随着国民经济的持续快速发展,我国对电力方面的能源需求量会持续增长,目前,国内电力行业针对节能、环保要求,电力系统采取“上大压小”政策,中国电力建设已转向大力发展核电及1000MW以上更高参数的火力发电厂。现今国内外发电厂单机容量不断扩大,电站锅炉及设备的体积、单体重量越来越大,而电站传统动臂式塔机比较容易实现大起重量,但大幅度不容易实现,而且变幅速度慢、功率消耗大。大型平头式塔机具有变幅速度快、工作幅度大、能耗低等诸多优点,越来越受到客户的欢迎,开发国产大型平头式塔机迫在眉睫,也是大势所趋,而起重臂扮演着至关重要的角色。现今大型平头式塔机起重臂大多比较粗大、笨重,研究还不够成熟。起重臂设计的优劣将直接影响整机的起升性能,而且对于顶升系统也有较大影响。本课题针对大型平头塔机起重臂展开研究,对起重臂结构形式进行了方案分析探讨和选定,确定采用倒三角型起重臂。首先采用经典设计方法对起重臂进行了强度、刚度、稳定性分析,完成了方案初算及设计。接着对起重臂八种主要工况进行了详尽的有限元静力学分析,对经典设计方法进行了很好的验证,有效确保了起重臂的结构设计安全性。通过对平头塔机进行模态分析,提取了前8阶自振固有频率和相应振型;通过瞬态分析得到了结构的动应力及动载效应下的塔顶节点变形趋势,较为全面地分析了结构的动态特性。最后对起重臂结构采用应力测试的方法进行了试验研究,进一步验证了设计的正确性和安全性。本课题经研究获得以下成果:起重臂各节主弦的最危险工况是最大幅度处起吊额定载荷,回转制动,回转平面有风;起重臂各节腹杆的最危险工况是各节根部处起吊对应幅度额定载荷,回转制动,回转平面有风,对类似设计具有指导意义。对于采用高强材料的起重臂刚度较弱,变形较大,增加了起重吊装的危险性,宜综合各工况的变形设定上翘度来抵消一部分竖向变形的方法加以改善。前4阶自振固有频率与振型和塔身弯扭刚度有关,后4阶自振固有频率和振型与起重臂的弯扭刚度有关。因此在进行平头塔机结构设计时,不应仅关注强度、稳定性是否满足要求,还应把刚度也作为一个关键指标进行控制。并且要把外载荷激励下的频率和结构的自振频率错开,以防共振。