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门座起重机的结构强度分析

发布于:2016-02-13 17:44
强度分析

      随着贸易经济高速发展和港口货物吞吐量不断增长,门座起重机由于其良好的工作性能和通用性,成为港口装卸作业不可缺少的重要设备。门座起重机的整体金属结构作为主要的承载部件,由于其露天、腐蚀性的工作环境以及较高的使用频率和工作强度,易产生疲劳裂纹、腐蚀等缺陷,影响结构强度和刚度等力学性能,并危及起重机使用安全。因此,门座起重机的金属结构强度分析并为生产和维修提供依据,具有十分重要的意义。
      传统的门座起重机结构分析多采用力学计算方法,由于其设计变量较多,受力复杂,因此计算量大且较多采用经验简化或估算,势必影响计算结果的准确性。有限元分析方法具有建模方便快捷、计算结果准确的突出优点,日益成为起重机结构强度分析广泛使用的分析方法。
      本研究分析的门座起重机由某水工机械厂1990年制造安装,用于某电站建设施工,1998年起移至某造船厂用于造船用部件和材料的吊运。该起重机自重约377t(含压重56t),结构大体可分为上部旋转部分和下部运行部分,旋转部分包括臂架系统(由象鼻梁、吊臂、大拉杆、小拉杆、变幅拉杆等组成)、人字架、平衡重、转柱、转台等,通过起升、变幅、旋转运动实现在环形圆柱体空间升降物品,运行部分主要是由门架和运行台车组成。其中转柱、门架和臂架系统是门座起重机最重要的承载构件。
      根据门座起重机的结构特点和受力特点,可把起重机的转柱结构、门架结构和起重臂一起简化成空间杆系结构,采用ANSYS提供的空间梁单元BEAM188进行离散化,整个结构共划分了9,920个单元、18,717个节点,主要梁单元的截面参数见表所示。给出了简化为杆系结构的起重机整体结构网格图,给出了转柱上部局部网格图,给出了转柱下部和门架局部网格图,给出了起重臂局部网格图。
      门座起重机的型材选用Q235普通钢,密度为7,800kg/m3,常温下屈服极限为235MPa,定义弹性模量为2.1X105MPa,泊松比取0.3a。选取起重机最不利的运行工况,分析起重机在相应工况额定最大荷载作用下的应力、应变分布规律,并作为结构静态应力测试布点的依据。因此计算工况选取起重机处于最小变幅和最大变幅状态下两种计算工况:C1>最小变幅工况:吊钩最大荷载60t,计算弯矩为1,260tm,(2)最大变幅工况:吊钩最大荷载31t,计算弯矩为1,260tm,起重机门架结构的支座固定端全部采用刚性固定,门架与平衡架相连的铰点采用固定端约束形式,即6个自由度全部约束。臂架系统与人字架、平衡系统、转柱、转台等部件的各铰点均有不止一个轴承,且需考虑定位套筒的作用,因此在实际建模过程中将其处理为绕轴转动的节点,使臂架系统在oxy平面内可以自由摆动。转柱与门架、臂架与钢丝绳、齿条与拉杆之间可绕Z轴相互转动,所以在oxy平面上对线位移施加约束。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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