MQ60港口門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析報(bào)告

1、秦皇島市北戴河通聯(lián)路橋機(jī)械有限公司mq60港口門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算分析報(bào)告上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：梁崗2008年2月18日目錄目錄1一、前言2二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范2三、計(jì)算軟件3四、有限元計(jì)算模型34.1幾何模型34.2 材料特性參數(shù)64.3約束說明74.4工作工況確定94.5有限元模型的荷載確定104.5.1上部結(jié)構(gòu)作用荷載114.5.2下部結(jié)構(gòu)作用荷載184.5.3工作風(fēng)載計(jì)算20五、有限元計(jì)算結(jié)果及分析215.1強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果及分析215.2剛度校核345.3臂架穩(wěn)定性計(jì)算35一、前言秦皇島市北戴河通聯(lián)路橋機(jī)械有限公司為東莞東江大橋（為連續(xù)性懸索加勁鋼桁梁金屬結(jié)構(gòu)）施工設(shè)計(jì)的m

2、q60港口門座起重機(jī)用于橋梁施工過程期間大型鋼結(jié)構(gòu)件的吊裝。根據(jù)施工要求，主要用于安裝主跨鋼桁梁及橋面板等構(gòu)件，屬于單臂架全回轉(zhuǎn)式安裝起重機(jī)。主要行走機(jī)構(gòu)有主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和步履行走機(jī)構(gòu)。該起重機(jī)可在步履軌道下沿鋼橋縱向移動（非吊裝工作狀態(tài)），在步履縱移到工作位置后，通過錨定裝置將起重機(jī)錨定在已架設(shè)的鋼梁上，從而達(dá)到作業(yè)狀態(tài)。該起重機(jī)工作級別為a4，整體自重200噸。1、 工作環(huán)境如表1所示。工作環(huán)境 表1工作最大風(fēng)壓300n/m2工作環(huán)境溫度1045相對濕度90非工作風(fēng)壓800n/m22、 主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。主要技術(shù)參數(shù) 表2整機(jī)工作級別a4主、副起升m5變頻、回轉(zhuǎn)m4

3、前后移位m3起升高度30m最大/最小吊距9m/30m回轉(zhuǎn)范圍360度吊臂長度40m典型工況60t26.5m起重機(jī)總功率245kw主鉤額定起重量60t副鉤額定起重量16t支腿縱向間距16m支腿橫向間距18m最大支點(diǎn)反力187t（前點(diǎn)）最大錨固拉力39t（后點(diǎn)）起重機(jī)總重200t吊機(jī)整機(jī)縱移方式液壓步履移動二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范計(jì)算所依據(jù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均按照起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb38111983）的有關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算，其中穩(wěn)定性計(jì)算是按照2007年起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（報(bào)批稿）的有關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算。三、計(jì)算軟件本計(jì)算所用軟件為美國大型有限元計(jì)算分析軟件ansys11.0。四、有限元計(jì)算模型4.1幾何模型根據(jù)秦皇島

4、市北戴河通聯(lián)路橋機(jī)械有限公司所提供的mq60港口門座起重機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙和該起重機(jī)作業(yè)的實(shí)際情況，我們將該起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件分成上、下兩部分結(jié)構(gòu)組合整體建模, 其中上部結(jié)構(gòu)包括臂架、轉(zhuǎn)臺、人字架、拉桿、主副及變幅驅(qū)動裝置以及配重等; 下部結(jié)構(gòu)包括支座、支腿、支腿聯(lián)接桿及行走滑動裝置等。上部結(jié)構(gòu)中臂架系統(tǒng)的主、副弦管和人字架采用beam189梁單元，臂架系統(tǒng)各聯(lián)接板和轉(zhuǎn)臺采用shell93板殼單元，拉桿、主副及變幅鋼絲繩采link10單元，配重、主副及變幅電機(jī)、旋轉(zhuǎn)大軸承以及各剛性區(qū)域聯(lián)接點(diǎn)均采用mass21質(zhì)量單元，來建立上部結(jié)構(gòu)有限元幾何模型。同時(shí)根據(jù)實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)情況及計(jì)算需要，對其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行

5、單元剖分后共得到7925個(gè)beam189梁單元，17087個(gè)shell93板殼單元數(shù)，7個(gè)link10單元，22個(gè)mass21質(zhì)量單元，其上部結(jié)構(gòu)整體幾何模型如圖1、2、3所示，其局部模型如圖4圖11所示。下部結(jié)構(gòu)中支座、支腿及支腿聯(lián)接桿采用shell93板殼單元，各剛性區(qū)域聯(lián)接點(diǎn)均采用mass21質(zhì)量單元建立其結(jié)構(gòu)有限元幾何模型。同時(shí)根據(jù)實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)情況及計(jì)算需要，對設(shè)計(jì)下部結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行單元剖分后共得到49150個(gè)shell93 板殼單元，13個(gè)mass21質(zhì)量單元，其幾何模型如圖12、13所示。另外，為簡化計(jì)算模型，提高計(jì)算時(shí)效，便于約束和荷載施加，我們將該模型的臂架底部和轉(zhuǎn)臺連接處、轉(zhuǎn)臺底

6、部（旋轉(zhuǎn)大軸承處）區(qū)域、支座上部（旋轉(zhuǎn)大軸承處）區(qū)域、支座上部（旋轉(zhuǎn)大軸承處）區(qū)域、支腿與支腿連接桿區(qū)域、支腿底部滑靴區(qū)域以及各mass21模擬質(zhì)量單元等處（如配重，主起升、副起升及變幅電機(jī)，旋轉(zhuǎn)大軸承）均采用建立剛性區(qū)域的方法加以簡化。圖1 mq60港口門座起重機(jī)上部結(jié)構(gòu)有限元整體幾何模型（正視圖）圖2 mq60港口門座起重機(jī)上部結(jié)構(gòu)有限元整體幾何模型（等軸側(cè)視圖）圖3 mq60港口門座起重機(jī)上部結(jié)構(gòu)有限元整體幾何模型（實(shí)體圖）圖4上部結(jié)構(gòu)有限元局部幾何模型 圖5臂架有限元幾何模型 圖6臂架頭部有限元局部幾何模型 圖7臂架底部有限元局部幾何模型 圖8人字架有限元幾何模型(正視圖) (等軸側(cè)視

7、圖)圖9轉(zhuǎn)臺有限元模型圖10轉(zhuǎn)臺有限元前部幾何模型 圖11內(nèi)部有限元局部幾何模型 圖12下部結(jié)構(gòu)有限元幾何模型 圖13下部結(jié)構(gòu)內(nèi)部有限元幾何模型4.2 材料特性參數(shù)由于mq60港口門座起重機(jī)是以橋梁結(jié)構(gòu)作為支承的基礎(chǔ)，因此對整機(jī)重量有著嚴(yán)格的限制。所以在設(shè)計(jì)過程中，為了盡可能的減少整機(jī)重量，同時(shí)確保整機(jī)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，采用q345b及某些高強(qiáng)度材料。其中臂架系統(tǒng)的主弦管采用起重機(jī)臂架專用無縫高強(qiáng)度鋼管q345b，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)大軸承處、支座上下兩個(gè)蓋板和腹板、支腿上下蓋板和腹板等局部應(yīng)力大的部位采用高強(qiáng)度板材q345b。整機(jī)結(jié)構(gòu)所采用材料的性能參數(shù)如表3所示。表3力學(xué)性能參數(shù)材料力學(xué)性能抗

8、拉強(qiáng)度rm(mpa)屈服強(qiáng)度rel(mpa)彈性模量（kn/mm2）泊松比密度(kg/m3)q345b470-6303452200.2967.75103q235b375-5002352060.37.851034.3約束說明在上部結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型中，需對其上部結(jié)構(gòu)底部（即旋轉(zhuǎn)大軸承處）進(jìn)行位移約束，為便于考察旋轉(zhuǎn)大軸承處支反力的變化情況，在旋轉(zhuǎn)大軸承處建立1個(gè)mass21質(zhì)量單元節(jié)點(diǎn)，和轉(zhuǎn)臺底部平面建立剛性區(qū)域，從而形成1個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)。并對該1個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)在總體坐標(biāo)平移和轉(zhuǎn)動的六個(gè)分量tx，ty，tz，rx，ry，rz進(jìn)行約束。在下部結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型中，由于模型中四個(gè)支腿底端側(cè)向支反力比較大，因

9、此模型中在工作狀態(tài)時(shí)，將基距一側(cè)兩個(gè)支腿底部mass21點(diǎn)約束自由度tx、ty、tz、ry、rz，只釋放x軸方向的旋轉(zhuǎn)自由度rx；另一側(cè)約束y方向和z軸旋轉(zhuǎn)自由度即ty和rz，釋放其余自由度tx、tz、rx、ry。另外，為了便于下部結(jié)構(gòu)荷載的施加，在下部結(jié)構(gòu)圓筒頂部（即旋轉(zhuǎn)大軸承處）建立1個(gè)mass21單元節(jié)點(diǎn)，與支座圓筒頂部建立1個(gè)剛性區(qū)域，其上部結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)的荷載將通過此剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施加。從本次計(jì)算分析的目標(biāo)和實(shí)際需要出發(fā)，為了簡化有限元計(jì)算模型，我們采用mass21質(zhì)量單元模擬電機(jī)、減速箱、鋼絲繩卷筒、配重、旋轉(zhuǎn)大軸承等相關(guān)重量，并且使用了剛性區(qū)域聯(lián)接，這樣可以模擬質(zhì)量單元對周圍區(qū)域的

10、影響；同時(shí)由于臂架與轉(zhuǎn)臺、人字架與轉(zhuǎn)臺、人字架與拉桿等部位是通過銷軸鉸接的，因此我們對鉸孔圓周節(jié)點(diǎn)的部分自由度進(jìn)行約束，約束自由度tx、ty、tz、rx、ry，釋放鉸接件在鉸點(diǎn)處z軸的旋轉(zhuǎn)自由度rz，這樣可以使得部件間相對于鉸接點(diǎn)能自由旋轉(zhuǎn)，同時(shí)協(xié)調(diào)鉸接兩部件的其它位移（包括平移和轉(zhuǎn)角位移），實(shí)現(xiàn)了各部件相關(guān)部位的位移耦合。圖14 上部結(jié)構(gòu)有限元模型整體約束情況圖15 上部結(jié)構(gòu)有限元模型局部約束情況圖16 下部結(jié)構(gòu)有限元模型約束情況4.4工作工況確定從本次計(jì)算分析的目標(biāo)和該起重機(jī)的實(shí)際作業(yè)工況出發(fā)，其上部結(jié)構(gòu)按照載荷組合劃分為3種工況：旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、變幅起升x方向風(fēng)載

11、；同時(shí)將上部結(jié)構(gòu)在全回轉(zhuǎn)過程的旋轉(zhuǎn)位置劃分了5種工況，上部結(jié)構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)到0（兩前支腿中間）、73（一前支腿）、90（支腿和前支腿中間）、140（一后支腿）以及180（兩后支腿中間）5種工況。因此，根據(jù)載荷組合和作業(yè)旋轉(zhuǎn)位置工況相結(jié)合，下部結(jié)構(gòu)總共為15種工況，分別為：序號工況10旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載20旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載30變幅起升x方向風(fēng)載473旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載573旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載673變幅起升x方向風(fēng)載790旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載890旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載990變幅起升x方向風(fēng)載10140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載11140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載12140變幅起升x方向風(fēng)載13180旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載1

12、4180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載15180變幅起升x方向風(fēng)載4.5有限元模型的荷載確定本次計(jì)算中的荷載系數(shù)及所采用的計(jì)算公式等均按照起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb38111983）的有關(guān)要求進(jìn)行荷載計(jì)算，我們按照設(shè)計(jì)的基本參數(shù)中的典型工況60t26.5m進(jìn)行荷載，其基本荷載如下：貨物重量60t主鉤重量1.2t副鉤重量0.4t風(fēng)載荷300n/m2主鉤鋼絲繩密度0.285kg/100m主鉤繩長30m8=240m副鉤鋼絲繩密度0.204 kg/100m副鉤繩長30m8=240m主鉤起升速度5m/min主鉤起升時(shí)間3s回轉(zhuǎn)速度5m/min回轉(zhuǎn)速度時(shí)間3s變幅速度5m/min變幅速度時(shí)間3s貨物當(dāng)量受風(fēng)面積43m2縱向

13、移動速度1.5m/min起升沖擊系數(shù)旋轉(zhuǎn)啟動系數(shù)起升動載荷系數(shù)旋轉(zhuǎn)角速度4.5.1上部結(jié)構(gòu)作用荷載圖17上部結(jié)構(gòu)載荷加載圖 圖18上部結(jié)構(gòu)主鉤加載局部圖圖19上部結(jié)構(gòu)副鉤加載局部圖加載位置、坐標(biāo)系如圖20 圖20 加載位置、坐標(biāo)系圖第一種載荷組合工況：旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載一、主鉤荷載： 1、2、 3、 4、 主鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 二、副鉤載荷1、2、 3、 4、 副鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 三、結(jié)構(gòu)加載：1、方向加載分為兩種情況:1）、由ansys程序內(nèi)部經(jīng)質(zhì)量核算加重力載，這時(shí)只需要將g=9.8m/s2 變?yōu)?0.8 m/s2 2）、確定其它配件重量和位置加mass2

14、1點(diǎn)以及扶手欄桿采用分布荷載方法2、 a對于梁桿截面，a為單位長度上截面面積，有些截面與風(fēng)力的方向成一定的角度，需按來計(jì)算。3、 第二種載荷組合工況：旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載一、主鉤荷載：1、2、 3、 4、主鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 二、副鉤載荷 2、 3、 4、副鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 三、結(jié)構(gòu)加載1、方向加載分為兩種情況:1）、由ansys程序內(nèi)部經(jīng)質(zhì)量核算加重力載，這時(shí)只需要將g=9.8m/s2 變?yōu)?0.8 m/s2 2）、確定其它配件重量和位置加mass21點(diǎn)以及扶手欄桿采用分布荷載方法2、 a對于梁桿截面，a為單位長度上截面面積，有些截面與風(fēng)力的方向成一定的角度，

15、需按來計(jì)算。3、 a 對于梁桿截面，a為單位長度上截面面積，有些截面與風(fēng)力的方向成一定的角度，需按來計(jì)算。第三種工載荷組合況：變幅起升x方向風(fēng)載一、主鉤荷載：1、 2、 3、 4、主鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 二、副鉤載荷2、3、 4、副鉤鋼絲繩傳遞px 、pz方向的合力 三、結(jié)構(gòu)加載1、pz方向加載分為兩種情況，1）、由ansys程序內(nèi)部經(jīng)質(zhì)量核算加重力載，這時(shí)只需要將g=9.8m/s2 變?yōu)?0.8 m/s2 2）、確定其它配件重量和位置加mass21點(diǎn)以及扶手欄桿采用分布荷載方法2、3、a對于梁桿截面，a為單位長度上截面面積，有些截面與風(fēng)力的方向成一定的角度，需按來計(jì)算?？紤]到構(gòu)

16、造細(xì)節(jié)及結(jié)構(gòu)附屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量，通過計(jì)算質(zhì)量與理論質(zhì)量之比，確定其折算密度，有限元計(jì)算程序?qū)⒏鶕?jù)質(zhì)量折算密度和結(jié)構(gòu)體積自動計(jì)算其自重荷載。4.5.2下部結(jié)構(gòu)作用荷載下部結(jié)構(gòu)作用荷載指的是mq60港口門座起重機(jī)上部結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)臺以上結(jié)構(gòu)）在實(shí)際作業(yè)中對支座、支腿結(jié)構(gòu)等下部結(jié)構(gòu)的作用荷載，荷載施加在支座結(jié)構(gòu)頂部剛性節(jié)點(diǎn)上，荷載施加的位置為如圖21所示。圖21下部結(jié)構(gòu)作用荷載位置圖其載荷總共分為分15種情況，分別為：0旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、0旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、0變幅起升x方向風(fēng)載；73旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、73旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、73變幅起升x方向風(fēng)載；90旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、90旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、90變幅起

17、升x方向風(fēng)載；140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、140變幅起升x方向風(fēng)載；180旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載、180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載、180變幅起升x方向風(fēng)載。下部結(jié)構(gòu)作用荷載分別如下表（單位：n）工況 受力fxfyfzmxmymz0旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載85585-1884300485221675700-1203100-132140000旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載75950-18843001291003640000-2474300-112600000變幅起升x方向風(fēng)載80844-1884300014379-238.23-1302100073旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載79090-188430097903

18、.9-11393000-1203100-383500073旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載121043-188430059366-88100002474300-124700073變幅起升x方向風(fēng)載32830-188430073867.6-11891521238.23-5274577.790旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載48522-188430085585-13214000-1203100167570090旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載129100112600002474300364000090變幅起升x方向風(fēng)載0-188430080844-13021000-238.2314379140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載-

19、97423-1884300-89620-6479112031009613800140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載-70344-188430099122.7-375000024743006840000140變幅起升x方向風(fēng)載64888-1884300-47868-7721343238.2310459579.6180旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載-85585-1884300-48522-1675700120310013214000180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載-7595-1884300-129100-3640000247430011260000180變幅起升x方向風(fēng)載-80844-18843000-14379238.2313

20、0210004.5.3工作風(fēng)載計(jì)算作用在起重機(jī)上的工作狀態(tài)風(fēng)載荷，在起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊中規(guī)定按下式計(jì)算： 式中：作用在起重機(jī)上的工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷，na起重機(jī)構(gòu)件垂直于風(fēng)向的實(shí)體迎風(fēng)面積, ，它等于構(gòu)件迎風(fēng)面積的外形輪廓面積乘以結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面充實(shí)率，即a=。p與設(shè)計(jì)工況相對應(yīng)的計(jì)算風(fēng)壓，；c風(fēng)力系數(shù)。當(dāng)風(fēng)向與構(gòu)件的縱軸線或構(gòu)件表面呈某一角度時(shí)，沿風(fēng)向的風(fēng)載荷由以下公式計(jì)算： 式中：風(fēng)向與構(gòu)件縱軸或構(gòu)架表面的夾角(90)在計(jì)算起重機(jī)風(fēng)載荷時(shí)，起重機(jī)結(jié)構(gòu)上總的風(fēng)載荷為各組成部分風(fēng)載荷的總和，應(yīng)考慮風(fēng)對起重機(jī)是沿著最不利方向作用的，因此在計(jì)算過程中，考慮風(fēng)分別沿x、z垂直方向，按設(shè)計(jì)要求工作最大風(fēng)壓為300

21、n/m2計(jì)算。五、有限元計(jì)算結(jié)果及分析5.1強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果及分析1、上部結(jié)構(gòu)第一種載荷組合工況（旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載）計(jì)算應(yīng)力云圖（1）強(qiáng)度計(jì)算（von mises應(yīng)力云圖如下圖22-28所示，應(yīng)力單位：pa帕斯卡）圖22上部結(jié)構(gòu)von mises應(yīng)力云圖 圖23上部結(jié)構(gòu)von mises應(yīng)力最大值局部云圖圖24轉(zhuǎn)臺底部von mises應(yīng)力云圖 圖25臂架von mises應(yīng)力云圖 圖26轉(zhuǎn)臺von mises應(yīng)力云圖 圖27轉(zhuǎn)臺內(nèi)部von mises應(yīng)力云圖圖28人字架von mises應(yīng)力云圖因?yàn)楸奂艿撞恐飨夜芎偷撞柯?lián)結(jié)板在ansys模型中表示為其一條線與一個(gè)面相交，并最終相交為一點(diǎn)，此點(diǎn)為

22、應(yīng)力奇異點(diǎn)，與實(shí)際情況不符，應(yīng)去除。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承處形成一剛性區(qū)域，其旋轉(zhuǎn)大軸承處的中心點(diǎn)為剛性區(qū)域的主節(jié)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)大軸承的位置圓圈為從節(jié)點(diǎn)，這樣實(shí)際情況為面與面之間的接觸變?yōu)辄c(diǎn)與點(diǎn)之間的接觸，因此其從節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力也不能真實(shí)地反映其受力的情況，所以將此處的奇異點(diǎn)也應(yīng)去除。則除去其應(yīng)力奇異點(diǎn)之后其余的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖29、30：圖29除去應(yīng)力奇異點(diǎn)后 圖30除去應(yīng)力奇異點(diǎn)后局部von mises應(yīng)力云圖 von mises應(yīng)力云圖因此，忽略在設(shè)計(jì)過程中臂架底部主弦管與底板聯(lián)接部位以及剛性區(qū)域從節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力奇異引起不切實(shí)際的應(yīng)力值，則在此典型工況中應(yīng)力最大部位為轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承周

23、圍，其最大應(yīng)力值為297mpa。2、上部結(jié)構(gòu)第二種載荷組合工況（旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載）計(jì)算應(yīng)力云圖（1）強(qiáng)度計(jì)算（von mises應(yīng)力云圖如圖31-37所示，應(yīng)力單位：pa帕斯卡）圖31上部結(jié)構(gòu)von mises應(yīng)力云圖 圖32上部結(jié)構(gòu)von mises應(yīng)力最大值局部云圖圖33轉(zhuǎn)臺底部von mises應(yīng)力云圖 圖34臂架von mises應(yīng)力云圖圖35轉(zhuǎn)臺von mises應(yīng)力云圖 圖36轉(zhuǎn)臺內(nèi)部von mises應(yīng)力云圖圖37人字架von mises應(yīng)力云圖則除去其應(yīng)力奇異點(diǎn)之后其余的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖38、39：圖38除去應(yīng)力奇異點(diǎn)后 圖39除去應(yīng)力奇異點(diǎn)后局部von mises應(yīng)力云

24、圖 von mises應(yīng)力云圖因此，忽略在設(shè)計(jì)過程中臂架底部主弦管與底板聯(lián)接部位以及剛性區(qū)域從節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力奇異引起不切實(shí)際的應(yīng)力值，則在此典型工況中應(yīng)力最大部位為轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承周圍，其最大應(yīng)力值為286mpa。 3、上部結(jié)構(gòu)第三種載荷組合工況（變幅起升x方向風(fēng)載）計(jì)算應(yīng)力云圖（1）強(qiáng)度計(jì)算（von mises應(yīng)力云圖如圖所示，應(yīng)力單位：pa帕斯卡）圖40上部結(jié)構(gòu)von mises應(yīng)力云圖 圖41上部結(jié)構(gòu)von mises最大值局部應(yīng)力云圖圖42轉(zhuǎn)臺底部von mises應(yīng)力云圖 圖43臂架von mises應(yīng)力云圖圖44轉(zhuǎn)臺von mises應(yīng)力云圖 圖45轉(zhuǎn)臺內(nèi)部von mises應(yīng)力云

25、圖圖46 上部結(jié)構(gòu)局部臂架von mises應(yīng)力云圖則除去其應(yīng)力奇異點(diǎn)之后其余的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖47：圖47上部結(jié)構(gòu)除去應(yīng)力奇異點(diǎn)后von mises應(yīng)力云圖因此，忽略在設(shè)計(jì)過程中臂架底部主弦管與底板聯(lián)接部位以及剛性區(qū)域從節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力奇異引起不切實(shí)際的應(yīng)力值，則在此典型工況中應(yīng)力最大部位為轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承周圍，其最大應(yīng)力值為266mpa。4、三種工況應(yīng)力最大值比較及結(jié)論工況位置旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載變幅起升x方向風(fēng)載旋轉(zhuǎn)大軸承處的旋轉(zhuǎn)軸承不平衡力矩?cái)?shù)值0.13214e+08 pa0.11260e+08 pa0.13021e+08 pa上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大值位置臂架底部右側(cè)上主弦

26、管與連接板處臂架底部右側(cè)下主弦管與連接板處臂架底部左側(cè)上主弦管與連接板處上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大值數(shù)值7.25108pa10.7108pa4.4108pa臂架系統(tǒng)應(yīng)力最大值位置臂架底部右側(cè)上主弦管與連接板處臂架底部右側(cè)下主弦管與連接板處臂架底部左側(cè)上主弦管與連接板處臂架系統(tǒng)應(yīng)力最大值數(shù)值7.25108pa10.7108pa4.4108pa人字架應(yīng)力最大值位置拉桿與人字架聯(lián)接處拉桿與人字架聯(lián)接處拉桿與人字架聯(lián)接處人字架應(yīng)力最大值數(shù)值4.14108pa4.0108pa3.85108pa轉(zhuǎn)臺應(yīng)力最大值位置轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承處轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承處轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承處轉(zhuǎn)臺應(yīng)力最大值數(shù)值4.44108pa4.19

27、108pa4.37108pa上部結(jié)構(gòu)去除應(yīng)力奇異之后應(yīng)力最大位置轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承附近區(qū)域轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承附近區(qū)域轉(zhuǎn)臺底部旋轉(zhuǎn)大軸承附近區(qū)域上部結(jié)構(gòu)去除應(yīng)力奇異之后應(yīng)力最大數(shù)值2.97108pa2.86108pa2.66108pa根據(jù)上部結(jié)構(gòu)在三種工況下的應(yīng)力分析情況，我們可以得到如下結(jié)論：（1）綜合三種工況的應(yīng)力分析，去除其應(yīng)力奇異部位之后，第一種工況（旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載）的應(yīng)力值為最大，其最大應(yīng)力值為297mpa，為最不安全的工況。由于旋轉(zhuǎn)大軸承處的其中心支反力的作用力比較大，此處建議旋轉(zhuǎn)大軸承處的底板采用q345b的材料或者加大其板厚。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)的材料為q345b，根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范

28、，載荷組合和下的安全系數(shù)分別取1.33和1.15，則相應(yīng)的許用應(yīng)力為443.6mpa和513mpa，故上部結(jié)構(gòu)的其余部分受力情況均在其應(yīng)力屈服極限內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)的重量也在許可的范圍之內(nèi)，因此工況經(jīng)ansys模擬加載之后的驗(yàn)證及改進(jìn)后滿足其設(shè)計(jì)要求。（2）綜合三種工況的應(yīng)力分析，第一種工況（旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載）的旋轉(zhuǎn)大軸承處的旋轉(zhuǎn)軸承不平衡力矩為最大，其旋轉(zhuǎn)大軸承處的旋轉(zhuǎn)軸承不平衡力矩最大數(shù)值為0.13214e+08kgm1321tm，因此建議在購買旋轉(zhuǎn)大軸承時(shí)應(yīng)使其保證不平衡力矩至少為1400tm，同時(shí)為盡量減少不平衡力矩，建議將轉(zhuǎn)臺上面的電機(jī)、電纜卷筒等盡量靠近配重位置，以及將轉(zhuǎn)臺上面的其他部

29、件如電器柜等放置在配重位置上面。（3）由于高強(qiáng)度材料的使用，使焊接要求更加嚴(yán)格，其焊縫的存在易造成材質(zhì)和力學(xué)性能的不均勻，會降低連接處的強(qiáng)度，因此要求對高強(qiáng)度材料進(jìn)行預(yù)熱、保溫、去氫、使用正確焊條型號和焊接時(shí)間等符合高強(qiáng)度材料的焊接要求；(4)由于在平衡旋轉(zhuǎn)大軸承處的不平衡力矩及整機(jī)的穩(wěn)定性時(shí)，我們將配重定為50t,并且其配重的中心距旋轉(zhuǎn)軸承中心位置為10.7m，因此建議加強(qiáng)配重與轉(zhuǎn)臺聯(lián)接部位，可增加聯(lián)接板的板厚或增大過度圓弧提高聯(lián)接板的高度等。（5）為加強(qiáng)其整機(jī)的穩(wěn)定性，建議其人字架前部壓桿內(nèi)部增加適當(dāng)?shù)拈g隔板。5、下部結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力云圖1）0旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載 2）0旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載 3）

30、0變幅起升x方向風(fēng)載 4）73旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載 5）73旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載 6）73變幅起升x方向風(fēng)載 7）90旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載 8）90旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載 9）90變幅起升x方向風(fēng)載 10）140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載 11）140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載 12）140變幅起升x方向風(fēng)載 13）180旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載14）180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載 15）180變幅起升x方向風(fēng)載6、下部結(jié)構(gòu)15種工況的受力分析比較及結(jié)論序號工況上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大處位置下部結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大處數(shù)值（pa）10旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載支座圓筒右邊上蓋板處3.9210820旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載支座圓筒右邊上蓋板處3.9910830變幅

31、起升x方向風(fēng)載前部兩支腿連接部位下部3.87108473旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處5.57108573旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處4.49108673變幅起升x方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處5.77108790旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處5.53108890旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處4.67108990變幅起升x方向風(fēng)載支座圓筒左邊上蓋板處5.5710810140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部4.6810811140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部3.9610812140變幅起升x方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部5.5110813180

32、旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部5.6210814180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部5.0410815180變幅起升x方向風(fēng)載后部兩支腿連接部位上部5.67108根據(jù)下部結(jié)構(gòu)在15種工況下的應(yīng)力分析情況，我們可以得到如下結(jié)論：（1）綜合15種工況的應(yīng)力分析，第6種工況（73變幅起升x方向風(fēng)載）為最不安全的工況，最大應(yīng)力值位置為支座圓筒左邊上蓋板處，其最大應(yīng)力值為577 mpa。但是因上蓋板圓筒處為剛性區(qū)域的從節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榇颂帪閼?yīng)力奇異處。其最大應(yīng)力值為256 mpa。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)的材料為q345b，根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，載荷組合和下的安全系數(shù)分別取1.33和1.15，則相應(yīng)的許

33、用應(yīng)力為443.6mpa和513mpa，故下部結(jié)構(gòu)的其余部分受力情況均在其應(yīng)力屈服極限內(nèi)，因此工況經(jīng)ansys模擬加載之后的驗(yàn)證及改進(jìn)后滿足其設(shè)計(jì)要求。（2）因下部結(jié)構(gòu)承受z軸方向的扭矩比較大，通聯(lián)重機(jī)上海起重機(jī)研究院最初給定支座上下蓋板的距離的參數(shù)1.5m，為更好的減少支座部位的應(yīng)力，我們建議采取改變結(jié)構(gòu)的而非只增加板厚的方法，建議支座上下蓋板的距離的參數(shù)加大為1.6m以上。（3）通過應(yīng)力云圖我們發(fā)現(xiàn)前部支腿的圓弧處和前部支腿與支座的圓弧過渡處的應(yīng)力相對比較大，因此建議增大其過度的圓角，減少相應(yīng)的應(yīng)力集中。 （4）四個(gè)支腿的支反力相對比較情況如下：node 140357、140358、140

34、359、140360位置分別如下：1403601403571403581403591）0旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.11413e+070.28144e+06140358-271340.13375e+07-0.1804e+06-0.18489e+060.22729e+06140359-58451-560460.13187e+06-0.17218e+060.22524e+06140360-600000.21576e+062）0旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.98134e+060.21951e+06140

35、358-106470.13896e+07-0.32214e+06-0.24687e+0666074140359-65303125150.19304e+06-0.23888e+060.22780e+06140360-206600.20552e+063）0變幅起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.12223e+070.26180e+06140358-501790.12388e+07-57783-955770.30285e+06140359-30665-5667057783-0.11267e+060.22827e+06140360-416870.23816e+06

36、4）73旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.14447e+07-0.23560e+06140358-475660.49049e+06-0.20085e+06-4052119118140359-31524719490.10294e+06-0.10385e+060.13519e+061403600.35564e+060.44217e+065）73旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.1282e+07-0.28860e+06140358-0.178e+060.4900e+06645990.30803e+060.1289

37、2e+06140359576460.2103e+06-0.1239e+06778250.24143e+061403600.3796e+060.43056e+066）73變幅起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.15186e+07-0.17619e+06140358-575370.48835e+06-782204726.20.13265e+0614035924707429564352.6-754770.12344e+061403600.31280e+060.43766e+067）90旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.

38、13684e+07-0.47487e+06140358-476630.24404e+06-0.16931e+0637751-0.17137e+06140359-858.630.21548e+0683725-966410.13857e+061403600.53485e+060.50749e+068）90旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.1256e+07-0.51149e+06140358-0.18143e+060.2343e+060.10600e+060.39e+06-25526140359523340.3225e+06-0.11359e+060.11

39、e+060.25307e+061403600.5495e+060.49947e+069）90變幅起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.14160e+07-0.39851e+06140358-613260.28090e+06-6050580009-55581140359613260.18865e+06-20339-736600.12957e+061403600.47721e+060.49237e+0610）140旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.5935e+06-0.63145e+06140358-687630.52

40、97e+060.20948e+060.302e+06-0.49798e+061403590.16619e+060.6352e+06-0.11986e+06-823810.31994e+061403600.6042e+060.41999e+0611）140旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.8230e+06-0.55039e+06140358-0.1477e+060.4584e+060.1389e+060.36990e+06-0.26216e+061403590.21804e+060.5287e+06-0.238e+06-174720.26812e+06

41、1403600.5524e+060.43427e+0612）140變幅起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.89484e+06-0.75914e+06140358-935120.20503e+06163890.28974e+06-0.47645e+06140359286240.54053e+0631479-244780.28234e+061403600.72235e+060.51466e+0613）、180旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.55662e+06-0.79187e+06140358-910100.359

42、80e+060.17733e+060.3701e+06-0.60511e+061403590.1766e+060.72154e+06-0.1288e+06-627090.32291e+061403600.72480e+060.46550e+0614）180旋轉(zhuǎn)起升z方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.71611e+06-0.7310e+06140358-0.1325e+060.31653e+060.28513e+060.4628e+06-0.4246e+061403590.14011e+060.64415e+06-0.1560e+06385560.34425e+

43、061403600.68596e+060.47492e+0615）180變幅起升x方向風(fēng)載（單位：n）nodefxfyfzmxmymz1403570.47569e+06-0.77223e+06140358-679650.45841e+06547140.28074e+06-0.68067e+061403590.14881e+060.72216e+06-54714-0.12222e+060.31989e+061403600.70648e+060.44311e+067、變幅拉桿力的計(jì)算:在本次有限元模型的建立過程中，變幅拉桿采用link10單元進(jìn)行建模，由于link10單元是一個(gè)軸向僅受拉或僅受壓桿

44、單元。node46186、46188、63525、63485分別為變幅拉桿與臂架上部和人字架上部的交點(diǎn)。如圖所示：則：node46186、46188、63525、63485在上部結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)工況（旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載）下的受力情況分別如下：nodefx（單位：n）fy（單位：n）46186-0.48404e+06-0.40329e+0646188-0.61269e+06-0.50404e+06634850.48406e+060.35427e+06635250.61295e+060.45503e+06變幅拉桿最大力為:node:46188, =0.61269e+06 n, =0.50404e+06

45、n則:變幅拉桿力:5.2剛度校核本次有限元分析計(jì)算，分別對臂架系統(tǒng)、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度校核，其結(jié)果分別如下：1、 對臂架系統(tǒng)在典型工況60t26.5m下進(jìn)行分析，加載力為：60t，其剛度變形如圖其約束部位：臂架底部約束ux、uy、uz、rotx、roty；臂架上部與拉桿連接處約束：uy則：剛度位移最大位置在臂架的中部，最大值為：0.169m2、上部結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)工況（旋轉(zhuǎn)起升x方向風(fēng)載）位置在0，即上部結(jié)構(gòu)在下部結(jié)構(gòu)的兩個(gè)前直腿之間，其下部結(jié)構(gòu)的z方向變形情況如下圖：其約束情況如下：下部結(jié)構(gòu)的一側(cè)（一前直腿和一后直腿）為全部約束，另一側(cè)只約束uy，則：z方向最大位移為0.019m3、下部結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)的工況（73變幅起升x方向風(fēng)載），約束同上則：z方向最大位移為0.0158m根據(jù)結(jié)果，我們建議，當(dāng)設(shè)計(jì)下部結(jié)構(gòu)的滑靴部位時(shí)要考慮z方向位移情況，要適當(dāng)?shù)念A(yù)留出部