32T-22.5M-9M-A5龙门吊结构件有限元计算

来源：未知   发布时间：2021-03-26 10:12  点击量：

　　MG100/10t龙门吊的结构计算相对较复杂，用传统的经典公式计算工作量较大，而且容易出现差错;采用有限元软件计算，能使结构的计算科学可靠，当然，边界的处理还有待总结经验，对大吨位的计算结果与实际有较大的偏差，但至少可以对传统的经典公式计算有一个侧面的验证。以下是用有限元对某用户正在使用的32t-22.5m-9m-A5小龙门吊和100t-28m-16m-A6低净空起重机的结构件计算介绍。

　　32t-22.5m-9m-A5小龙门吊结构件有限元计算

　　一、计算参数

　　起升起重量：　　Q=32000N

　　起重机跨度：　　S=22500mm

　　起升速度：　　V=0.32～3.2m/min

　　工作级别：　　A5

　　起升高度：　　H=9m

　　大车运行速度：　　V=3～30m/min

　　小车运行速度：　　V=2～20m/min

　　二、主梁结构计算

　　(1)模型概述(采用单主梁建模)

　　主梁结构模型采用壳单元shell63单元进行计算(图5-4)，对于结构中的一些小的加强板忽略不计，轨道采用beam188单元进行建模，由于纵筋在惯性矩所占比例极小，可忽略不计。

图5-4主梁有限元模型

　　主梁结构模型坐标系：以主梁长度方向x正方向，以主梁宽度方向为y方向，z方向根据右手定则确定。

　　(2)约束

　　由于主梁两端与端梁连接，可以发生转动，所以对主梁两端的下盖板约束UX，UY，UZ三个方向自由度。

　　(3)计算工况

　　工况1：主梁自重下挠

　　工况2：小车位于跨中，大、小车起制动

　　(4)载荷计算(表5-6)

　　①由于结构部分细节忽略，对结构重力加速度进行补偿，g=11.5m/s2。

　　②小车作用在主梁上的轮压：主动轮，Pz=10t，被动轮，Pb=9t。

　　③大车制动力，以惯性载荷计入，根据计算得，a=0.9m/s2。

　　④小车制动力，计算得Fz=4.5t，分别施加于两轮处，每处为2.25t。

　　⑤主梁侧走台及电气设备重量2t，以均布载荷计入主梁一侧。

表5-6载荷汇总表

　　(5)应力及变形云图(图5-5～图5-8)

图5-5主梁在自重作用下的应力云图


图5-6主梁在自重作用下的位移云图（竖直方向）


图5-7工况2主梁应力云图


图5-8工况2主梁位移云图

　　(6)计算结果汇总(表5-7)

表5-7计算结果汇总表

　　由表5-7可知，主梁应力小于许用值，满足要求。工况2竖直静挠度为f=32.316-5.129=27.187mm。

　　f=L/827

　　三、端梁结构计算

　　(1)模型概述(图5-9)

　　梁端结构模型采用shell63单元进行计算(图5-9)，计算时只对一根端梁计算，为防止应力集中，对模型进行合理简化，对轴孔处板加厚。

　　梁端结构模型坐标系：以端梁长度方向为x方向，宽度方向为y方向，z方向根据右手定则确定。

图5-9端梁有限元模型

　　(2)约束

　　释放沿着z轴转动的自由度，约束其余5个方向的自由度。

　　(3)计算工况

　　工况1：主梁作用于端梁上盖板的力为10.85t，按面压力施加在端梁上。

　　(4)载荷计算

　　主梁作用于端梁上盖板的力为10.85t，按面压力施加在端梁上。

　　(5)应力以及变形云图(图5-10、图5-11)

图5-10端梁位移云图（竖直方向）


图5-11端梁应力云图

　　(6)计算结果汇总(表5-8)

表5-8计算结果汇总表

　　由表5-8可知，许用应力及变形满足要求。

　　四、小车横梁

　　(1)模型概述(图5-12)

　　小车横梁模型在Solidworks中进行建模，导入Workbench进行计算。

图5-12小车横梁有限元模型

　　小车横梁模型坐标系;横梁宽度方向为x方向，高度方向为y方向，z方向由右手定则确定

　　(2)约束

　　对横梁两端的下法兰面施加UX，UY，UZ三个方向的Fixed Support约束。

　　(3)载荷计算

　　①载荷限制器轴处按施加5tBearing Load力计算。

　　②滑轮轴处按施加12tBearing Load力计算。

　　(4)应力及变形云图(图5-13、图5-14)

　　图5-13中两端法兰面处出现应力集中，而跨中最大应力为58MPa。

　　(5)计算结果(表5-9)

表5-9计算结果汇总表


图5-13小车横梁应力云图


图5-14小车横梁位移云图

　　下挠值f=0.95mm=L/2316

　　五、小车端梁

　　(1)模型概述(图5-15)

　　小车端梁模型采用shell63单元进行建模。

图5-15小车端梁有限元模型

　　小车端梁模型坐标系：沿横梁宽度为x方向，沿横梁高度为y方向，z方向由右手定则确定。

　　(2)约束

　　将各个轮轴处施加全约束。

　　(3)计算载荷

　　①轴承座处承受5tBearing Load力。

　　②挡板位置处的上盖板承受15tForce力。

　　(4)应力及位移云图(图5-16和图5-17)

　　支反力结果：

　　NODE　　FY

　　593　　51201.

　　960　　50209.

　　1098　　51050.

　　1108　　50049.

　　TOTAL VALUES

　　VALUE　　0.20251E+06

　　四个支点轮压均为5t左右，基本相等。

图5-16小车端梁位移云图


图5-17小车端梁应力云图

　　(5)结果汇总

　　应力与位移均满足要求。

　　六、小车架计算

　　(1)模型概述(图5-18)

　　小车架模型在Solidworks中进行三维建模，对于一些不重要的结构不进行建模。

图5-18小车架有限元模型

　　小车架模型坐标系：垂直小车运行方向为x方向，小车高度方向为y方向，z方向由右手定则确定。

　　(2)约束

　　采用Cylindrical Support，一侧轮轴全约束，另一侧释放垂直轨道方向自由度。

　　(3)载荷计算

　　①轴承处承受5tBearing Load力。

　　②盖板承受15tForce力。

　　(4)应力及位移云图(图5-19和图5-20)

　　(5)结果汇总

　　应力及位移均满足要求。

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