“海宇号”1000吨单臂架变幅式起重船起重机改造结构有限元分析

黄红波/武桥重工集团股份有限公司

“海宇号”1000吨单臂架变幅式起重船起重机改造结构有限元分析

黄红波/武桥重工集团股份有限公司

应用有限元软件AN SYS对“海宇号”1000吨单臂架变幅式起重船起重机臂头结构部分进行有限元分析。通过对不同工况下的模型计算分析，对改造方案进行不断优化，在满足结构应力及杆件稳定性等要求下，做到最优设计，并对改造后的起重机做出优化分析。

起重机;有限元;结构;优化

[Key point]crane;finite elem ent;structure，optim ization

1、工程概况

为适应中铁大桥局集团承接的孟加拉国Padma大桥施工需要，需对1000吨单臂架变幅式起重船起重机进行改造，改造后，主钩安全起重量1000吨，起升高度70m，舷外幅度32.8米，副钩安全起重量为430吨，起升高度98米，舷外幅度44米，可适用于在此起重量范围内的海上和内河上的桥梁工程吊装作业。

2、起重机结构

改造后结构见图1。

图1　改造后1000吨单臂架变幅式起重船起重机结构示意图

1.臂尾2. 臂身3. 臂头利旧4. 臂头新制

结构部分主要对臂头部分进行改造，设计中考虑上下各采用三片主桁的情况，虽增加臂头稳定性，但在副钩起吊作业时，三片主桁结构形式会因受力不明确而导致应力集中，因此上下各采用两片工字梁做主桁。主钩箱体利旧，与箱体连接的桁架新制为满足副钩起吊要求，臂头结构尺寸外形重新设计，新制臂头部分重约为102t.

3、结构建模计算

根据改造后的图纸，对起重机进行ansys建模。

图2　改造后1000吨单臂架变幅式起重船起重机模型约束

臂头主桁及横梁用板单元shell163单元，杆件部分用beam188单元；吊臂臂头部分用shell63单元；钢丝绳用link8单元；主起升机构、副起升机构用和吊重用mass21单元。其余部件质量用等效密度的方式施加在结构模型中。模型约束如图2所示。

以副钩最大起重量430t工况为例，改造所用主要材质为WDB620，根据起重机规范，有风工况取安全系数1.33，屈强比系数1.076，材料的许用应力为：

图3　横风工况副臂起吊430t臂头等效应力云图

图4　横风工况副臂起吊430t杆件压应力云图

4、结束语

通过对改造后的起重机进行建模分析，我们可以得出：

4.1臂头结构应力值满足副臂最大起吊430t吊重时的许用应力，最大的等效应力319MPa，小于许用应力342MPa。

4.2杆件最大压应力值为98.4MPa，小于结构中杆件的最小临界压应力195MPa。

4.3通过建模计算，各杆件的稳定性满足要求。

改造后的起重机臂头设计可以满足强度和稳定性等要求，并再对静强度较高的的结构做优化减重后仍能满足要求，使得结构的设计更加合理，经济有效。

[1] 高耀东，刘学杰 . ansys机械工程应用精华30例. 北京：电子工业出版社，2010.1

[2] 王金诺，于兰峰 . 起重运输机械金属结构 . 北京：中国铁道出版社，2002

[3] 张质文，王金诺，程文明，邹胜，刘权，王少华 . 起重机设计手册 . 北京：中国铁道出版社，2013

[4] GB/T 3811-2008起重机设计规范[S]

Analysing the "Haiyu" 1000 tons of the head of single jib crane luffing crane by finite elem ent softw are AN SYS. Through analysis the m odel calculation of different w orking condition, w e optim ize the transform ation plans continually in order to m eeting the stress and stability requirem ents，and achieving the optim al design, and m ake optim ization analysis on the transform ation of the crane.