平衡梁結構的ANSYS力學分析

姜明峰， 王志虎， 顧星

（1.南通潤邦重機有限公司 技術中心，江蘇 南通226013；2.潤邦卡哥特科工業(yè)有限公司 技術部，江蘇 太倉215437）

0 引言

平衡梁作為門座起重機中連接水泥配重與小拉桿的結構件，在整個變幅過程中，不斷承受水泥重量及自身重量產生的變載荷，所以平衡梁與上轉柱鉸點（以下簡稱下鉸點）附近容易發(fā)生疲勞磨損，但對于平衡梁實際受力情況一般只簡單地分為最大幅度、最小幅度與中間幅度3個位置進行計算，沒有考慮平衡梁在整個變幅過程中的應力變化情況，所以無法控制平衡梁在實際工作情況中的應力水平。本文對平衡梁分別進行了相應的靜力學與瞬態(tài)動力學分析，分析結果對工程實際應用具有一定意義。

1 平衡梁靜力學分析

平衡梁結構如圖1所示。

圖1 平衡梁結構及移動軌跡圖

1.1 建立平衡梁有限元模型

利用有限元分析軟件ANSYS對平衡梁進行建模，采用shell63單元，并對相應實常數進行設置：彈性模量E＝210 GP a，泊松比 μ＝0.3，密度 ρ＝7.85×103kg/m3。結構有限元模型如圖2。

圖2 平衡梁有限元模型

1.2 施加載荷

該模型中所施加的載荷：活配重的重量28 t，所施加的邊界條件：下鉸點釋放沿Z軸轉動的自由度，平衡梁與小拉桿鉸點施加沿著小拉桿方向的位移約束。考慮結構簡化及焊縫重量影響等因素，重力加速度取為g＝10.5 m/s2。

1.3 計算結果

仿真計算結果如圖3～圖6所示。平衡梁最大Y向位移發(fā)生在平衡梁左端，根據《起重機設計規(guī)范GB3811-2008》，將平衡梁左端按懸臂端考慮，撓度需符合f

圖3 最大幅度Y向位移

2 平衡梁瞬態(tài)動力學計算

由于門座起重機在變幅過程中受主臂架的約束造成自身變角速度（圖7）擺動，承受水平配重及自身重量產生變載荷，因此有必要對平衡梁在各幅度狀態(tài)進行瞬態(tài)動力學分析。將門座機整個變幅過程分為若干段，利用ANSYS的APDL語言編寫瞬態(tài)動力學分析命令。

圖4 中間幅度應力

圖5 最大幅度應力

圖6 最小幅度應力

圖7 平衡梁繞下鉸點轉動的角速度曲線

主要部分命令如下：

分析結果如圖8、圖9所示。

圖8 下鉸點附近應力變化曲線

圖9 平衡梁尾部位移變化曲線

由瞬態(tài)動力分析結果可知，平衡梁在擺動過程中的強度在靠近最小幅度、中間幅度及最大幅度處出現(xiàn)最大值為112.5 MPa，與靜力學分析的108.2 MPa的位置接近；因此兩種計算方法是正確的。

3 結語

本文通過對平衡梁的靜力學和動力學分析，得出了該結構形式的平衡梁的強度、剛度和動力性能，為平衡梁結構的合理設計提供了更為準確的理論依據。

［1］ 孫楓.港口起重機設計規(guī)范［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 王新敏.ANSYS工程結構數值分析［M］.北京：人民交通出版社，2007.