基于SOLIDWORKS的门座起重机门架结构有限元分析

  门座起重机典型的门架结构呈板凳状,由圆筒体、箱形结构的主梁和端梁组成。圆筒体上部的筒体法兰与回转支承连接,承受整机旋转部分的自重和外载荷。门架的端梁连接4套行走机构,在轨道上行走。

  利用有限元分析方法建立门架的有限元模型,按实际载荷分布进行加载、求解,能够获得实际的承载状况。本文对用经典ANSYS分析门架结构的方法、加载方式等进行了研究,对复杂的建模作了一定的简化。随着大型3d软件的普及,现代起重机多采用3D设计,将3D模型直接导入到有限元软件中进行结构分析是一种未来趋势。

  1、计算模型

  根据门座起重机的受载特点,运用SOLIDWORKS软件建立实际模型,导入大型有限元分析软件ANSYS Workbench中,选择3种工况对门架结构进行静力学分析,分析结构的应力分布及变形规律,对门架结构进行合理评价,提出相关建议。

  1.1 相关参数

  某造船用单臂架门座起重机的额定起重量为260t,最大额定起重力矩为5200tm,整机工作级别为A5,轨距12m、基距15m,最大轮压35t,工作状态计算风压250Pa,非工作状态计算风压600Pa。

  门架结构由2根端梁和主梁连接成工字形箱形结构,再与筒体共同组成门架,承受上部结构的所有质量、吊重、风力和机构运动时引起的惯性力以及由上述载荷引起的力矩。这种门架的风阻力小、自重轻,适用于狭窄的场所。门架结构简图如图1所示。

  图1 门架结构简图 门架结构材料为Q345B,密度为7.85×103kg/m3,常温下屈服强度为345MPa,定义弹性模量为2.06×105MPa,泊松比为0.3。

  1.2 计算工况

  选取起重机最不利的运行工况,分析起重机在相应工况额定荷载作用下的应力、位移分布规律。在不同工况下,起重臂与起重机运行轨道的夹角是变化的,并影响到作用于圆筒上的弯矩,对门架结构的受力状态有明显的影响,选取其中3种最典型的工况状态分别进行计算分析。工况示意图如图2所示。

  图2 起重机工况示意图 工况1:起重臂平行于轨道,即φ=90°。

  工况2:起重臂垂直于AC连线,即φ=arctanl/B=38.66°。

  工况3:起重臂垂直于轨道,即φ=0°。

  2、有限元模型

  2.1 边界条件

  起重机在工作过程中是以2根端梁与行走机构平衡梁的连接支座作为支承点,按其工作时状态,将2根端梁同一侧的支座作为固定约束,6个自由度全约束,将另一侧的支座作为允许沿轨道方向移动的空间活动约束,即约束5个自由度。