100t門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析

摘要：本文以100t門式起重機(jī)為研究對象，采用有限單元法，對該門式起重機(jī)進(jìn)行有限元模擬計(jì)算。綜合分析6種典型工況，生成應(yīng)力云圖，應(yīng)變云圖。根據(jù)軟件計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，對其結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行分析。

Abstract： In this paper， 100t gantry crane is taken as the research object， and calculated by finite element method. Through a comprehensive analysis of 6 typical operating conditions， contours of stress and strain are obtained. According to the data obtained by software calculation， structural load carrying capacity of the gantry crane is analyzed.

關(guān)鍵詞：門式起重機(jī)；有限元分析；強(qiáng)度；靜剛度.

中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

1 整機(jī)概況

本文所述門式起重機(jī)，跨度36m，起吊高度23m，起升額定荷載為100t，整機(jī)自重83.2t。該門式起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)為起重機(jī)主梁、剛性支腿、柔性支腿、1臺起重小車、走行大車。起重機(jī)主梁為三角桁架式結(jié)構(gòu)，共2片，布置間距為2.5m，桁架之間布置連接架，兩片三角桁上布置40mm×70mm方鋼軌道，小車在兩片三角桁之間的空間進(jìn)行作業(yè)。主梁下與支座梁連接，再與兩支腿連接，兩支腿均采用鋼管結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

2 模型建立

通過有限元建模，可簡化門式起重機(jī)的設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，達(dá)到更好的效果。本次設(shè)計(jì)采用midas軟件，模型中的所有金屬桁架結(jié)構(gòu)均采用空間梁單元進(jìn)行模擬，將起重小車簡化為 4 個(gè)集中質(zhì)量力，分別作用于小車 4 個(gè)輪子作用點(diǎn)位置。走行大車簡化為4個(gè)有約束的邊界支承點(diǎn)，只約束x、y、z軸的平動自由度，釋放x、y、z軸的轉(zhuǎn)動自由度以模擬真實(shí)受力狀態(tài)。該門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)選用Q235材料，彈性模量為206 GPa，泊松比為0. 3。

3 有限元計(jì)算結(jié)果

3.1 控制工況

該門式起重機(jī)正常工作時(shí)有 6 種控制工況，分別為：

工況1：大車走行，小車位于跨中起升最大吊重；工況2：大車走行，小車位于剛腿側(cè)起升最大吊重；工況3：大車走行，小車位于柔腿側(cè)起升最大吊重；工況4：大車不動，小車走行并位于跨中起升最大吊重；工況5：大車不動，小車走行并位于剛腿側(cè)起升最大吊重；工況6：大車不動，小車走行并位于柔腿側(cè)起升最大吊重。

3.2 有限元計(jì)算結(jié)果

（1） 載荷分析（見表2）

（2） 強(qiáng)度分析

對結(jié)構(gòu)材料的拉伸、壓縮、彎曲許用應(yīng)力，按不同的載荷組合規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)和基本許用應(yīng)力，本文為載荷組合A形式，安全系數(shù)取1.48，Q235材料許用拉、壓應(yīng)力為159MPa，許用剪切應(yīng)力為92MPa。

通過對6個(gè)控制工況的有限元分析計(jì)算可知，最大應(yīng)力發(fā)生在工況一下的主梁腹桿上，最大應(yīng)力為137.2MPa<159MPa（見圖2）。

由圖2可知，最不利工況下整機(jī)各部分應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，該門式起重機(jī)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3） 靜剛度分析

當(dāng)小車位于主梁跨中，大車、小車均不移動，小車靜態(tài)提升最大吊重時(shí)，由有限元分析軟件計(jì)算該狀態(tài)下的主梁最大位移，如圖3所示：

由圖3可知，主梁最大變形61.4mm-12.2mm=49.2mm

4 結(jié)論

本文以100t門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)為對象，應(yīng)用midas軟件實(shí)現(xiàn)了該起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)有限元模型的建立及分析計(jì)算，從理論上得到構(gòu)件的最大應(yīng)力和較大應(yīng)力部位及應(yīng)力數(shù)值，為該類型結(jié)構(gòu)設(shè)備的分析建模方法提供了參考。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 張質(zhì)文，王金諾，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：中國鐵道出版社，2013.

[2] 楊克修，薛金保，李景樂 . 24 MN 門式起重機(jī)有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006.

[3] 王勛成，邵敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[4] 李拔周，徐長生 . 基于Ansys的 100t 龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2008.

[5] 常春影. 門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析[D].大連理工大學(xué)，2006.

[6] 陳世教，夏鋁，楊旭，薛志武. 基于ANSYS的門式起重機(jī)有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 建筑機(jī)械，2011.

[7] 劉竹麗，何佩排，王雙喜. 門式起重機(jī)的有限元模態(tài)分析[J]. 水利電力機(jī)械，2006.

[8] 范小寧，戚其松，徐格寧，王君. 門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)化有限元分析及設(shè)計(jì)[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2015.

作者簡介：李云飛（1986-），男，助理工程師，2008年畢業(yè)于湖北交通學(xué)院工程監(jiān)理專業(yè)，