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基于Solidworks的门座起重机门架结构有限元分析

发表时间: 2016/7/8 作者: 孙永胜*李纲*吕明华 来源: 互联网
利用Solidworks软件建立门座起重机门架结构模型,导入有限元分析软件ANSYS Workbench中进行各工况分析,充分考虑了代表门座起重机门架结构实际极限承载状况的多种载荷组合,得到了较为准确的应力及位移分布规律,还发现了应力集中部位所在,对刚度突变部位进行加筋设计,效果良好,为门座起重机门架结构的设计提供参考。
 

    门座起重机典型的门架结构呈板凳状,由圆筒体、箱形结构的主梁和端梁组成。圆筒体上部的筒体法兰与回转支承连接,承受整机旋转部分的自重和外载荷。门架的端梁连接4套行走机构,在轨道上行走。

    利用有限元分析方法建立门架的有限元模型,按实际载荷分布进行加载、求解,能够获得实际的承载状况。对用经典ANSYS分析门架结构的方法、加载方式等进行了研究,但建模复杂且作了一定的简化。随着大型3D软件的普及,现代起重机多采用3D设计,将3D模型直接导入到有限元软件中进行结构分析是一种趋势。

    1 计算模型

    根据门座起重机的受载特点,运用SolidWorks软件建立实际模型,导入大型有限元分析软件ANSYS Workbench中,选择3种工况对门架结构进行静力学分析,分析结构的应力分布及变形规律,对门架结构进行合理评价,提出相关建议。

    1.1 相关参数

    某造船用单臂架门座起重机的额定起重量为260t,最大额定起重力矩为5200tm,整机工作级别为A5,轨距12m、基距15m,最大轮压35t,工作状态计算风压250Pa,非工作状态计算风压600Pa。

    门架结构由2根端梁和主梁连接成工字形箱形结构,再与筒体共同组成门架,承受上部结构的所有质量、吊重、风力和机构运动时引起的惯性力以及由上述载荷引起的力矩。这种门架的风阻力小、自重轻,适用于狭窄的场所。门架结构简图如图1所示。

门架结构简图

图1 门架结构简图

    门架结构材料为Q345B,密度为7.85×103kg/m3,常温下屈服强度为345MPa,定义弹性模量为2.06×105MPa,泊松比为0.3。

    1.2 计算工况

    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荷载作用下的应力、位移分布规律。在不同工况下,起重臂与起重机运行轨道的夹角是变化的,并影响到作用于圆筒上的弯矩,对门架结构的受力状态有明显的影响,选取其中3种最典型的工况状态分别进行计算分析。工况示意图如图2所示。

起重机工况示意图

图2 起重机工况示意图

    工况1:起重臂平行于轨道,即φ=90°。

    工况2:起重臂垂直于AC连线,即φ=arctanl/B=38.66°。

    工况3:起重臂垂直于轨道,即φ=0°。

    2 有限元模型

    2.1 边界条件

    起重机在工作过程中是以2根端梁与行走机构平衡梁的连接支座作为支承点,按其工作时状态,将2根端梁同一侧的支座作为固定约束,6个自由度全约束,将另一侧的支座作为允许沿轨道方向移动的空间活动约束,即约束5个自由度。

 




责任编辑:张瑾