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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