100t門式起重機結構有限元分析

摘要：本文以100t門式起重機為研究對象，采用有限單元法，對該門式起重機進行有限元模擬計算。綜合分析6種典型工況，生成應力云圖，應變云圖。根據(jù)軟件計算得到的數(shù)據(jù)，對其結構承載能力進行分析。

Abstract： In this paper， 100t gantry crane is taken as the research object， and calculated by finite element method. Through a comprehensive analysis of 6 typical operating conditions， contours of stress and strain are obtained. According to the data obtained by software calculation， structural load carrying capacity of the gantry crane is analyzed.

關鍵詞：門式起重機；有限元分析；強度；靜剛度.

中圖分類號：文獻標識碼：

1 整機概況

本文所述門式起重機，跨度36m，起吊高度23m，起升額定荷載為100t，整機自重83.2t。該門式起重機主要結構為起重機主梁、剛性支腿、柔性支腿、1臺起重小車、走行大車。起重機主梁為三角桁架式結構，共2片，布置間距為2.5m，桁架之間布置連接架，兩片三角桁上布置40mm×70mm方鋼軌道，小車在兩片三角桁之間的空間進行作業(yè)。主梁下與支座梁連接，再與兩支腿連接，兩支腿均采用鋼管結構。其結構示意圖如圖1所示：

2 模型建立

通過有限元建模，可簡化門式起重機的設計周期，降低設計成本，達到更好的效果。本次設計采用midas軟件，模型中的所有金屬桁架結構均采用空間梁單元進行模擬，將起重小車簡化為 4 個集中質量力，分別作用于小車 4 個輪子作用點位置。走行大車簡化為4個有約束的邊界支承點，只約束x、y、z軸的平動自由度，釋放x、y、z軸的轉動自由度以模擬真實受力狀態(tài)。該門式起重機金屬結構選用Q235材料，彈性模量為206 GPa，泊松比為0. 3。

3 有限元計算結果

3.1 控制工況

該門式起重機正常工作時有 6 種控制工況，分別為：

工況1：大車走行，小車位于跨中起升最大吊重；工況2：大車走行，小車位于剛腿側起升最大吊重；工況3：大車走行，小車位于柔腿側起升最大吊重；工況4：大車不動，小車走行并位于跨中起升最大吊重；工況5：大車不動，小車走行并位于剛腿側起升最大吊重；工況6：大車不動，小車走行并位于柔腿側起升最大吊重。

3.2 有限元計算結果

（1） 載荷分析（見表2）

（2） 強度分析

對結構材料的拉伸、壓縮、彎曲許用應力，按不同的載荷組合規(guī)定相應的安全系數(shù)和基本許用應力，本文為載荷組合A形式，安全系數(shù)取1.48，Q235材料許用拉、壓應力為159MPa，許用剪切應力為92MPa。

通過對6個控制工況的有限元分析計算可知，最大應力發(fā)生在工況一下的主梁腹桿上，最大應力為137.2MPa<159MPa（見圖2）。

由圖2可知，最不利工況下整機各部分應力均小于許用應力，該門式起重機強度滿足設計要求。

（3） 靜剛度分析

當小車位于主梁跨中，大車、小車均不移動，小車靜態(tài)提升最大吊重時，由有限元分析軟件計算該狀態(tài)下的主梁最大位移，如圖3所示：

由圖3可知，主梁最大變形61.4mm-12.2mm=49.2mm

4 結論

本文以100t門式起重機金屬結構為對象，應用midas軟件實現(xiàn)了該起重機金屬結構有限元模型的建立及分析計算，從理論上得到構件的最大應力和較大應力部位及應力數(shù)值，為該類型結構設備的分析建模方法提供了參考。

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作者簡介：李云飛（1986-），男，助理工程師，2008年畢業(yè)于湖北交通學院工程監(jiān)理專業(yè)，