基于現(xiàn)場問題的起重機平衡架支撐結(jié)構(gòu)分析與改進

王照鋒

（太原重工技術(shù)中心起重所， 山西 太原 030024）

引言

起重機平衡架支撐是連接起重機運行車輪和起重機主梁的重要結(jié)構(gòu)，平衡架支撐及主梁頭部結(jié)構(gòu)的合理性對板材的受力有很大的影響，現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場案例對主梁頭部和平衡架支撐進行有限元分析，并提出改進方案。

1 現(xiàn)場反饋

2018年6月某鋼廠用戶反饋，太原重工技術(shù)中心起重所為其生產(chǎn)制造的200/50t-25m鑄造起重機主梁頭部平衡架支承處的蓋板出現(xiàn)裂紋，見圖1、圖2。

圖1 出現(xiàn)裂紋處主梁頭部現(xiàn)場照片

圖2 出現(xiàn)裂紋處主梁頭部近距離照片

2 起重機結(jié)構(gòu)

接到用戶反饋后，經(jīng)查圖紙，該起重機采用的是四梁四軌鉸接端梁結(jié)構(gòu)，單側(cè)車輪數(shù)量為10個。圖3為起重機左視圖，其中云線圈住的部位為出現(xiàn)裂紋處。

3 分析過程

因為此處受力情況復(fù)雜，無法采用手工計算的方式，因此采用有限元進行受力分析。本案例采用Solidworks進行三維建模，然后用Ansys Workbench進行有限元分析。

1）利用Solidworks建立初始模型，見圖4—圖5。

2）將模型導(dǎo)入Ansys Workbench中并劃分網(wǎng)格，見圖6。

圖3 起重機圖紙-左視圖

圖4 主梁三維模型等軸側(cè)視圖

圖5 主梁三維模型左視圖

圖6 主梁頭部有限元劃分網(wǎng)格

3）設(shè)置加載條件。按簡支梁一段固定、另一端滑動施加約束；按小車滿載并處于最不利位置時的狀況施加載荷；受力件材質(zhì)為Q345B。計算結(jié)果見下頁圖7。有限元分析的最大應(yīng)力為249.46 MPa。通過圖7可以看出，最大受力帶與實際開裂裂紋形狀一致。

4 改進優(yōu)化方案

4.1 第一種改進方案

在第1和第2立板、第3和第4立板之間增加200 mm高的連接筋板，結(jié)構(gòu)見下頁圖8。

加載條件同第3節(jié)中的3），重新進行計算，計算結(jié)果見圖9。有限元分析的最大應(yīng)力為216.6 MPa。

圖7 主梁頭部有限元分析應(yīng)力（MPa）結(jié)果

圖8 第一種改進方案主梁頭部三維模型

4.2 第二種改進方案

在第1和第2立板、第3和第4立板之間增加400 mm高的連接筋板，結(jié)構(gòu)圖10。

圖9 第一種改進方案主梁頭部有限元分析應(yīng)力結(jié)果

圖10 第二種改進方案主梁頭部三維模型

加載條件同第3節(jié)中的3），重新進行計算，計算結(jié)果見圖11。有限元分析的最大應(yīng)力為201.2 MPa。

4.3 第三種改進方案

將平衡架支撐沿主梁方向的筋板長度加長，具體結(jié)構(gòu)見圖12。

加載條件同第3節(jié)中的3），重新進行計算，計算結(jié)果見圖13。有限元分析的最大應(yīng)力為163.89 MPa。通過圖13可以看出，此時平衡架支撐和主梁頭部的受力情況發(fā)生了顯著的變化。

圖11 第二種改進方案主梁頭部有限元分析應(yīng)力結(jié)果

圖12 第三種改進方案主梁頭部三維模型

圖13 第三種改進方案主梁頭部有限元分析應(yīng)力結(jié)果

5 結(jié)果匯總（見表1）

表1 有限元分析結(jié)果匯總

6 最終處理方案

根據(jù)分析結(jié)果，最終確定了如下的加固方案：將主梁頭部下蓋板開裂處刨開補焊；將平衡架支撐薄板加長。

7 用戶反饋

從2018年6月應(yīng)用至今，該結(jié)構(gòu)運行良好，未再次出現(xiàn)裂紋。

8 結(jié)語

在以后的設(shè)計工作中，遇到類似的結(jié)構(gòu)建議將平衡架支撐薄板加長，可使平衡架支撐及主梁頭部的受力狀況得到極大的改善。如果空間足夠，可在立板之間增加連接筋板，使剛性增加，在一定程度上進一步改善了受力情況，使結(jié)構(gòu)的使用壽命得到延長。