５０ ｔ桁架式龙门起重机的有限元结构强度分析 安超王华舒伟 长安大学工程机械学院西安７１００６４ 摘要：以５０ｔ桁架式龙门起重机为研究对象，采用有限单元法，基于ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ平台，建立该龙门起重 机有限元模型。在综合分析龙门起重机各种工况后，选择３种典型工况，用ＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮ软件对其进行静强 度和静刚度分析，生成应力、变形云图。通过对云图分析，得到各个工况下该龙门起重机的最大应力值、最大 应力位置、应力分布以及各个工况下该龙门起重机的最大变形量、最大变形量位置、变形分布。根据得到的数 据，校核各个工况下该龙门起重机的刚度和强度。这对提高该龙门起重机的结构性能、作业能力以及降低设计 成本都有十分重要的作用，也对其他龙门起重机的设计具有一定的借鉴价值。 关键词：龙门起重机；静强度；静刚度；变形；分析 中图分类号：ＴＨ２１３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—０７８５（２０１３）１１—００６２—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ５０ ｔ ｔｒｕｓｓ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ ａｓ ａ ｓｔｕｄｙ ｏｂｊｅｃｔ．ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｉｆ— ｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｇａｎ— ｔｒｙ ｃｒａｎｅｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｖａｌｕｅ，ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｆｏｒｍａ－ ｔｉｏｎ，ｍ￣ｉｍｕｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｄａｔａ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｅ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｉｓ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｓｔｓ．ａｎｄ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｔｌｌｅｒ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ；ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｔａｔｉｃ ｒｉｇｉｄｉｔｙ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ ０ 引言 效率和设计质量。 ． 龙门起重机正常工作时有３种典型工况：最 １有限元建模 大静载荷工况（大车不动，小车位于跨中，起升 通过有限元建模，可大大简化设计周期，降 或下降载荷）；小车横向移动工况（大车不动，小 低设计成本，达到良好的设计效果。本文在建模 车满载横向移动）；小车满载位于一端支腿处（大 过程中，将根据该龙门起重机的实际结构特点， 车不动，小车满载移动到最端部）。５０ ｔ双梁桁架 对其做如下的简化： 式龙门起重机门架钢结构的质量占整机质量的 １）模型中的所有桁架结构均采用空间梁单元 ６０％以上。该钢结构设计的合理性和安全可靠性 模拟，因为梁单元除能承受拉压及扭转载荷外还 决定了龙门起重机的工作能力和工作质量，不合 能承受弯曲和剪切载荷。 理的钢结构设计会浪费资源、增加制造成本、甚 ２）小车主要简化为４个集中质量力，分别作 至发生重大安全事故。龙门起重机钢结构部分主 用于小车的４个轮子作用点位置。 要由桁架焊接而成，杆件数目众多，受力情况十 ３）大车轮简化为有约束的支承点。 分复杂。因此，对龙门起重机结构进行强度分析 ４）由于本次分析是桁架式起重机，在求解的 显得十分重要。 过程中，采用理想化加载方式。 本文利用ＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮ软件，将龙门起重 １．１单元类型和截面参数 机实际模型置于３种典型实际工况之中，对其进 该龙门起重机的有限元模型采用ＣＢＡＲ梁单 行合理、准确的分析，可提高龙门起重机的设计 元。一般梁单元ＣＢＡＲ单元是常用的梁单元，可 《起重运输机械》 ２０１３（１１）
