軌道客車墻板搬運起重機的工況分析與計算方法

張國福　劉永勝　沈健

摘要：搖臂式懸掛起重機的懸臂可以旋轉并且可以在軌道上沿直線移動，因此懸臂旋轉到不同的角度和大車行走到不同的位置時，大車上四個角點的行走輪對工字鋼軌道所產生的壓力情況是不相同的。本文通過選取3個典型位置分析計算了在不同工況下工字鋼軌道的受力情況。

關鍵詞：搖臂式懸掛起重機；工字鋼軌道；搖臂；強度計算

0 引言

在軌道客車墻板焊接生產線上或某些大型企業設備安裝過程中，懸掛起重機是經常使用的吊裝裝備。懸臂的安全是整個吊裝工程安全的關鍵，結合懸臂多采用工字鋼的特點，通過分析懸臂起重機工字鋼懸臂梁典型工位的受力情況，作為對懸臂起重機工字鋼懸梁進行設計依據，并有針對性地對特定工位及其附近位置懸臂所受到轉矩和應力進行加強檢驗和監控，必要時在懸臂危險截面及其附近采取加強其強度和剛度等相應措施，確保懸臂起重機吊裝安全。本文使用有限元分析軟件Solid Works Simulation對懸臂的3個典型位置進行彎矩與應力計算與分析，從而為懸臂起重機的設計與計算、檢驗等提供依據，對工程應用具有一定的指導意義。

1 工況分析

1.1 典型工位確定

為了便于分析計算，我們取3個典型的位置分別進行計算和分析，以便找出在哪種情況下，工字鋼軌道所承受的彎曲應力最大和工字鋼軌道所承受的局部輪壓最大。那么這種情況就是極限工況。

3個典型位置分別是：搖臂與工字鋼軌道平行；搖臂與工字鋼軌道成90°角；搖臂與工字鋼軌道成45°夾角。

1.2 計算說明

工字鋼所受行走輪的支反力由Solid works Simulation軟件的結果工具中反作用力功能選項進行快速求解。本文直接引用計算結果。軌道選用工字鋼125a，材料Q235A，截面面積S=48.541cm²，慣性矩I_x=5020cm⁴，彎曲截面模量W_x=402cm³。E點施加5000N的載荷。為了簡化計算，本文未考慮工字鋼軌道自重。將軌道視為簡支梁，長度L為6m。軌道間距為1.5m，沿軌道方向上的行走輪間距W為1.8m。

2 受力分析與計算過程

第一種情況（搖臂與工字鋼軌道平行），如圖1所示。

由Solidworks Simulation的分析結果可以看出橫梁1和橫梁2的受力情況相同，下面對橫梁2的最大彎矩值和最大應力值進行求解。彎矩圖如圖2第一種情況彎矩圖所示。

由Solidworks Simulation的分析結果可以看出橫梁2的受力最大，下面對橫梁2的最大彎矩值和最大應力值進行求解。彎矩圖如圖4第二種情況彎矩圖所示。

由Solidworks Simulation的分析結果可以看出橫梁2的受力最大，下面對橫梁2的最大彎矩值和最大應力值進行求解。彎矩圖如圖6第三種情況彎矩圖所示。

4 結論

通過以上分析可知：在第二種情況下即懸臂與工字鋼軌道成90°夾角時，工字鋼軌道整體承受最大彎矩和應力；在第三種情況下即懸臂與工字鋼軌道成45°夾角時，工字鋼軌道的下翼緣承受最大的局部輪壓，產生最大的局部應力。在設計和計算中，會將第二種情況作為設計和計算簡支直線軌道整體力學分析的出發點和依據，會將第三種情況作為局部力學分析的出發點和依據，只有在整體和局部的分析結果都小于工字鋼材料許用應力的情況下該工字鋼軌道才能滿足設計要求。