基于ANSYS的26 t桁架門式起重機有限元分析

王曉闖，陳雁濤

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

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基于ANSYS的26 t桁架門式起重機有限元分析

王曉闖，陳雁濤

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

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

桁架門式起重機ANSYS強度剛度

0　引言

起重運輸機械作為常用的物料搬運設備，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中占有重要地位。桁架式起重機具有自重輕、用料省、迎風面積小等優(yōu)點，但由于其桿件多，結構相對復雜，采用傳統(tǒng)計算方法不僅計算繁鎖，計算耗時長，且計算精度難以保證。采用有限元等現(xiàn)代設計計算方法，對起重機的具體結構建立空間計算模型，并進行結構的強度、剛度分析是目前起重機結構設計計算的發(fā)展方向[1]。

本文以一種桁架門式起重機為例，通過ANSYS對其三維模型的主梁強度、靜剛度及動剛度進行分析，以驗證起重機結構滿足設計要求。

1　結構參數(shù)確定及有限元模型搭建

根據(jù)設計目標及工作條件，桁架式起重機已確定的參數(shù)見表1。

表1　桁架式起重機參數(shù)表

圖1為有限元建模分析流程圖，根據(jù)起重機的結構特性和設計參數(shù)，對有限元模型定義單元類型、實常數(shù)及材料參數(shù)，建立ANSYS模型如圖2所示。結合結構的自重、起升載荷、風載荷、慣性載荷等條件對起重機的強度和靜剛度進行分析計算[2]。

圖1　有限元建模分析流程圖

圖2　桁架式起重機有限元模型

2　強度及剛度分析

2.1強度計算

2.1.1小車在跨中時

圖3為整機結構系統(tǒng)應力等值線圖，圖4為主梁應力最大值處應力等值線圖局部放大。

考慮輪壓引起的局部應力，跨內上弦桿強度計算：

(1)

圖5　主梁應力局部放大圖

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

=-171MPa≤[σ]=175MPa

所以小車在跨中時主梁強度校核滿足要求。

2.1.2小車位于懸臂端時

=-170MPa≤[σ]=175MPa

所以小車在懸臂端時強度校核滿足要求。

2.2主梁靜剛度計算

3　動態(tài)剛度分析

起重機的動態(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于額定起升高度時，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代表了相應的頻率值，由圖中可看出f=2.584 Hz或2.996 Hz，起重機設計規(guī)范規(guī)定門式起重機小車位于跨中或懸臂端時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　結束語

本文根據(jù)設計要求，在考慮各種載荷的條件下，建立26 t桁架門式起重機的有限元模型，對主梁的強度和剛度進行了校核，滿足設計要求；通過靜力學分析，進一步得出主梁在各種載荷情況下的變形情況，與傳統(tǒng)力學方法得出的許用撓度和許用應力比較，滿足設計要求；研究桁架門式起重機結構系統(tǒng)的動態(tài)特性，提取其振型圖、固有頻率，對結果進行了動剛度校核，證明均滿足設計要求。

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

[2]王金諾,于蘭峰.起重運輸機金屬結構[M].北京:中國鐵道出版社,2002：45-47.

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

[4]龔曙光.ANSYS基礎應用及范例解析[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004:112-113.

[5]郭云霞．桁架門式起重機主梁設計及三維分析[D]．太原：太原科技大學，2010．

[6]劉淑香．集裝箱龍門起重機結構系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設計[D]．成都：西南交通大學，2007．

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

[8]國家質量監(jiān)督檢驗驗疫總局.起重機設計規(guī)范:GB3811—2008[S].中國標準出版社，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，研究方向為城市軌道交通機電設備設計。

2016-02-26