基于ANSYS平台的装卸桥结构有限元分析.pdf

兔兔
第6期(总第181期)
机械工程与自动化
2013年12月
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2013)06-0060-03
基于 ANSYS平合的装卸桥结构有限元分析
荆辉,杨正茂
(太原科技大学机械工程学院,山西大原030024)
摘要:装卸桥是一种广泛使用的起重机械。以现有的某80t/38m装鎯桥为研究对象,采用 ANSYS分析装
卸桥起重机的特点,对其在不同工况和组合載荷下进行了结构静强度和刚度分析、动态刚性分析,为装卸桥
金属结构的设计提供理论依据。
关鍵词:装卸桥结构;有限元法;模态分析
中图分类号:TH213.4:TP391.77
文献标识码
言
APDL)对其进行立体建模。主要结构包括2根主梁
装卸桥是指跨度在35m以上的桁架门式起重2个主梁保持架及2个下横梁、2个刚性支腿和2个柔
机,由于自重较轻、制造安装容易、维修方便、迎风面性支腿。主梁是由4个28b槽钢焊接而成的桁架结
积小和外形美观等优点,在铁路货场及工程建设中有构,支腿由空心圆管焊接而成。对于钢丝滑轮系统,仅
着广泛的应用,其稳定运行是整个结构系统安全的保考虑其对整机结构的线性作用,即按照受力等效的原
证,对其进行结构强度和刚度分析具有显著意义。
则将钢丝滑轮系统对结构的作用力作为换算载荷施加
本文结合起重运输机械金属结构理论,利用有限在模型上。考虑到既要承受拉压、扭转载荷,又要承受
元分析软件 ANSYS对某厂生产的ME80t/38m装弯曲作用,选择3D梁单元Beam189对装卸桥桁架建
卸桥进行了结构静强度和刚度分析及动态刚性分析,模,该单元是建立在 Timoshenko梁分析理论基础上
以期通过数字化模型的虚拟试验来模拟物理试验,提的,默认剪切效应和大变形效应幻。
高设计质量,缩短制造周期,降低制造成本。
2装卸桥工况及其组合载荷的施加
1装卸桥有限元模型的建立
2.1工况的确定
图1为装卸桥有限元模型,图2为装卸桥主梁有
本文选择4个典型受力的工况进行综合分析:工
限元模型的局部放大图。其主要参数如下:跨度38況1,大车不动,小车运行至跨中制动,吊重下降制动,
n;额定起升载荷80t;小车运行速度6m/min;大车运风顺着大车轨道;工况2,大车不动,小车运行至悬臂
行速度8m/min;起升高度14.6m;主梁框架的轴线极限位置制动,吊重下降制动,风顺着大车轨道;工况
高度2.7m;框架轴线宽度1.3m;节间长度1.5m;小
大车不动,小车运行至柔性支腿侧极限端制动,吊重
车轨距2.6m;整机自重104t。
下降制动,风顺着大车轨道;工况4,大车运行制动,
车满载位移跨中,吊重下降制动,风顺着大车轨道。
2.2计算载荷与组合
对装卸桥进行静力学分析时,应充分考虑到起重机
工作运行中起升、制动和冲击所产生的冲击载荷(又称
为惯性载荷)?,4种工况下载荷组合确定如表1所示
计算载荷的几点说明如下:
图1装卸桥有限元模型图2装卸桥主梁局部放
(1)确定起升冲击系数g1=1.2,起升载荷动载系
缩放因子为2.0)
大图(缩放因子为1.0
该装卸桥为对称桁架结枃,根据其结枃形式及载数9=1,.175,运行冲击系数=1.1
荷特点,利用有限元分析软件 ANSYS中的参数化设
(2)计算小车在水平面内纵向或者横向运行启
计语言( ANSYS Parametric Design Language,
(制)动时的水平惯性力时,小车在中速长距离运行下,
取其加速度a1=0.2m/s2,小车的重力m小、车g=120
收稿口期:2013-04-12;修回日期:2013-06-16
作者简介:制辉(1988-),男,山西运城人,在读士研究生,主要研究方向:重大机械装备结构CAD/CAE
兔兔ww.xueLulu.com
2013年第6期
荆辉,等:基于 ANSYS平台的装卸桥结有狠元分析
6
kN,PHx=9m水车a1=36kN。其中,m小车为小车质3装卸桥静强度和静刚度的校核
量,9为装卸桥运行驱动力突变时对结构的动力效应3.1结构静强度校核
系数,传动系统中存在微小的间隙,加速力呈连续但非
静强度计算要按照最不利载荷组合对危险截面进
平稳的变化,取g=1.5。
行强度校核。该装卸桥的安全系数取1.6,材料Q235
表14种典型工况下的载荷组合表
的屈服极限σ,=235MPa,因此该装卸桥的许用应力
结构自重小车自重起升载荷」大车惯小车惯工作状态
为146.8MPa。表2为4种载荷工况的位移和应
工况
载荷P。」截荷 Gxc Po性カPa性カPx』风截Pッ「力情况。由表2看到,在4种工况下金属结构的最大
PXE Po
P
P
应力远小于[a]。
1234
のPc「9Gxc「gPa
表24种戴荷组合工况的位移和应力情况
9l GXC
92 PQ
tty
工况1「工况2
工况3
工况4
XC
最大位移(mm)52,.2
42.8
(3)计算大车在水平面内纵向或者横向运行启最大应力(MP。「107
84.3
(制)动时的水平惯性力时,大车在中速长距离运行下,
图3为工况1的位移云图,图4为工况2的等效
取其加速度a2=0.25m/s2,PH=9m大a2=0.375应力云图。由图3可知,跨中的最大位移为52.2
m大车。其中,m大率为大车质量。需要指出的是:这里mm;由图4可知,当小车满载运行至主梁跨中位置
是将挠性悬挂的总起升质量与起重机刚性连接来考虑时,整机所受的应力最大,om=110MPa,小于起重机
的,这样计算的结果将稍偏大,这些惯性力分别作用在设计许用应力[],最大应力出现在跨中位置。主梁、
相应质量上
支腿、主梁保持架及下横梁应力分布比较均匀,过度的
(4)工作状态风载荷P=400N/m2,表征了装应力集中现象没有出现,与实际情况较为符合,满足设
卸桥在工作时应能承受的最大风力
计要求
3约束条件的施加
3.2结构静刚度校核
考虑工程实际中支腿变形的影响,假设大车行走
龙门起重机的主梁在垂直载荷作用下,用跨中产
车轮与轨道之间为点接触行为。
生的静挠度Y1表征主梁的静刚度。此时,整机施加
(1)对于静力学分析,除释放大车轨道方向及绕的结构载荷不考虑动荷系数,并且不计结构自重。由
轨道方向的自由度以外,其他自由度全部约束,这样可起重机设计规范手册知该机的静刚度准则为:Y1≤
将支腿顶部受压弯下挠引起主梁下挠的影响降低,使得700(其中L为起重机的跨度)。对于本例,跨度为38
计算结果逼近真实值,且符合静载试验的实际情况。
m,故Yz≤54.2mm。
(2)对于动力学分析,在模态分析中,仅认同所施
图5为 ANSYS计算得到的跨中满载(不计自重
加的固定位移约束,如果施加的位移约朿不够,则会计位移云图,最大位移为49.7mm,而许用的最大位移
算出零频率或接近的刚体位移模态,故应将支腿低为54.,2mm,静刚度满足要求。
端和下横梁进行全约束。
NODAL SOLU