某電廠臺車及抓梁結構計算分析

摘要：某電廠檢修閘門為20世紀70年代建造，建造時未考慮閘門起吊檢修問題。現根據現場實際條件設計臺車及抓梁，并采用三維軟件建立臺車架及抓梁模型，然后使用前處理軟件進行離散化，再使用有限元軟件進行求解。根據求解得到結果對機架結構進行優化設計，使得結構強度大幅增加，并滿足遭受設計最大載荷80t情況下結構應力值不超過180"MPa要求，同時撓度需滿足相關規范要求。

關鍵詞：臺車""抓梁"""優化"""強度

中圖分類號：O328;TB535+.1"""""""文獻標識碼：A

Computational"Analysis"of"the"Structure"of"the"Trolley"and"Gripping"Beam"in"a"Power"Plant

MA"Yaopo

（Goupitan"Power"Plant，"Zunyi，"Guizhou"Province，"564408"China）

Abstract："The"bulkhead"gate"of"a"power"plant"was"built"in"the"1970s，"and"the"lifting"maintenance"of"the"gate"was"not"considered"when"it"was"constructed."Now"the"trolley"and"the"gripping"beam"are"designed"according"to"the"actual"conditions"of"the"site，"three-dimensional"software"is"used"to"establish"the"trolley"frame"and"gripping"beam"model，"then"pre-processing"software"is"used"for"discretization，"and"then"finite"element"software"is"used"for"solution."According"to"the"results"of"the"solution，"the"frame"structure"is"optimized"to"greatly"increase"the"strength"of"the"structure"and"meetnbsp;the"requirement"that"the"structural"stress"value"is"not"more"than"180"MPa"under"the"maximum"designed"load"of"80T，"and"the"deflection"needs"to"meet"relevant"specifications.

Key"Words："Trolley;"Gripping"beam;"Optimization;"Strength

某水電站檢修閘門為20世紀70年代建造，建造時未考慮閘門起吊檢修問題。現該閘門出現漏水情況，需進行檢修。現根據現場實際條件設計臺車及抓梁，并采用三維軟件建立臺車架及抓梁模型，然后使用前處理軟件進行離散化，使用有限元軟件進行求解。根據求解得到結果對機架結構進行優化設計，使得結構滿足遭受設計最大載荷80"t情況下應力值不超過180"MPa的要求，同時撓度需滿足相關規范要求。臺車架及抓梁1/2三維模型如圖1所示。

1有限元模型建立

建立臺車架及抓梁結構的三維簡化模型，并對模型進行網格劃分，建立有限元模型。臺車架及抓梁分別采用204"326個單元及109"150個單元，單元類型均采用S4R殼單元，C3D8I實體單元，單元尺寸為20"mm，有限元模型如圖2所示[1]。

模型采用t、mm、s、N、MPa、N-mm單位制。其中材料參數為：密度ρ=7.85×10-9"t/mm3，彈性模量E=2.08×105、泊松比0.3，重力加速度為g=9.8×103"t/s2，該機架材料為Q355C，計算中采用塑性階段曲線，如圖3所示。

2計算工況及邊界條件

由于臺車架及抓梁均為對稱結構，因此建立1/2模型，在對稱面處施加對稱邊界條件。然后在臺車架的兩處輪子處均采用rb2進行模擬，一個輪子施加y，z平移自由度約束，其余均放開；另一個輪子施加y平移自由度約束，其余均放開。臺車架載荷為臺車架上原設計卷筒處施加單邊40"t壓力載荷及重力加速度。

抓梁在對稱面處施加對稱邊界條件，然后在鋼絲繩連接處施加垂直z平移自由度約束，其余均放開。建立剛性銷軸模型，并與抓梁建立摩擦接觸關系，在剛性銷軸中心點施加垂直向下的40"t集中力載荷，并對整體模型施加重力加速度，如圖4所示[2]。

3"計算結果

原臺車架應力及位移云圖如圖5所示，可見最大應力為458"MPa，不滿足設計要求。

為達到設計要求，在承載的連系梁處將直角拐彎改為斜角拐彎，然后將聯系梁由工字梁結構改為箱型梁[3-6]結構，優化后臺車架應力及位移云圖如圖6所示。

從圖5和圖6可看出，優化后的臺車架結構最大應力由458"MPa降至178.5"MPa，滿足了規定載荷下結構應力不超過180"MPa的設計要求。

由于在計算模型中采用離散剛體假軸模型代替常見的RB2方式，并采用接觸關系對假軸和結構進行連接，降低了計算過程中的模型剛度，減小了不恰當約束帶來的剛度突變，消除了應力集中現象，使得計算結果滿足最大處應力不超過180"MPa的設計要求。抓梁結構計算分析結果具體如圖7所示。

4結語

在類似臺車架結構中重點區域可以考慮采用箱型梁結構代替傳統工字梁結構，該結構能顯著降低結構應力，并在變截面處使用拐角斜面降低集中應力，使得結構在承受較大載荷時，保證較小的應力及位移。該種機架型式可作為后續類似設備支撐結構的參考型式。該文僅對靜載情況下結構應力變形進行計算，后續可增加鋼絲繩及卷筒、電機等機構，建立一個完整臺車模型，對結構在運行全過程中動態應力、變形等進行分析計算，可對結構有進一步的深入了解。

參考文獻

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