超大吨位全地面起重机拉索式支腿承载特性研究.pdf

Test and Rasearchゴ着和第4203年9月
试验·研究
超大吨位全地面起重机
拉紫式支腿承载特性研究
张建军,张良,奉松生
(中联重科股份有限公司工程起重机分公司)
摘要:针对超大吨位全地面起重机,在分析其传统支腿刚度和强度基础上提出拉索式支
腿结构。采用有限元分析和试验炳种方法,研究拉索式支腿与无拉索支腿的承载特性。结果表
明,拉索式支腿在刚度和强度上较无拉索支腿均有较大提升,可为大吨位起重机支腿结构布置
和轻量化设计提供参考。
关键词:全地面起重机;拉索式支腿;支反力
轮式起重机进行吊载作业时,作用于回转支承腿跨距较大。根据式(1)可知,若支腿计算长度l增
处的垂直载荷和倾覆力矩通过支腿支反力平衡故大,则挠度f与星3次方关系増大。支腿挠度过
要求支腿的支撑面积足够大,且具有足够的抗压能大,将导致
カ。轮式起重机具有大型化的发展趋势,吊载重量
1)整车支撑系统变形较大,整机下沉或倾斜
和幅度不断增大,使得支腿跨距和支腿支反力増从而影响起重性能
大,完全按照传统支腿结构形式设计,已不能满足
2)支腿支反力产生水平方向分力,回转支承回
结构刚度和强度的要求。本文在分析超大吨位全转阻力矩增大,从而使得支腿承受的水平方向载荷
地面起重机传统支腿结构刚度和强度基础上,提出进一步增大;可能致使支脚盘滑移,甚至发生事故。
了拉索式支腿结构形式。由于支腿结构形状和受载
为满足支腿刚度要求,传统的方法是增大截面
情况复杂,静不定次数高,精确计算难度大,如果采惯性矩,即加大支腿截面尺寸。目前国内外超大吨
用传统计算方法,则需对支腿作各种简化和假定,位全地面起重机多采用辐射式支腿,如图1所示。
这将导致计算结果与实际情况相差较大,难以满足这种结构及布置方式可使支腿截面适当增大,能够
工程需要。故本文使用有限元分析和试验两种方提高支腿刚度。如:国外某型500t级全地面起重机
法,研究拉索式支腿承载特性
支腿截面达900mm×480mm,支腿跨距为9600
传统支腿刚度和强度分析
mm×9622mm;国外某型1200t级全地面起重机
支腿采用变截面形式,变化范围是980mmx560
1.1支腿刚度
以单条支腿为研究对象,则支腿可简化为一悬
臂梁,最大变形理论计算式为:
3E1A
式中:/为支腿挠度;F为支反力;l为支腿计算长度;
E为支腿材料弹性模量;l为支腿当量惯性矩。
为满足超大吨位起重机的稳定性要求,一般支
图1辐射式支腿
作者简介:张建军(1957-),男,江苏无锡人,高级工程师,研究方向:轮式起重机及相关技术。
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第44卷2013年9月
工程
Test and Research
mm-900mmx560m,支腿跨距为13000mx
13000mm
1.2支腿强度
试验·研究
超大吨位全地面起重机起重量大,可达800t
级,甚至2000t级。支腿承载时,支反力较大,整体
和局部弯曲应力均较大?。目前国内外超大吨位全
地面起重机支腿多采用高强度板(屈服极限为
o=960MPa)、大厚板(厚度达50mm及以上)解决
整体强度问题,采用局部贴加强板的方式解决局部
强度问题。为使支腿整体应力分布均匀,局部弯曲
1.连接支腿Ⅰ销轴2.调节螺栓3.拉索
应力降低,文献?中提出了圆弧形全包式滑块支腿
4.连接支腿Ⅱ销轴
结构形式。
图3拉索装置结构组成
上述方法虽然可改善支腿的刚度和强度,但仍元分析和试验两种方法,通过在无拉索支腿上增加
存在运用局限性,如整体布局困难,车体重量较大,拉索的方式,对比研究拉索式支腿和无拉索支腿的
造成行驶状态需拆卸支腿或者其他部件来满足公应力和变形情况。
路行驶法规要求等。
建立支腿试验台的有限元模型,如图4所示。
2拉索式支腿结构设计
其中:
在分析传统支腿的基础上,针对超大吨位全
地面起重机支腿结构刚度与强度要求,提出拉索
锅底
式支腿结构,即在支腿I根部和支腿Ⅱ头部之间
连接拉索装置,如图2所示。拉索装置结构如图3
支脚盘
所示。
支腿1
支腿Ⅱ
图4支腿试验台有限元模型
拉索
(1)支腿和锅底结构均采用20节点六面体实
体单元 solid186?;材料为HG70,弹性模量E1=2,.06
图2拉索式支腿结构示意图
10SMPa,泊松比=0.3,密度p=7.85x10°kgam
增加拉索以后,支腿Ⅰ与支腿Ⅱ之间的载荷,
(2)拉索钢丝绳直径30mm,强度等级1.96x10
不仅通过头尾部承载块传递,而且通过连接支腿TMPa,采用LINK10单元,弹性模量E2=1.45x10
根部与支腿Ⅱ头部的拉索传递,优化了载荷传递路MPa。
径。另外,支腿1、支腿Ⅱ与拉索形成了三角形结
(3)活动支腿间的载荷通过上下承载块的接触
构,提高了支腿整体的承载性能。
和挤压传递,故采用接触对定义;支腿与锅底通
过下主销轴、上圆弧对碰及中间接触面进行载荷传
3拉索式支腿有限元分析
递,故均采用接触对定义。
为研究拉索式支腿结构的承载特性,为某型全
(4)在锅底上方施加垂直载荷,对于4个支腿
地面起重机设计了按比例缩小后的支腿,采用有限支脚盘,其中1个作固定约束,其余3个仅约束垂