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全地面起重机副臂非线性屈曲分析
王建强泰义校查铂张传豹张超徐成兴
1太原科技大学机械エ程学院太原0300242三一汽车起重杌有眼公司长沙410003
华电重工股份有限公司天津分公司天津300010
摘要:针对目前较多研究仅考虑单一载荷作用下副彎失稳的情况,在考虑副臂受到吊重、自重、风载荷、
离心力与水平惯性力等多种载荷共同作用时,进行副臂的特征值屈曲与非线性屈曲有限元分析,得到吊重在主
臂最大工作幅度时副臂的屈曲上限载荷、杆件受力状况及副彎稳定性收敛图,为副臂结构设计提供依据。
关键词;全地面起重机;杆系副臂结构;屈曲稳定性;非线性分析;有限单元法
中图分类号:TH213文献标识码:A文章编号:1001-0785(2015)04-0072-04
Abstract In view of the situation where most researches only consider lost stability of the fly jib under the action of
the single load, the paper describes eigenvalue buckling and non-linear buckling finite element analysis for the fly jib under
the joint action of ftin w t, sel-wei t, wind load, entrifugal force, inertia force, and other loads to the fly jib, in
order to get the buckling upper limit load of the fly jib, member rod stressed status, and stability convergence graph when
the main jib is at maximum working range, providing the basis for structural design of the fly jib
Keywords: all-terrain crane; trussing fly jib; buckling stability; non-linear analysis; finite element method
按实际工况表达副臂杆系结构失稳状态,从而为
0引言
副彎结构设计提供有用的基础数据,保证其工作
全地面起重机的伸缩主臂结构受自身布置、稳定性。
质量大等各种因素的影响,以及回转作业时机动
性的要求,主臂的伸展总长受到一定限制。为了副臂结构屈曲分析模型
满足作业时对起重机大幅度高扬程的要求,常采
全地面起重机副臂结构有限元模型的合理与
用在起重机主臂上增加杄系副臂来达到要求目标。否直接关系到分析结果的精确性。为使建模合理,
杄系副彎作为主臂的补充延伸,作业时受载情况所建有限元模型应能体现副臂的结构特点,模型
复杂,按规范要求,应考虑在吊重、自重、风载、的加载与约東也应符合工程实际。副臂结构实体、
离心力、水平惯性力等多种载荷共同作用下,对加载应符合真实情况。
其进行稳定性分析。近年来,这方面的研究引起
本文以LTM1300全地面起重机副臂最新组合
了行业科研人员的重视,如对二力杆系结构稳定为例建模并进行屈曲分析,如图1所示。该全地面
性分析山,对影响桁架结构局部稳定性的因素研起重机的工作幅度为18~92m,最大起重量为
究2,在无风、静载的情况下改变起吊载荷幅度19.3t,最大幅度额定起重量1.1t,副臂各杆件的详
的全地面起重机副臂的失稳问题研究3,和在较细尺寸均以实物为准,回转速度为1.0r/min
大风载荷作用下副臂失稳的研究1。本文以全地
副模型通过节点直接生成有限元模型,选
面起重机副臂为研究对象,利用 Ansys分别对其实用Beam188空间梁单元进行模拟分析,此单元能
际作业时最危险工况的所有载荷共同作用时,分够更真实地模拟杆件的受力特征,并可运用横截
别进行线性特征值屈曲和非线性屈曲分析,在其面定义命令,方便、快捷、准确地定义截面尺
他载荷取限定值且不变的情况下,通过不断调整寸?。全地面起重机起吊额定载荷时,副臂主弦
吊重得到精确的副臂屈曲的吊重临界载荷,真正杆受到较大的拉应力和压应力,因此,副臂主弦
国家自然科学基金资助项目(10571118)、山西省自然科学基金资助项目(2013011022-6
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《起运输机械》2015(4)
SOLUTON
0
142.3
189
284.7
379.6
图1LTM1300副臂
图2额定载荷下强度分析结果云图
杆件材料屈服强度为960MPa,腹杄材料屈服强度
为235MPa,弹性模量为2.05x10°MPa,泊松比见图3。但是,实际结构的缺陷和非线性等会使载
为0.3,密度为7850kg/m2。分析工况见表1。
荷还未达到理论的弹性屈曲载荷时发生失稳,因
表1分析工况
此,特征值屈曲分析通常给出非保守的结果,在
主臂长/m「副臂长/m「主増夹角ノ()副臂夹角/(°)
实际工程中一般不再使用。特征值屈曲分析的
特点是计算速度快。
58.9
82
分岔点
有限元模型加载均按最危险情况施加。按照
起重机设计规范,考虑到全地面起重机的工作特
屈曲极限
点,变幅平面内副臂承受额定起升载荷及其动载
g2Pc、货物偏摆(偏摆角α=6°)载荷T= Pcga
和吊臂自重及其起升冲击载荷qp1Pe,还有臂架自
身质量引起的分布离心力
旋转平面内主要承受下列横向载荷
1)吊臂的惯性载荷和风载荷
图3特征值屈曲分析
起重机回转时,臂架自身质量产生的分布切
向惯性力,可通过软件直接施加。
在进行非线性屈曲分析前,可以利用线性屈
吊臂作用的风载荷,以分布载荷形式作用于
曲分析了解屈曲的形态。注意特征值对所有的载
吊臂的侧面,按桁架在与风向垂直面上的投影面荷都作相应的缩放,如某些载荷是常数(如自重
积与风压的乘积折算到单元2个节点上施加?。
及相关载荷),而其他载荷是可变的(如外载荷),
2)臂架式起重机回转和变幅机构起(制)动则必须要确保从常数载荷得到的刚度,在特征值
时的总起升质量产生的综合水平力(包括风力、求解时不被放缩,实现这一目的方法是在特征解
变幅和回转起制动产生的惯性力等可以用起重钢上迭代,通过不断调整货物载荷大小求解相应临
丝绳相对于铅垂线的偏摆角引起的水平分力来
界值P。,当所求特征值入≠1时,继续调整货物
计算门,即T。静力分析的结果如图2所示。
载荷大小,直到特征值λ=1为止。
Ansys分析计算结果是当特征值为1.004时
2副臂稳定性分析
屈曲载荷值为21.8t,是动态允许最大起升载荷q2
2.1特征值屈曲分析
2.9t的5倍多。在规范制定的几个必须计算工况
特征值屈曲分析实际上属于结构线性分析,中,该工况的特征值屈曲载荷最小,最易失稳。
用于预测理想线弹性结构的理论屈曲强度(即分
2.2非线性屈曲分析
岔点,也称为分又点或分支点),载荷一变形曲线
大变形非线性分析计算时,采用载荷增量法
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