随着十三五计划的展开,国家重点扶持各种大工程项目,建筑业展现出新局面。在这种国家政策下,为建筑业服务的建筑机械也有了新的发展机遇。动臂塔机作为建筑行业不可或缺的施工设备,在建筑施工领域有着举足轻重的作用。本课题主要针对申锡机械有限公司的需求研究开发了一台型号为SCL140,额定起重力矩为140t·m(最大起力矩为216t·m)的动臂塔式起重机,主要工作内容包括以下几个方面:(1)结合经典和现代先进设计方法,参照相关设计规范,采用许用应力法对该动臂塔机的金属结构进行设计计算,提出相关设计计算方法。(2)考虑三角形截面起重臂结构的构造偏心,对起重臂进行建模、模型简化、受力分析及公式推导,提出一种验算三角形截面起重臂稳定性的计算方法,该方法能够广泛用于该类型塔机金属结构的设计中。(3)利用ANSYS与AutoCAD相结合的建模方法,选取四种工况,对动臂塔机整机金属结构进行有限元建模求解及分析,验算动臂塔机金属结构的强度、刚度、稳定性满足设计要求,进一步对本文提出的相关计算理论及结构设计方法进行验证。(4)以起重臂轻量化为优化目标,选取第三种仰角工况,利用ANSYS中的OPT优化设计模块,以起重臂金属结构总体积最小等效替代质量最轻作为目标函数,通过约束上下弦杆的强度、刚度及稳定性,采用一阶法对起重臂的金属结构进行优化,经优化起重臂金属结构总体积由原来的0.824m3减小到0.758m3,质量由原来的6.468t减轻到5.951t,质量减轻0.517t,减少质量约占原总质量的7.99%,通过优化使起重臂的质量减轻。(5)对选取的四种工况进行模态分析,得出四种工况下整机前8阶固有频率及主振型图,阐述各阶振型下动臂塔机金属结构的振动形式,给出起重臂仰角对固有频率的影响规律,对产品样机动态测试实验具有指导意义。(6)完成相关金属结构的二维、三维工程图纸的绘制工作,为工程实际样机生成提供生产依据,并依据工程图纸加工制造出该动臂塔机样机产品。