起重機(jī)伸臂支撐系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：基于大型履帶起重機(jī)拆裝研發(fā)的可移動式伸臂支撐系統(tǒng)，具有高度可調(diào)節(jié)、可移動并自動頂升、可承受大噸位壓力等優(yōu)點，經(jīng)ANSYS有限元分析及工程應(yīng)用驗證，其安全可靠、有效降低施工強(qiáng)度及成本。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；伸臂；支撐系統(tǒng)；有限元分析；

中圖分類號：U653.921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

隨著起重機(jī)在大型工程中普遍應(yīng)用及作用日益突出，履帶起重機(jī)的最大起重量已提高到單機(jī)3200t，如國內(nèi)已開發(fā)并制造出86000t.m級履帶起重機(jī)。大型化是起重機(jī)發(fā)展趨勢之一，其部件輕量化、拆裝運(yùn)輸便利化是關(guān)鍵。

為解決超大型起重機(jī)拆裝過程勞動強(qiáng)度大及施工安全隱患，我們設(shè)計制造了專用的起重機(jī)伸臂鋼支撐系統(tǒng)，其具有高度可調(diào)節(jié)、可移動并自動頂升、可承受大噸位壓力等優(yōu)點，經(jīng)ANSYS有限元分析及工程應(yīng)用驗證，其安全可靠、有效降低施工強(qiáng)度及成本。

2可行性分析

本文以SCC9000/900t履帶起重機(jī)為例進(jìn)行說明；SCC9000/900t履帶起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)：

表一：SCC9000/900t履帶起重機(jī)的相關(guān)參數(shù)

序號參數(shù)名稱參數(shù)備注

1主臂長度42～120m

212m主臂中間節(jié)重量14.5t

3主臂底節(jié)重量38.5t（含卷揚(yáng)）

4主臂底節(jié)銷孔高度5m

根據(jù)以上的起重機(jī)參數(shù)，分析后，對支撐的基本要求為：單件承受垂直壓力為70t；為適應(yīng)頻繁的轉(zhuǎn)場及換工況作業(yè)，此支撐應(yīng)方便移動；鑒于施工場地的特殊性及獨特性，支撐的高度可以適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以滿足作業(yè)需求。根據(jù)計算，我們這里初步確定設(shè)計的伸臂支撐的參數(shù)為垂直壓力：100t ，高度：1800mm并可調(diào)節(jié)，重量：500kg左右。

從上圖可以看出主臂底節(jié)銷孔位置過高造成吊臂拆裝時進(jìn)行支撐的高度無法降低，若用枕木作為支撐，則需10多層的枕木才能滿足拆裝需要，臂節(jié)較長時需重復(fù)此工序多次。高度可調(diào)節(jié)，可移動并自動頂升，可承受大噸位壓力，能適應(yīng)復(fù)雜場地要求成為了此設(shè)計的基本要求。多樣性的要求使設(shè)計上互相約束，成為了本技術(shù)的最大難點。

3鋼支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化

3.1 鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化

ANSYS 有限元分析軟件可以用來完成機(jī)械零件的靜力學(xué)、動力學(xué)分析，它主要包括三個模塊：模型建立、定義材料類型和單元類理、網(wǎng)格劃分等的前處理模塊，分析類型設(shè)置、載荷定義、載街步選項、有限元求解等的求解模塊，以反計算結(jié)果輸出如位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等圖形顯示和數(shù)據(jù)列表等的后處理模塊組成。Solidworks軟件的簡單易用，功能強(qiáng)大，許多復(fù)雜模型在Solidworks下完成后可以導(dǎo)入ANSYS軟件中進(jìn)行后繼分析處理，為復(fù)雜機(jī)械優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)支持。對于產(chǎn)品的設(shè)計驗證，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算，以保證起重機(jī)的安全可靠。要達(dá)到安全設(shè)計，比較可靠的辦法就是做試驗，但是需要大量的試驗經(jīng)費，且研發(fā)周期不能滿足高速發(fā)展的社會需求。這就有必要找到一種快捷的數(shù)值模擬計算方法，ANSYS比較精確地模擬起重機(jī)的實際工況。

經(jīng)過計算，支撐參數(shù)如圖5

圖2 支撐參數(shù)

本模型總體積：0.053704m2，總質(zhì)量：0.41889T，最大變形發(fā)生在上臺面邊緣處（如圖3），變形量為0.943mm。

圖3 整體應(yīng)變圖

最大應(yīng)力發(fā)生在上部管子與銷軸連接處和銷軸與下部連接處（如圖4），最大應(yīng)力已經(jīng)超過1200MPA。

圖4 應(yīng)力圖

綜合評價，本結(jié)構(gòu)承載能力可以，主要是應(yīng)力集中問題嚴(yán)重，需在所有薄弱位置進(jìn)行加固加強(qiáng)使設(shè)計滿足要求。

第一：在上部管子銷孔處內(nèi)部以相同材料鐵板進(jìn)行加厚處理，增大與銷的接觸面積，減少受力集中，同理在下部管子銷孔處外部以相同材料鐵板進(jìn)行加厚處理。

第二：上部平臺設(shè)計成夾層形式，內(nèi)部在受力方向做加強(qiáng)筋板，一方面節(jié)約了材料，一方面有效利用了結(jié)構(gòu)增加強(qiáng)度。

第三：管子與平臺連接處進(jìn)行筋板加強(qiáng)，下部管子外側(cè)泳鋼板焊接加強(qiáng)穩(wěn)定性。

3.2液壓系統(tǒng)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入了液壓系統(tǒng)，這樣的優(yōu)點是：第一，有效減輕頂升機(jī)構(gòu)的重量，從而降低整體重量，方便轉(zhuǎn)運(yùn)；第二，降低了勞動強(qiáng)度，充分利用了原車已有設(shè)備。使用液壓油缸作為支撐頂升的動力，如圖5：

圖5 液壓頂升油缸

3.3移動功能設(shè)計

大輪式結(jié)構(gòu)適應(yīng)工作場地復(fù)雜的要求，工作時輪式結(jié)構(gòu)提升，受力由鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，轉(zhuǎn)運(yùn)時輪式結(jié)構(gòu)承重，減小移動動力的需求。如圖6：

圖6 轉(zhuǎn)運(yùn)狀態(tài)和工作狀態(tài)

該支撐系統(tǒng)可應(yīng)用在各種環(huán)境下拆裝SCC9000/900t履帶起重機(jī)，使用方便；支撐系統(tǒng)轉(zhuǎn)場效率高，僅需簡單操作實現(xiàn)頂升調(diào)好高度，即可進(jìn)行起重機(jī)拆裝的下一步作業(yè)。鋼支撐實物如圖7。

圖7 鋼支撐實物照片

結(jié)語

經(jīng)過實踐檢驗，運(yùn)用該支撐系統(tǒng)安全可靠，改進(jìn)了SCC9000/900t履帶起重機(jī)拆裝工藝；降低工人的勞動強(qiáng)度，提高施工效率，降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

參考文獻(xiàn)

[1]孫桂林 .起重機(jī)操縱器和顯示器的設(shè)計[J].起重運(yùn)輸機(jī)械， 1989.

[2] 肖克勤. 起重機(jī)鋼管桁架的節(jié)點設(shè)計[J].起重運(yùn)輸機(jī)械， 1990.