王曉闖，陳雁濤

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142)

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基于ANSYS的26 t桁架門式起重機(jī)有限元分析

王曉闖，陳雁濤

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142)

為了驗(yàn)證現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算方法的正確性和高效性，本文在確定桁架門式起重機(jī)參數(shù)的情況下，利用有限元軟件ANSYS建模分析，校核主梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等參數(shù)，證明滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)通過有限元模態(tài)分析，通過提取模態(tài)來確定起重機(jī)的固有頻率，證明振動頻率滿足設(shè)計(jì)要求。

桁架門式起重機(jī)ANSYS強(qiáng)度剛度

0　引言

起重運(yùn)輸機(jī)械作為常用的物料搬運(yùn)設(shè)備，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中占有重要地位。桁架式起重機(jī)具有自重輕、用料省、迎風(fēng)面積小等優(yōu)點(diǎn)，但由于其桿件多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，采用傳統(tǒng)計(jì)算方法不僅計(jì)算繁鎖，計(jì)算耗時(shí)長，且計(jì)算精度難以保證。采用有限元等現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對起重機(jī)的具體結(jié)構(gòu)建立空間計(jì)算模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度分析是目前起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的發(fā)展方向[1]。

本文以一種桁架門式起重機(jī)為例，通過ANSYS對其三維模型的主梁強(qiáng)度、靜剛度及動剛度進(jìn)行分析，以驗(yàn)證起重機(jī)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

1　結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及有限元模型搭建

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及工作條件，桁架式起重機(jī)已確定的參數(shù)見表1。

表1　桁架式起重機(jī)參數(shù)表

圖1為有限元建模分析流程圖，根據(jù)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特性和設(shè)計(jì)參數(shù)，對有限元模型定義單元類型、實(shí)常數(shù)及材料參數(shù)，建立ANSYS模型如圖2所示。結(jié)合結(jié)構(gòu)的自重、起升載荷、風(fēng)載荷、慣性載荷等條件對起重機(jī)的強(qiáng)度和靜剛度進(jìn)行分析計(jì)算[2]。

圖1　有限元建模分析流程圖

圖2　桁架式起重機(jī)有限元模型

2　強(qiáng)度及剛度分析

2.1強(qiáng)度計(jì)算

2.1.1小車在跨中時(shí)

圖3為整機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)力等值線圖，圖4為主梁應(yīng)力最大值處應(yīng)力等值線圖局部放大。

考慮輪壓引起的局部應(yīng)力，跨內(nèi)上弦桿強(qiáng)度計(jì)算：

(1)

圖5　主梁應(yīng)力局部放大圖

小車輪壓處弦桿節(jié)中強(qiáng)度校核：由有限元計(jì)算結(jié)果(圖5)中觀察得到最大應(yīng)力值在副桁架跨中上弦桿處：

=-171MPa≤[σ]=175MPa

所以小車在跨中時(shí)主梁強(qiáng)度校核滿足要求。

2.1.2小車位于懸臂端時(shí)

=-170MPa≤[σ]=175MPa

所以小車在懸臂端時(shí)強(qiáng)度校核滿足要求。

2.2主梁靜剛度計(jì)算

3　動態(tài)剛度分析

起重機(jī)的動態(tài)剛性也叫動剛度，在滿載情況下，鋼絲繩繞組的下放懸吊長度相當(dāng)于額定起升高度時(shí)，用系統(tǒng)在垂直方向的最低階固有頻率(簡稱為滿載自振頻率)來表征[7]。在ANSYS中提取了代表桁架門式起重機(jī)在垂直方向上震動的第七階振型，如圖8、圖9所示，圖中FREQ代表了相應(yīng)的頻率值，由圖中可看出f=2.584 Hz或2.996 Hz，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定門式起重機(jī)小車位于跨中或懸臂端時(shí)的垂直方向滿載自振頻率2 Hz≤f<4 Hz[8]。說明它的動態(tài)剛性滿足要求。

4　結(jié)束語

本文根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在考慮各種載荷的條件下，建立26 t桁架門式起重機(jī)的有限元模型，對主梁的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了校核，滿足設(shè)計(jì)要求；通過靜力學(xué)分析，進(jìn)一步得出主梁在各種載荷情況下的變形情況，與傳統(tǒng)力學(xué)方法得出的許用撓度和許用應(yīng)力比較，滿足設(shè)計(jì)要求；研究桁架門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性，提取其振型圖、固有頻率，對結(jié)果進(jìn)行了動剛度校核，證明均滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]廖伯瑜，周新民，尹志宏．現(xiàn)代機(jī)械動力學(xué)及其工程應(yīng)用-建模、分析、仿真、修改、控制、優(yōu)化[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：23-25．

[2]王金諾,于蘭峰.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)[M].北京:中國鐵道出版社,2002：45-47.

[3]劉濤,楊鳳鵬.精通ANSYS.北京：清華大學(xué)出版社，2002：113-114.

[4]龔曙光.ANSYS基礎(chǔ)應(yīng)用及范例解析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:112-113.

[5]郭云霞．桁架門式起重機(jī)主梁設(shè)計(jì)及三維分析[D]．太原：太原科技大學(xué)，2010．

[6]劉淑香．集裝箱龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]．成都：西南交通大學(xué)，2007．

[7]崔華偉，徐長生．橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模與有限元分析[J]．中國水運(yùn)，2006，6(12)：196．

[8]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)驗(yàn)疫總局.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB3811—2008[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：12.

Finite element analysis of the 26 t truss gantry crane based on ANSYS

WANG Xiaochuang, CHEN Yantao

In order to verify the correctness and efficiency of the modern design method, we obtained the parameters of the truss gantry crane, and carried out finite element analysis with ANSYS. We checked the strength, rigidity, stability and other parameters of the main beam, and obtained the natural frequency of the crane through finite element modal analysis. The results proved that the crane met the design requirements.

truss gantry crane，ANSYS，strength，rigidity

TH218

A

1002-6886(2016)04-0055-03

王曉闖(1988-)，男，河南漯河人，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌C(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)。

2016-02-26