随着大跨度钢结构和高层建筑物的发展,塔机正向着大型化、专用化和轻量化的趋势发展,对其工作幅度的要求也越来越大。寻找一种有效增加塔机工作幅度且兼顾整机重量的设计方法具有重要的理论意义和实际价值。本课题来源于山东建筑大学工程机械所与山东富友有限公司联合开发项目,针对塔式起重机起重臂的研究现状与大型预应力钢结构的发展状况,结合厂家提出的一种改变平头塔机起重臂预应力的方法及装置,对预应力起重臂塔机进行了结构设计与计算。利用有限元分析软件ANSYS在塔机结构初步设计的基础上对本文预应力起重臂塔机进行了参数化建模,并在建模的过程中对上下支座进行等效简化处理。根据建立的参数化模型对塔机的强度、刚度以及稳定性进行了分析,通过有限元结果分析结合实际生产经验对预应力拉杆系的参数进一步作出调整,使其满足设计要求,并通过相同工况下与同型号平头塔机的应变图与最大应力值对比,验证了预应力起重臂塔机的有效性和优越性。利用建立好的塔机模型,通过ANSYS优化模块对起重臂施加预应力拉杆的吊点位置进行优化,以吊点位置为设计变量,以塔机加载后起重臂受到的最大应力为目标函数,以保证塔机的强度为边界条件进行优化,得出了吊点的最优位置,给出此状态下预应力起重臂最优吊点位置范围。最后将模型中的吊点位置调整为优化后的位置,得出优化后的应变云图与最大应力值,验证了吊点位置对塔机结构的影响。