“海宇號(hào)”1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)改造結(jié)構(gòu)有限元分析

黃紅波

【摘 要】應(yīng)用有限元軟件ANSYS對(duì)“海宇號(hào)”1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)臂頭結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行有限元分析。通過(guò)對(duì)不同工況下的模型計(jì)算分析，對(duì)改造方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，在滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)力及桿件穩(wěn)定性等要求下，做到最優(yōu)設(shè)計(jì)，并對(duì)改造后的起重機(jī)做出優(yōu)化分析。

【關(guān)鍵詞】起重機(jī)；有限元；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化

[Abstract]Analysing the "Haiyu" 1000 tons of the head of single jib crane luffing crane by finite element software ANSYS. Through analysis the model calculation of different working condition， we optimize the transformation plans continually in order to meeting the stress and stability requirements，and achieving the optimal design， and make optimization analysis on the transformation of the crane.

[Key point]crane；finite element；structure，optimization

1、工程概況

為適應(yīng)中鐵大橋局集團(tuán)承接的孟加拉國(guó)Padma大橋施工需要，需對(duì)1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)進(jìn)行改造，改造后，主鉤安全起重量1000噸，起升高度70m，舷外幅度32.8米，副鉤安全起重量為430噸，起升高度98米，舷外幅度44米，可適用于在此起重量范圍內(nèi)的海上和內(nèi)河上的橋梁工程吊裝作業(yè)。

2、起重機(jī)結(jié)構(gòu)

改造后結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

結(jié)構(gòu)部分主要對(duì)臂頭部分進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)中考慮上下各采用三片主桁的情況，雖增加臂頭穩(wěn)定性，但在副鉤起吊作業(yè)時(shí)，三片主桁結(jié)構(gòu)形式會(huì)因受力不明確而導(dǎo)致應(yīng)力集中，因此上下各采用兩片工字梁做主桁。主鉤箱體利舊，與箱體連接的桁架新制為滿足副鉤起吊要求，臂頭結(jié)構(gòu)尺寸外形重新設(shè)計(jì)，新制臂頭部分重約為102t.

3、結(jié)構(gòu)建模計(jì)算

根據(jù)改造后的圖紙，對(duì)起重機(jī)進(jìn)行ansys建模。

臂頭主桁及橫梁用板單元shell163單元，桿件部分用beam188單元；吊臂臂頭部分用shell63單元；鋼絲繩用link8單元；主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)用和吊重用mass21單元。其余部件質(zhì)量用等效密度的方式施加在結(jié)構(gòu)模型中。模型約束如圖2所示。

以副鉤最大起重量430t工況為例，改造所用主要材質(zhì)為WDB620，根據(jù)起重機(jī)規(guī)范，有風(fēng)工況取安全系數(shù)1.33，屈強(qiáng)比系數(shù)1.076，材料的許用應(yīng)力為：

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)改造后的起重機(jī)進(jìn)行建模分析，我們可以得出：

4.1臂頭結(jié)構(gòu)應(yīng)力值滿足副臂最大起吊430t吊重時(shí)的許用應(yīng)力，最大的等效應(yīng)力319MPa，小于許用應(yīng)力342MPa。

4.2桿件最大壓應(yīng)力值為98.4MPa，小于結(jié)構(gòu)中桿件的最小臨界壓應(yīng)力195MPa。

4.3通過(guò)建模計(jì)算，各桿件的穩(wěn)定性滿足要求。

改造后的起重機(jī)臂頭設(shè)計(jì)可以滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性等要求，并再對(duì)靜強(qiáng)度較高的的結(jié)構(gòu)做優(yōu)化減重后仍能滿足要求，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理，經(jīng)濟(jì)有效。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 高耀東，劉學(xué)杰 . ansys機(jī)械工程應(yīng)用精華30例. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.1

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

[3] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，鄒勝，劉權(quán)，王少華 . 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京：中國(guó)鐵道出版社，2013

[4] GB/T 3811-2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]