基于現場問題的起重機平衡架支撐結構分析與改進

王照鋒

（太原重工技術中心起重所， 山西 太原 030024）

引言

起重機平衡架支撐是連接起重機運行車輪和起重機主梁的重要結構，平衡架支撐及主梁頭部結構的合理性對板材的受力有很大的影響，現結合現場案例對主梁頭部和平衡架支撐進行有限元分析，并提出改進方案。

1 現場反饋

2018年6月某鋼廠用戶反饋，太原重工技術中心起重所為其生產制造的200/50t-25m鑄造起重機主梁頭部平衡架支承處的蓋板出現裂紋，見圖1、圖2。

圖1 出現裂紋處主梁頭部現場照片

圖2 出現裂紋處主梁頭部近距離照片

2 起重機結構

接到用戶反饋后，經查圖紙，該起重機采用的是四梁四軌鉸接端梁結構，單側車輪數量為10個。圖3為起重機左視圖，其中云線圈住的部位為出現裂紋處。

3 分析過程

因為此處受力情況復雜，無法采用手工計算的方式，因此采用有限元進行受力分析。本案例采用Solidworks進行三維建模，然后用Ansys Workbench進行有限元分析。

1）利用Solidworks建立初始模型，見圖4—圖5。

2）將模型導入Ansys Workbench中并劃分網格，見圖6。

圖3 起重機圖紙-左視圖

圖4 主梁三維模型等軸側視圖

圖5 主梁三維模型左視圖

圖6 主梁頭部有限元劃分網格

3）設置加載條件。按簡支梁一段固定、另一端滑動施加約束；按小車滿載并處于最不利位置時的狀況施加載荷；受力件材質為Q345B。計算結果見下頁圖7。有限元分析的最大應力為249.46 MPa。通過圖7可以看出，最大受力帶與實際開裂裂紋形狀一致。

4 改進優化方案

4.1 第一種改進方案

在第1和第2立板、第3和第4立板之間增加200 mm高的連接筋板，結構見下頁圖8。

加載條件同第3節中的3），重新進行計算，計算結果見圖9。有限元分析的最大應力為216.6 MPa。

圖7 主梁頭部有限元分析應力（MPa）結果

圖8 第一種改進方案主梁頭部三維模型

4.2 第二種改進方案

在第1和第2立板、第3和第4立板之間增加400 mm高的連接筋板，結構圖10。

圖9 第一種改進方案主梁頭部有限元分析應力結果

圖10 第二種改進方案主梁頭部三維模型

加載條件同第3節中的3），重新進行計算，計算結果見圖11。有限元分析的最大應力為201.2 MPa。

4.3 第三種改進方案

將平衡架支撐沿主梁方向的筋板長度加長，具體結構見圖12。

加載條件同第3節中的3），重新進行計算，計算結果見圖13。有限元分析的最大應力為163.89 MPa。通過圖13可以看出，此時平衡架支撐和主梁頭部的受力情況發生了顯著的變化。

圖11 第二種改進方案主梁頭部有限元分析應力結果

圖12 第三種改進方案主梁頭部三維模型

圖13 第三種改進方案主梁頭部有限元分析應力結果

5 結果匯總（見表1）

表1 有限元分析結果匯總

6 最終處理方案

根據分析結果，最終確定了如下的加固方案：將主梁頭部下蓋板開裂處刨開補焊；將平衡架支撐薄板加長。

7 用戶反饋

從2018年6月應用至今，該結構運行良好，未再次出現裂紋。

8 結語

在以后的設計工作中，遇到類似的結構建議將平衡架支撐薄板加長，可使平衡架支撐及主梁頭部的受力狀況得到極大的改善。如果空間足夠，可在立板之間增加連接筋板，使剛性增加，在一定程度上進一步改善了受力情況，使結構的使用壽命得到延長。