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基于SolidWorks的桥式起重机主梁三维设计分析

2013-09-07

中国新技术新产品 2013年4期
关键词:机主起重机主梁

(1.包头钢铁集团线材厂内蒙古 包头 014010;2.呼和浩特铁路局 内蒙古 呼和浩特 010050;3.内蒙古科技大学 机械工程学院 内蒙古 包头 014010)

桥式起重机主梁是起重机桥架中主要受力部件,在承受载荷时出现应力集中的部位,疲劳破坏往往首先发生在这些部位。对于桥式起重机主梁疲劳载荷的检测和结构无损探伤应着重于应力集中部位。

随着计算机软件和硬件技术的发展和三维软件仿真的开发逐渐成熟,几乎所有的结构计算,包括强度、刚度以及疲劳等都是以结构的三维模型为基础的,目的是获得整个主梁的应力和位移分布状况。以某厂生产的80 t/20t吊钩桥式起重机为研究对象。采用SolidWorks建立桥式起重机主梁的三维模型,确定了主梁应力集中的部位。

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1 建立三维模型

1.1 主要参数

该桥式起重机主梁由左右2 块腹板。上下2 块盖板以及若干长、短筋板组成,结构简图如图1 所示,跨度为22 m,主起升机构额定起重量为80t,副起升机构额定起重量为20t,其所用材料为Q235,材料特性如表1 所示。

1.2 施加约束

对桥式起重机主梁的两个端面进行约束,如图1。

1.3 添加载荷

由于重力是分布力,且在材料属性中己设定了材料密度,在SolidWorks中只需要给出受力方向和数值即可自动算出主梁的重力大小。重力加速度的方向是垂直向下图2。

2 稳态分析与结果分析

主梁载重80t时。主梁受到本身自重、小车自重和载重量的共同作用。自重载荷的施加可以靠施加重力加速度获得,小车自重和载重量可以在主梁上施加相应的载荷获得。小车为四轮小车,其质量为30t,在同一根主梁上的2 个车轮的轮距为3.11m。由于起重机为双梁起重机,因此分到每一个梁上的重量为载重量的1/2。在加载时集中载荷如果完全加在某一节点上。有时会导致该节点的应力过于集中,局部变形过于偏大,因此要将载荷均匀加在某一节点的附近几个节点上。其载荷大小即小车轮压值,方向是垂直于主梁上盖板向下。起重机额定的满载起重量为80t.这时起重机所受的总载荷为

p80t=m 小车g+m80tg=813400 N

分配到每一根主梁上的载荷量为pa2=p80t/2=406700 N。

作用在主梁上80t 载荷时,主梁的等效应力分布如图3 所示,最大应力值为84.22MPa 最大应力产生于主梁腹板截面突变处。

由应力图可知,对主梁加载位置不同时,主梁端部存在应力集中,因此主梁端部应为无损检测的重点部位。由上图3、4、5 可知。80t加载于跨中时产生的主梁端部的最大应力大。由有限元分析可知,对主梁不同部位施加载荷时,最大应力均发生在主梁腹板截面突变处。并且该处发生严重应力集中。因此。该部位为桥式起重机承载能力的薄弱环节。

3 桥式起重机的三维设计

在完成零部件的三维设计后,通过SolidWorks的装配环境完成桥式起重机的装配工作,装配按照零部件由主到次,空间上由内到外、由上到下的顺序进行装配,完成装配的设计见图6 所示。

4 桥式起重机的三维设计应用

在SolidWorks设计环境下完成的三维设计应用广泛,其应用价值主要体现在以下几个方面。

动画仿真

借助SolidWorks运动仿真模块可以进行桥式起重机的干涉分析,及时发现设计中存在的干涉与装配问题,还可进行运动仿真,模拟起重机工作的运行情况,在设计过程中及时发现问题,在线修改等。

优化设计

可以采用SolidWorks很方便地对桥式起重机进行优化设计,满足生产实践中某一项目实际要求,基于参数化设计的三维设计可以方便的驱动修改。

二维图纸应用

三维设计借助SolidWorks工程图模块可以方便地生成二维图纸,指导生产加工等,图8 所示为桥式起重机的二维图纸应用。

三维设计对于生产实际的意义

三维设计所建立的模型知识表达和传达能力强,可以进行设备安装与装配仿真,方便企业进行员工的设备技能培训,方便企业设备部门制定维修与维护方案等,对实践具有很强的指导意义。

结语

本通过对模型进行三维建模并有限元分析,充分体现了虚拟设计先进思想,大大提高了工作效率,降低了开发成本,并为产品的一次性开发成功提供了有力保障。采用SolidWorks三维设计软件对其所有零部件进行了三维造型设计,并采用软件的装配环境对桥式起重机进行了装配,并在此基础上对三维桥式起重机主梁设计的应用展开研究,简单论述了三维设计在有限元分析、运动及动画仿真、优化设计、二维图纸等方面的应用,同时阐述了三维设计对于生产实际的指导意义。

桥式起重机的三维设计在有限元分析、运动仿真、优化设计和二维图纸应用方面应用广泛,对生产实践也具有重要的指导意义。

[1]王生,许可晋,翟甲昌.断裂力学方法估算起重机箱型梁的疲劳寿命[J].山西机械,1994(2):33-34.

[2]高崇仁,翟甲昌,陶元芳.起重机主要构件剩余疲劳寿命的研究方法[J].起重运输机械,1999(5):8-lO.

[3]王军,杜壮,王文娜,连国栋.基于ANSYS 的桥式起重机主梁三维有限元分析[J].河北工业科技,2010(11),1008-1534(2010)06-0361-03.

[4]大连起重机厂.起重机设计手册[M],辽宁:辽宁人民出版社,1979.

[5]叶修梓,陈超祥主编.SolidWorks高级零件教程:2011 版[M].北京:机械工业出版社,2011(5).

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