基于ANSYS的26 t桁架门式起重机有限元分析

王晓闯，陈雁涛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)



基于ANSYS的26 t桁架门式起重机有限元分析

王晓闯，陈雁涛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

为了验证现代设计计算方法的正确性和高效性，本文在确定桁架门式起重机参数的情况下，利用有限元软件ANSYS建模分析，校核主梁的强度、刚度、稳定性等参数，证明满足设计要求；同时通过有限元模态分析，通过提取模态来确定起重机的固有频率，证明振动频率满足设计要求。

桁架门式起重机ANSYS强度刚度

0　引言

起重运输机械作为常用的物料搬运设备，在现代化生产中占有重要地位。桁架式起重机具有自重轻、用料省、迎风面积小等优点，但由于其杆件多，结构相对复杂，采用传统计算方法不仅计算繁锁，计算耗时长，且计算精度难以保证。采用有限元等现代设计计算方法，对起重机的具体结构建立空间计算模型，并进行结构的强度、刚度分析是目前起重机结构设计计算的发展方向[1]。

本文以一种桁架门式起重机为例，通过ANSYS对其三维模型的主梁强度、静刚度及动刚度进行分析，以验证起重机结构满足设计要求。

1　结构参数确定及有限元模型搭建

根据设计目标及工作条件，桁架式起重机已确定的参数见表1。

表1　桁架式起重机参数表

图1为有限元建模分析流程图，根据起重机的结构特性和设计参数，对有限元模型定义单元类型、实常数及材料参数，建立ANSYS模型如图2所示。结合结构的自重、起升载荷、风载荷、惯性载荷等条件对起重机的强度和静刚度进行分析计算[2]。

图1　有限元建模分析流程图

图2　桁架式起重机有限元模型

2　强度及刚度分析

2.1强度计算

2.1.1小车在跨中时

图3为整机结构系统应力等值线图，图4为主梁应力最大值处应力等值线图局部放大。

考虑轮压引起的局部应力，跨内上弦杆强度计算：

(1)

图5　主梁应力局部放大图

小车轮压处弦杆节中强度校核：由有限元计算结果(图5)中观察得到最大应力值在副桁架跨中上弦杆处：

=-171MPa≤[σ]=175MPa

所以小车在跨中时主梁强度校核满足要求。

2.1.2小车位于悬臂端时

=-170MPa≤[σ]=175MPa

所以小车在悬臂端时强度校核满足要求。

2.2主梁静刚度计算

3　动态刚度分析

起重机的动态刚性也叫动刚度，在满载情况下，钢丝绳绕组的下放悬吊长度相当于额定起升高度时，用系统在垂直方向的最低阶固有频率(简称为满载自振频率)来表征[7]。在ANSYS中提取了代表桁架门式起重机在垂直方向上震动的第七阶振型，如图8、图9所示，图中FREQ代表了相应的频率值，由图中可看出f=2.584 Hz或2.996 Hz，起重机设计规范规定门式起重机小车位于跨中或悬臂端时的垂直方向满载自振频率2 Hz≤f<4 Hz[8]。说明它的动态刚性满足要求。

4　结束语

本文根据设计要求，在考虑各种载荷的条件下，建立26 t桁架门式起重机的有限元模型，对主梁的强度和刚度进行了校核，满足设计要求；通过静力学分析，进一步得出主梁在各种载荷情况下的变形情况，与传统力学方法得出的许用挠度和许用应力比较，满足设计要求；研究桁架门式起重机结构系统的动态特性，提取其振型图、固有频率，对结果进行了动刚度校核，证明均满足设计要求。

[1]廖伯瑜，周新民，尹志宏．现代机械动力学及其工程应用-建模、分析、仿真、修改、控制、优化[M]．北京：机械工业出版社，2004：23-25．

[2]王金诺,于兰峰.起重运输机金属结构[M].北京:中国铁道出版社,2002：45-47.

[3]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS.北京：清华大学出版社，2002：113-114.

[4]龚曙光.ANSYS基础应用及范例解析[M].北京:机械工业出版社,2004:112-113.

[5]郭云霞．桁架门式起重机主梁设计及三维分析[D]．太原：太原科技大学，2010．

[6]刘淑香．集装箱龙门起重机结构系统动态优化设计[D]．成都：西南交通大学，2007．

[7]崔华伟，徐长生．桥式起重机桥架结构参数化建模与有限元分析[J]．中国水运，2006，6(12)：196．

[8]国家质量监督检验验疫总局.起重机设计规范:GB3811—2008[S].中国标准出版社，2008：12.

Finite element analysis of the 26 t truss gantry crane based on ANSYS

WANG Xiaochuang, CHEN Yantao

In order to verify the correctness and efficiency of the modern design method, we obtained the parameters of the truss gantry crane, and carried out finite element analysis with ANSYS. We checked the strength, rigidity, stability and other parameters of the main beam, and obtained the natural frequency of the crane through finite element modal analysis. The results proved that the crane met the design requirements.

truss gantry crane，ANSYS，strength，rigidity

TH218

A

1002-6886(2016)04-0055-03

王晓闯(1988-)，男，河南漯河人，助理工程师，硕士，研究方向为城市轨道交通机电设备设计。

2016-02-26