簡(jiǎn)易龍門吊有限元分析

1、簡(jiǎn)易龍門吊有限元分析摘要:根據(jù)簡(jiǎn)易龍門吊整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用工程軟件pro/e建立了簡(jiǎn)易龍門吊的有限元模型，基于ANSYS軟件對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了受力分析。通過(guò)分析找出機(jī)架在工作過(guò)程中產(chǎn)生的最大位移和最大應(yīng)力及對(duì)應(yīng)的位置，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算，確定其結(jié)構(gòu)是滿足工作要求的。通過(guò)分析提出了一些改進(jìn)的措施和建議，保證了設(shè)備的安全性和合理性。關(guān)鍵詞:龍門吊有限元分析ansys輕型移動(dòng)式龍門起重機(jī)又稱簡(jiǎn)易龍門吊，由于采用單梁式軌道結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，使用安全便捷。凡是采用懸掛式起重機(jī)不可能或不經(jīng)濟(jì)的地方都可以方便使用。適用于工廠、礦山、工地，尤其適用于車間設(shè)備及模具的安裝、搬運(yùn)、調(diào)試、汽車上貨物的裝

2、卸。其金屬材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能對(duì)整個(gè)起重機(jī)的正常安全運(yùn)行有重要的影響。為了加強(qiáng)安全生產(chǎn)，保證設(shè)備高效正常作業(yè)，現(xiàn)對(duì)其金屬材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的有限元分析并提出改進(jìn)措施。此處采用ansys作為分析工具,該軟件具有強(qiáng)大的分析和前后置處理的功能，是現(xiàn)在使用最廣泛的有限元分析軟件之一。1有限元分析模型本文采用的材料特性：彈性模量為E=2.06e11Pa柏松比卩=0.3采用solid186單元?jiǎng)澐钟邢拊W(wǎng)格1.1模型建立簡(jiǎn)易龍門吊由于其工作使用情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用單梁式軌道，根據(jù)其起升重量，軌道選用32型工字鋼。立柱與加強(qiáng)支撐桿分別使用其他型號(hào)的工字鋼。由于運(yùn)行電動(dòng)機(jī)是以工字梁軌道的下腹板作為運(yùn)行軌道，因此工

3、字梁軌道模型不能簡(jiǎn)化，所以本模型中龍門吊的實(shí)體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型是基于Pro/Mechanic軟件中的3D梁?jiǎn)卧獊?lái)建立的，為便于對(duì)機(jī)架進(jìn)行有限元分析，在建立機(jī)架力學(xué)模型時(shí)，作以下幾點(diǎn)假設(shè)：(1)機(jī)架本體為剛架結(jié)構(gòu)，機(jī)架各桿之間焊接可靠，為剛性連接;(2)機(jī)架工作時(shí)底部與支座間不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，為固定支座(如圖1)。1.2載荷處理因?yàn)楹?jiǎn)易龍門吊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合，載荷分析作用在該龍門吊軌道梁上的載荷主要有：龍門吊單軌道梁的自重載荷；起升運(yùn)行電機(jī)的自重載荷及起升載荷；下降制動(dòng)的慣性載荷；運(yùn)行電機(jī)運(yùn)行制動(dòng)的慣性載荷。其中起升運(yùn)行電機(jī)自重載荷和起吊載荷通過(guò)運(yùn)行電機(jī)車輪以線載荷施加，結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷通過(guò)載荷工

4、況因子施加。軌道梁的自重在模型分析中施加。由于運(yùn)行電機(jī)在單軌梁上運(yùn)行時(shí)，當(dāng)運(yùn)行在軌道中間時(shí)，軌道梁的撓度最大，彎矩也最大，所受應(yīng)力也最大，所以模型只需要分析運(yùn)行電機(jī)運(yùn)行在軌道中間時(shí)的受力情況。因此,龍門吊固定載荷之和q二Gx+Gg=617kg+375.17kg=992.17kg集中可變載荷之和：P=KXQ=1.35000kg=6500kg其中K=1.3為動(dòng)載荷工況因子。1.3約束處理由于簡(jiǎn)易龍門吊工作受力的特點(diǎn)，我們只需對(duì)龍門吊的單軌道梁進(jìn)行受力分析，因此對(duì)支架支撐面施加全約束。2有限元計(jì)算結(jié)果及分析2.1應(yīng)變分析由分析結(jié)果（USUM）變形圖可以看出軌道梁的最大變形量在梁中間，最大變形量Dma

5、x=13.039mm。又軌道梁的許用靜剛度：所以軌道梁的靜剛度滿足要求。2.2應(yīng)力分析從等效應(yīng)力(SEQV)的云圖上可以看出，應(yīng)力最大的地方在軌道梁的中間，其最大應(yīng)力值SEQVmax約為277.1MPa遠(yuǎn)小于材料的屈服極限(材料屈服極限為350MPa),從應(yīng)力角度來(lái)看結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也是符合要求的。2.3傳統(tǒng)計(jì)算方式校核最大撓度計(jì)算。龍門吊軌道梁在跨度中最不利位置時(shí)，在設(shè)計(jì)最大吊重下的變形按以下計(jì)算公式計(jì)算，其中材料的彈性模量為E=2.06e11Pa軌道梁的慣性矩為l=6.3310e-3m4。TOCo1-5hz固定載荷最大撓度：f1max=5ql4/(384取1)=5羽92.17/774/(3842.

6、06e110.006331)=0.0033m可變載荷最大撓度:f2max=PL3/(48E01)=65073/(4806)=0.00594m最大撓度:fmax=f1max+f2max=0.0033+0.00594=0.00924m=9.24mm最大應(yīng)力計(jì)算龍門吊固定載荷q=992.17kgMq=KlxK4Xq/|12/8=2K1S92.17XO/7：集中可變載荷：P=6500kgMP=KXK3xK4XPXL/4=1.11.1X.26500X|0X7/4=165.165KN.M軌道梁截面面積：S=67.16cm2(Tmax二Mmax/S=(Mq+MP)/S=(19.099+165.165)/67

7、.16=274MPa其中，偏載系數(shù)K仁2;可變載荷的分項(xiàng)系數(shù)K2=1.2;沖擊系數(shù)K3=1.1;各單元排受力不均勻系數(shù)K4=1.1。3改進(jìn)措施通過(guò)分析可知，該簡(jiǎn)易龍門吊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全符合安全性能要求，但是軌道梁的受力和剛度仍然相對(duì)還是有點(diǎn)大，可以進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。由于簡(jiǎn)易龍門吊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受風(fēng)力影響比較小，所以本文沒(méi)有考慮受風(fēng)載時(shí)的情況，如果想使計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步精確可以對(duì)受風(fēng)載時(shí)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析。同時(shí)可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，確定出機(jī)構(gòu)的固有頻率，從而避開(kāi)其固有頻率。考慮到實(shí)際焊接后材質(zhì)的變化、韌性的降低、區(qū)域內(nèi)應(yīng)力增加，特別是軌道梁和立柱之間的焊接可以在優(yōu)化過(guò)程中重點(diǎn)考慮。4結(jié)語(yǔ)本文基于有限元法的數(shù)值模擬技術(shù)，采用ANSYS軟件，對(duì)簡(jiǎn)易龍門吊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并與材料力學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得到了較真實(shí)可信的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，可以看出借助于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),不但可以在開(kāi)發(fā)初期就可對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，而且大大縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少了成本。參考文獻(xiàn)1陳玲