龙门起重机结构设计.doc

龙门起重机计算说明书
一 龙门起重机的结构形式、有限元模型及模型信息。
该龙门起重机由万能杆、钢管以及箱形梁组成。上部由万能杆拼成,所有万能杆由三种型号组成,分别为2N1,2N4,2N5,所有最外围的竖杆由2N1组成,其他竖杆由2N4组成,所有斜杆由2N5组成,其他杆均为2N4;龙门起重机两侧下部得支撑架由钢管组成,钢管的型号为φ2196、φ835,其中斜竖的钢管为φ219X6,其他钢管为φ83X5;龙门起重机上部和下支撑架之间由箱型梁连固接而成,下支撑架最下端和箱型梁相固连。所有箱型梁由厚为6mm的钢板焊接而成。
对龙门起重机进行建模时,所选单元类型为Link8、Pipe16、Shell63三种单元类型。有限元单元模型见图1。模型的基本信息见下:
关键点数 988
线数 3544
面数 162
体数 0
节点数 1060
单元数 3526
加约束的节点数 48
加约束的关键点数 0
加约束的线数 0
加约束的面数 12
加载节点数 18
加载关键点数 18
加载的单元数 0
加载的线数 0
加载的面数 0
二 结构分析的建模方法和边界条件说明。
应力分析采用有限元的静力学分析原理,其建模方法采用实体建模法,采用体、面、线、点构造有限元实体。其中所有箱形梁用面素建模,其余用线素建模,然后在实体上划分有限元网格,具体见单元图。对于边界条件和约束条件,是在支撑架下的箱型梁的底面两端加X,Y,Z三方向的约束以模拟龙门起重机的实际情况。载荷分布有4种情况:工作时的吊重、小车自重、风载荷、考虑两度偏摆时的水平惯性力,具体见下。
三 载荷施加情况。
(1)工作时的吊重
工作时的吊重为40t,此载荷分布在小车压在轨道的4个位置,每个位置为10t。由于小车在轨道上移动,故载荷的分布位置随小车的移动而改变,由于小车移动速度慢,我们只把吊重载荷的施加作两种情况处理:在最左端(或最右端),以及龙门架中部位置。
(2)小车自重
小车自重为7t,和吊重载荷分布位置相同。
(3) 风载荷
风载荷:Ⅱ类风载。
(4)考虑20偏摆时的水平惯性力
该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为20的正切值,施加位置和吊重载荷施加位置相同,方向为水平的X向和Z向。
四 计算结果与说明。
对应吊重载荷的施加位置,共有两种计算情况;
(1) 小车在中间位置时:
万能杆应力分布云图如图2所示,最大应力分布云图如图3所示,钢管应力分布云图如图4示,最大应力分布云图如图5示,箱形梁应力分布云图如图6示,最大应力分布云图如图7示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图8, 9,10示。总计算结果见表一,表二。
表一(MPa)
名称 结构
整机主结构
箱形梁
钢管
最大应力
-86(压)
78(拉)
26.768
88.414
表二(mm)
名称 结构
X方向
Y方向
Z方向
最大位移
5.717
-44.571
47.248
由于该龙门架结构主要杆结构组成,所以要对局部受力较大的杆进行稳定性计算。
对于型号为2N1的万能杆,其应力分布见图11示,从图中可以看出最大压应力为N=77.505,2N1的万能杆的稳定系数φmin=0.6936,
N/φmin=77.505/0.6936=111.74MPa<170MPa,所以不会失稳。
对于型号为2N4的万能杆,其应力分布见图12示,从图中可以看出最大压应力为N=44.604,2N4的万能杆的稳定系数φmin=0.79,
N/φmin=44.604/0.79=56.46 MPa<170MPa,所以不会失稳。
对于型号为2N5的万能杆,其应力分布见图13示,从图中可以看出最大压应力为N=46.54,2N5的万能杆的稳定系数φmin=0.439,
N/φmin=46.54/0.439=106.01 MPa<170MPa,所以不会失稳。
对于φ219×6的钢管,其应力分布见图14示,最大压应力为N=86.888, 从图中可以看出弯曲应力为88.414,最长的φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.856,
稳定性应力=86.888/0.856 + 88.414 –86.888
= 103.4Mpa<140MPa,所以不会失稳。
对于φ83×5的钢管,其应力分布见图15示,压应力为N=40MPa,弯曲应力为46Mpa,φ83×5钢管的稳定系数φmin=0.707,
稳定性应力=40/0.707 + 46 – 40
=62.6Mpa《140Mpa,所以不会失稳
(2) 小车在最左(或最右)位置时:
万能杆应力分布云图如图16示,最大应力分布云图如图17示,钢管应力分布云图如图18示,大应力分布云图如图19示,板应力分布云图如图20示,最大应力分布云图如图21示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图22,23,24示。
表一(MPa)。
名称 结构
整机主结构
箱形梁
钢管
最大应力
-140.804(拉)
85.717(压)
29.94
106.345
表二 (mm)
名称 结构
X方向
Y方向
Z方向
最大位移
13.688
-32.365
63.294
由于该龙门架结构主要杆结构组成,所以要对局部受力较大的杆进行稳定性计算。
对于型号为2N1的万能杆,其应力分布见图25示,从图中可以看出最大压应力为N=67.208,2N1的万能杆的稳定系数φmin=0.6936,
N/φmin=67.208/0.6936=96.9 Mpa<170Mpa,所以不会失稳。
对于型号为2N4的万能杆,其应力分布见图26示,从图中可以看出最大压应力为N=52.997,2N4的万能杆的稳定系数φmin=0.79,
N/φmin=52.997/0.79=67.08 Mpa<170Mpa,所以不会失稳。
对于型号为2N5的万能杆,其应力分布见图27示,从图中可以看出最大压应力为N=54.669,2N5的万能杆的稳定系数φmin=0.439,
N/φmin=54.669/0.439=124.53 Mpa<170Mpa,所以不会失稳。
对于φ219×6的钢管,其应力分布见图14示,最大压应力为N=104.804MPa, 从图中可以看出弯曲应力为106.345MPa,φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.856,
稳定性应力=104.804/0.856 + 106.345-104.804
= 124Mpa<140MPa,所以不会失稳。
对于φ83×5的钢管,其应力分布见图29示,压应力为N=55.137MPa,弯曲应力为59.307Mpa,φ219×6钢管的稳定系数φmin=0.707
稳定性应力=55.137/0.707 + 59.307-55.137
=82.2<140Mpa, 所以不会失稳.