳＸ（２８＋ｌ，１）１．２５Ｘ（１４．９＋１．１）侧向载荷／ｔｔａｎ２。＋０．４４＝１．５
ｔａｎ２０＋０，４４＝１．１
ｔａｎ２。＋０。４＝１．７
ｔａｎ２。＋０。４＝１．１
拉板与臂架夹角／（勺
８．７１２．９９．８１４．４控板截嚣彰搬蠢
１４４０
１４４０
１４４０
１４４（Ｉ
！ｔｌ３赛限元模型｛６２ｍ》
４结语
本文把ＣＡＤ领域的装配参数化技术与ＡＮＳＹＳ
提供的ＡＰＤＬ语言楣结合，提出了有限元装配参数化建模的方法。运用该方法有效地解决了动臂塔式
起蓬机臂架系统任一工况下有限元模型参数化的问
苎，，兰喜夏！墨蚕耋磐繁擎妻：，妻竺！整，。并为．ＩＥ４有限嚣计算绪票其它产品的有限元参数化建模提供了新思路。
……～一…
建筑瓤械２００９．１１（上半７ｔ刊）
万方数据
图５臂架头应力云图
图６工况３有限元计算结果
图７工况４有限元计算结果
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建氙瓤拭２００９．１１（上半月刊） 万方数据
基于ANSYS的动臂塔式起重机臂架系统有限元装配参数化建模
作者：滕儒民， 高顺德， 王欣， 喻乐康， 付英雄， TENG Ru-min， GAO Shun-de， WANG Xin ， YU Le-kang， FU Ying-xiong
作者单位：滕儒民,高顺德,王欣,TENG Ru-min,GAO Shun-de,WANG Xin(大连理工大学,机械工程学院,辽宁,大连,116023)， 喻乐康,付英雄,YU Le-kang,FU Ying-xiong(长沙中联重工科技发展股
份有限公司,湖南,长沙,410013)
刊名：
建筑机械（上半月）
英文刊名：CONSTRUCTION MACHINERY
年，卷(期)：2009(11)
参考文献(11条)
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4.操安喜基于ANSYS的船舶结构有限元计算模板的研究与应用 2004
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6.博弈创作室APDL参数化有限元分析技术及其应用实例 2004
7.王金诺起重运输机金属结构 2002
8.张清卫基于.ANSYS的钢框架结构优化设计研究与软件开发 2004
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10.单泉;余思佳;雷毅基于模块化的智能装配设计研究 2005
11.王鹰宇;姚进;成善宝基于ANSYS环境的参数化有限元建模[期刊论文]-机械 2003(04)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/0b2481126.html,/Periodical_jzjx200911027.aspx