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设计、研究、分析
leji Yanyi Fenri
204年第6期
港口轮胎起重机臂架有限元分析
张成玉',严沾谋2
(1.贵州省机电研究设计院,贵州贵F阳55003;o2)
2.中国水电顾问集团贵阳劼测设计研究院,贵州贵F阳550
摘要:运用 ANSYS软件,对某新设计的港口轮胎起重机臂架在三种设计エ況下进行三维有限元分析。通过分析
臂架的轴力、剪力和 von Mises等效应力,发现起重机骨架在三种工况下的最大工作应力远小于其屈服强度,建议将
臂架的主弦杆改成型号更小的管材,从而节省材料,降低成本,提高市场竟争力。
关键词:轮胎起重机臂架有限元法应力强度
中图分类号:TH213.6
文献标识码:A
文章编号:1002-6886(2014)06-0005-04
FEM analysis of port tyre crane boom
ZHANG Chengyu, Y AN Zhanmou
Abstract This paper is about the three-dimensional FEM analysis of a new-designed port type crane boom by ANSYS
ee design conditions It shows that e maximum working stress of the crane boom is far lower than its yield strength
under three different working conditions through analyzing the axial force, shear and Von Mises stress, so we suggest the
main chords of the crane boom be replaced by pipe of smaller size, thus to save materials and reduce cost, and improve
market competitiveness
Key words: type crane; boom; finite element method; stress; strength
示。由于不同单元的连接往往会造成附加应力,因
0引言
而将臂首的薄板和臂尾的实体简化成管材,以利于
臂架作为起重机的关键受力部分,其安全性显得单元之间的连接,提高计算的准确性。所有单元采
尤为重要;同时,臂架的重量对整个起重机重量影响用空间桁架单元 pipel6,单元的构造和应力输出如
重大。为此,许多学者和专家对起重机臂架进行了有图2所示,该单元具有拉、压、扭、弯功能,有六个自
限元受力分析与优化。周慎杰等对履带起重机臂架由度:UX,UY,UZ,ROTX,ROTY和ROTZ。臂架主
进行了有限元分析,于金莹对大型桁架起重吊臂进弦杆、竖杆和斜杆的管材型号分别为95mmx8
行了应力测试与有限元分析?,郑朝云等研究了不同mm、50mmx3mm,60mmx6m;材质为16Mn,弹
主弦杆壁厚起重机臂架的优化设计],计三有等研究性模量E=210GPa,泊松比γ=0.3,屈服应力o
了基于神经网络的起重机臂架结构优化。
345MPa。变幅绳的直径D=36mm,弹性模量E=
本文根据起重机的工作特点,对新设计的某港210GPa,泊松比y=0.3。臂架工作时受到变幅绳
口轮胎起重机臂架结构进行有限元分析。臂架的三拉力F拉、自身重力F重、起吊重力F起吊物摆动力
种主要设计工况为:a)工况一:起重机臂架与水平F腰沿臂架方向起动力F起、沿X方向均匀施加在臂
面成30°;b)工况二:起重机臂架与水平面成45°;c)架上的风力F成六个力作用(图1)。变幅绳的支点
工况三:起重机架与水平面成75°。
和臂尾的两个支点采用销轴约東,UX=0,UY=0,
1有限元模型
UZ=0,ROT=0,ROTY=0。将变幅绳与臂首进行
耦合,采用销轴进行连接,UX=0,UY=0,UZ=0,
某港口轮胎起重机臂架的有限元模型如图1所ROTX=0,ROY=0。
变幅绳
2300N;此外,还考虑臂架结构自身重力
F重=4.33t的影响。
图3为工况一臂架受力云图,从图上可以看出,轴
力的最大压力为148878N,最大压应力为67.67MPa<
o],其中:[o]=o,/1.33=259.40MPa;剪力的最大值
为12162N,最大剪应力为5.53MP2a<[o]。
UX=0. UY=0. UZ=0
ROTX=0. ROTY=0
图1臂架有限元模型
If node K is omitted, the element y-axis
is para llel to the global X-Y plane
out
T180
Pint
(a)轴力
④
x yz defines the element
coordinate system orlentatlon
(a)单元构造
Torsional
(b)剪力
SBEND
Moment
图3工况一臂架受力云图
SAXI
图4为工况一臂架的 yon Mises等效应力图,不
计变幅绳,等效应力的最大值为120MPa<[o],发生
CSDIR
Shear
在由臂首的支板简化的杆上。主弦杆的 von Mises等
效应力的最大值为65MPa<[o],发生在上弦杆。
(b)应力输出
图2 pipel6单元示意图
2臂架在工況一下的有限元分析
工况一:起重机臂架与水平面成=30°,起吊
量G1=2t,吊钩重G2=0.7t,同时考虑动荷系数(h
=1.1)的影响,折合总起重量为
k(G1+G2)g=3×10
臂架在回转过程中,起重物与竖直方向的摆角
为=7.35°,由此引起的摆动力为:
摆= Ktang=0.387x104N
F
起升绳与臂架的夹角为B=1.45°,拉力F=
10°N;变幅绳与臂架的夹角为=9.75°;作用于臂
架的工作风压为水平均布载荷,取最大值F风=
图4工况一 von Mises等效应力云图