重载顶升设备广泛应用于矿山、建筑、桥梁等工程领域,其安全性能是设计的关键。针对当前液压顶升设备在实际工程中存在的安全隐患,设计了具有跟随保险装置的顶升机,并使用有限元分析技术对所设计的顶升机进行了冲击动力学分析以及模态特性分析,在模态分析的基础上进行了结构改进,最后完成了原理样机的设计制造与调试,主要内容和成果如下:(1)提出了顶升机的结构设计方案,完成了承重零部件的设计与计算。在总体设计方案的基础上确定了保险装置传动设计方案并完成了传动系统的设计与计算。根据设计结果,完成了顶升机各零部件的三维建模与装配。(2)根据具有跟随保险装置顶升机的工作原理,针对顶升过程中可能存在液压缸失效,重物跌落冲击保险装置的情况,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对顶升机保险装置进行了冲击动力学分析。分析得到了重物跌落距离对保险装置螺杆组合稳定性的影响规律,并且得到了冲击过程螺杆组合动态响应特性和发生动态屈曲时的形态,分析选取了螺杆组合可承受重物最大的跌落距离。对受到重物在该距离跌落冲击时保险装置的整体稳定性和关键零部件强度进行了验证,分析了重物最大跌落距离取值的合理性,为顶升机跟随控制设计提供依据。(3)针对顶升机工作过程中可能存在共振现象影响结构稳定性的情况,对顶升机进行了模态分析,得到了顶升机两种工作状态下不同行程的固有频率和模态振型。根据固有频率判断结构是否会与重物跌落冲击频率以及顶升机自身动力作用产生共振。根据模态振型分析结构存在的不足,对顶升机进行了改进设计。对改进前后的顶升机进行了谐响应分析,得到发生共振时结构的响应值,验证了改进设计的效果。(4)为验证顶升机保险装置传动系统及跟随保护功能的可行性,完成了原理样机设计、制造及装配,调试样机达到预期工作目标。