桁架单梁门式起重机主梁结构应力分析报告.docx
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桁架单梁门式起重机主梁结构应力分析报告
项目编号:
K
报告编号:
K
桁架单梁门式起重机
主梁结构应力分析报告
主体材料;
Q235B
跨度:
12m
额定起重量:
3t
2019年09月
1概述
河南省九峰起重机有限公司(简称“乙方”)设计并生产的ZJF桁架单梁门式起重机,于2016年9月在河南赵九峰研究院(以下简称“甲方”)九峰基地进行压力试验。
对乙方开发的桁架单梁门式起重机主梁,按照《电动葫芦桥式起重机型式试验细则》,对主梁强度、刚度进行有限元计算,并与应力测试结果进行对比。
采用ANSYS17.0软件完成本次分析计算。
2工作依据
(1)甲乙双方签订的合同;
(2)甲方提供的“ZJF桁架单梁门式起重机”设计图纸;
(3)GB/T3811—2008《起重机设计规范》;
(4)《桥门式起重机型式试验细则》;
(5)《机械设计手册》化学工业出版社。
3工作内容
3.1主梁强度和刚度分析
(1)建立ZJF桁架单梁门式起重机的有限元数值分析模型;
(2)计算ZJF桁架单梁门式起重机在不同工况作用下主梁的应力、变形。
3.2工况类型
(1)额定载荷跨中,计算主梁在额载下的应力和变形;
(2)额定载荷悬臂端,计算主梁在额载下的应力和变形;
(3)1.25倍额定载荷跨中,计算主梁的应力;
(4)1.25倍额定载荷悬臂端,计算主梁的应力。
4主梁的有限元应力分析
4.1几何模型
ZJF桁架单梁门式起重机主要由筋板和轨道等组成,图1为主梁结构图。
图1ZJF桁架单梁门式起重机主梁结构图
4.2有限元实体模型
根据桁架单梁门式起重机主梁的几何模型,建立了有限元模型,结构主要由型钢焊接而成。
根据图纸,采用2节点的梁单元(BEAM188),并控制单元大小进行网格划分。
有限元模型如图2所示。
(1)整体网格
(2)截面网格
(3)主梁跨端网格
(4)主梁跨中网格
图2有限元网格划分
4.3材料参数
主体结构材料:
Q235B钢(
=375MPa),材料力学参量为:
弹性模量E=2×10
MPa,泊松比
=0.3。
4.4载荷和约束设置
起重机的额定起重量:
=3t。
分为4种工况进行分析:
工况1:
额定载荷为3t,由于液压施加载荷过程缓慢,可忽略冲击的影响根据型式试验细则注5:
应力测试按照1
进行测量,故在跨中部位施加的载荷:
=3000X9.8=29400N
工况2:
悬臂端部施加
=29400N;
工况3:
额定载荷的1.25倍为静载试验,故在跨中部位施加的载荷:
1.25
=1.25X19400=61250N;
工况4:
悬臂端部施加1.25
=36750N。
主梁与支腿连接,近似简支,其中一个支腿连接中线施加X、Y、Z向的位置约束(参照如图所示坐标系),另一支腿施加Y向的位置约束;整体施加等效重力加速度9.8m/s2,载荷与约束详见图3。
(1)工况1
(2)工况2
(3)工况3
(4)工况4
图3载荷与约束
5应力分析结果
5.1工况1计算结果
桁架单梁门式起重机在工况1下,最大等效应力(即拉弯组合应力或压弯组合应力)位于靠近支腿内侧外斜拉杆上,值为38.14MPa,如图4
(2)所示;主梁背梁的最大压弯组合应力为-28.15MPa,出现在背梁跨中上表面,如图4(3)所示;轨道主要承受拉应力,最大值为19.42MPa,出现在轨道中部下表面,如图4(4)所示;最大位移位于中部,最大位移为3.6mm(不考虑自身重力的影响),如图4(5)所示。
(1)主梁整体应力
(2)最大压弯组合应力
(3)背梁应力
(4)轨道应力云图
(5)位移云图(不考虑自重影响)
图4桁架单梁门式起重机工况1计算结果
5.2工况2计算结果
桁架单梁门式起重机在工况2下,最大等效应力位于靠近支腿侧外侧外边梁上,值为43.26MPa,如图5
(2)所示;最大位移位于中部,最大位移为2.9mm(不考虑自身重力的影响),如图5(3)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
(3)位移云图
图5桁架单梁门式起重机工况2计算结果
5.3工况3计算结果
桁架单梁门式起重机在工况3下,最大等效应力位于靠近支腿侧内侧外斜拉杆上,值为44.86MPa,如图6
(2)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
图6桁架单梁门式起重机工况3计算结果
5.4工况4计算结果
桁架单梁门式起重机在工况4下,最大等效应力位于靠近支腿侧外侧外斜拉杆上,值为53.34MPa,如图7
(2)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
图7桁架单梁门式起重机工况4计算结果
6结论
6.1结果汇总
表1结果汇总表
序号
工况说明
最大应力部位
评价变量
应力值(MPa)
安全系数
备注
1
跨中+额定载荷
外斜拉杆
38.14(26.86)
(1)
6.16
(2)
满足要求
背梁
-28.15(-22.91)
8.35
满足要求
轨道
19.42(18.10)
12.10
满足要求
整体位移
3.6
0.3/1000
<1/800
2
悬臂端+额定载荷
边梁
43.26
5.43
满足要求
整体位移
2.9
0.24/1000
<1/350
3
跨中+1.25额载
外斜拉杆
44.56
<235
满足要求
4
悬臂端+1.25额载
边梁
53.34
<235
满足要求
注:
(1)括号内数据,为不考虑主梁自身重力影响时的应力值,应变片测试出结果,无法计入设备自身重力影响,故试验测出数据仅与括号内数据具有可比性;
(2)起重机的许用安全系数为1.34,同时为保守计算,按许用压应力=许用拉应力校核;
(3)静载试验,设备以不出现永久变形为校核条件,故以屈服极限值为临界值。
(1)主梁经过有限元验算强度合格,安全系数较高,满足设计要求;
(2)满载工况下,主梁变形较小,跨中垂直挠度<1/800,悬臂端部垂直挠度<1/350,;
(3)1.25倍静载工况下,设备没有出现永久变形。
6.2应变片布点位置建议
表2应变片布点位置表(建议)
序号
位置
1
主梁跨中上部背梁,沿主梁方向布置
2
轨道跨中下部,沿主梁方向布置
3
外斜拉杆(3)下面,沿杆轴方向布置
4
外斜拉杆(4)下面,沿杆轴方向布置
5
边梁(5)上面,沿主梁方向布置
位置示意图
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- 桁架 梁门 起重 机主 结构 应力 分析 报告