基于ANSYS的集装箱装卸桥箱式桥架优化设计.pdf

れ电エ程故木2010年第39卷第.02期
制造业信息化
基于 ANSYS的集装箱装卸桥箱式桥架优化设计
曾文健',宁朝阳2
(1.广西取业技术学院,广西南宁530226:2.湖南工业职业技术学院,湖南长沙410007)
摘要:对目前港口运行的集装箱装卸桥进行研究,发现集装箱装卸桥的金属结构在设计与制造等方面存在请多的材料浪费以及引
发制造成本上升的综合问题。以125/35集装箱装卸桥为例,采用 ANSYS软件对箱式桥架主梁进行了有限元分析及优化设计,得
到了较好的经济效益。
关键词:装卸桥;箱式主梁;优化设计;有限元分析
中图分类号:TH213.8
文献标识码:A文章编号:1009-9492(2010)02-0081-04
1引言
主小车额定起重量:Qm=125000g;
随着北部湾国家级经济区的成立,集装箱的装卸量在
副小车额定起重量:Q=35000kg。
逐年上升,对集装箱装卸桥的需求量也逐渐增加。但长期
2.2桥架结构简图
以来,对于非标准的桥式装卸桥结构设计大多数还是采用
主端梁连接如图1,桥架结构三维模型如图2,桥架
上个世纪七十年代设计人员所提供的标准图纸,只是适当
结构简图如图3,主端梁铰接连接如图4。
修改了一些参数的尺寸,由于主要采用传统的设计方法,
因此所设计的装卸机均具有很大的安全系数,这样不仅材
料浪费大,而且增加了许多基建费用。
近年来随着计算机仿真模拟技术和虚拟制造技术的发
展,三维仿真和虚拟技术得到了广泛应用,机械设计进人
到高质量、高效率、创新的时代。有限元方法就是目前在
机械设计上应用最为广泛的新型设计方法之一。有限单元
法运用离散概念,把弹性连续体划分为一个由若干有限单
元组成的集合体,通过单元分析和组合,得到一组联立代
数方程组,最后求解得数值解。与采用传统的材料力学受
图1主端梁连接图
力分析计算方法相比,有限元分析方法计算结果更精确,
并且能解决采用传统材料力学受力分析计算过程的简化、
假设或计算繁杂等问题,同时实现优化处理。本文根据装
卸桥的生产实际,结合桥架结构复杂且工况变化大的特
点,为了达到既安全又经济的目的,采用 ANSYS软件对
主梁进行有限元分析和优化设计。
2125/35t装卸桥铸造偏轨梁的基本参数
2.1基本参数
主小车工作级别:A7;主梁材料:Q345
副小车工作级别:A6;
副主梁材料:Q235;跨度:L=2700om
图2桥架结构三维模型
收稿日期:2009-09-02
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模时采用自底向上和自顶向下相结合的方式,熟练运用
作平面和三维坐标,利用模型的对称性,模型建成并划分
完网格以后见图1和图6
1.偏轨主梁2.端梁头部3.端梁中部4.偏轨副主梁
图3125t桥架结构简图
图6主梁及端梁头部整体网格划分图
3.2采用求解器中施加载荷并求解
(1)位移约束
1.端梁头部2.铰接处3,4.端梁中部
约東位置在大车主、从动车轮组与端梁铰支座处。考
图41251主端梁铰链连接简图
虑实际受力情况,在一端梁头部主动车轮组与端梁铰支座
处限制び、、U2及RO7、RO7、ROT,从动车轮组与
3主梁的有限元分析过程
端梁较支座处限制U。在跨另一端梁头部主动车轮组与端
整个桥架可从图4校接处分成三部分,整个桥架分成梁较支座处限制队、、2及RO7、,从动车轮组与端梁
三部分以后,主梁与端梁头部作为一整体进行有限元分较支座处限制仏。它们的位移均为零。
析,当主小车运行至主梁中部时,主梁与端梁头部受力情
(2)加集中载荷
况见图5。图5中力F、F是指由主小车横向及纵向运行
集中载荷一处位于主小车车轮与轨道接触处,另一处
起制动时对主梁产生的水平力;Fn、Fa是指由主小车对主
位于端梁头部与端梁中部铰接孔处。加载时只要准确加到
梁产生的垂直向下的力;Rn、R是指由副小车所引起的
节点处即可。
对铰接处产生的垂直向下的力;Px是指由副小车运行起制
(3)加自重载荷和惯性载荷
动时所引起的对铰接处产生的水平的力。
重力是分布力,在 ANSYS中只需给出重力加速度的
值就行了。在弹出的对话框中选择重力加速度的方向为F
方向,大小为9.8kg/m2。考虑当大车、小车起制动时所产
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生的动载荷及水平惯性载荷情况,对于小车的惯性载荷可
按集中载荷添加,而主梁和端梁头部结构件的惯性载荷要
按分布力添加。其中结构件惯性载荷分布载荷比例
B=5m=1.5x1.12017=0.286。
mg
Rz1
RZ2
(4)求解
GUI: Main Menu> Solution> Solve- Current IS。当出现
1.主梁2.偏轨轨道3.端梁头部4.端梁下约束部位
Solution is done!",运算即完成。
5.端梁头部与中部接处6.小车车轮跨中位置
33采取通用后处理器中进行结果分析
进入后处理器,后处理通过图形或列表方式显示分析
图5小车位于梁中部时主梁与端梁头部受力简图
结果。通用后处理用于观察在指定的载荷步的整个模型的
结果,主小车位于主梁中央时应力及变形情况云图见图7。
3.1采用前置处理器中建立有限元分析
由图7知,主梁的最大变形为12.062m,最大等效
本文主要是对桥架主梁和端梁头部(主梁和端梁头部应力为112.92MPa,该125/35t偏轨梁无论是刚度还是强
联结为焊接)进行分析,对箱形梁分析选用板壳单元。建度均有较大的余量,完全可进行优化设计,减轻自重,节
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