門架橫梁開(kāi)裂分析及整改

蘇運(yùn)波

(上海振華港機(jī)(集團(tuán))股份有限公司，上海200125)

摘要：某港口門座起重機(jī)門架橫梁開(kāi)裂，利用ANSYS對(duì)該門座起重機(jī)門架進(jìn)行局部模擬分析，提出了設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：門座起重機(jī)；橫梁；開(kāi)裂；結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號(hào)：TH213.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

收稿日期：2015—06—09

CrackAnalysisandRenovationofGantryBeam

SuYunbo

Abstract：Crack of gantry crane beam has been occurred in a certain port, so portal frame of the gantry crane has been conducted local simulative analysis and improved design measure has been put forward.

Keywords：gantrycrane;beam;crack;structuralanalysis

門座式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于港口、造船廠和水電工地，是一種工作強(qiáng)度十分繁重的重型機(jī)械設(shè)備。其載荷復(fù)雜多變，動(dòng)態(tài)性質(zhì)顯著，所以作為整臺(tái)起重機(jī)骨架的金屬結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)起重機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即起重機(jī)的可靠性、適用性和制造、運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

門座起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)一般包含臂架、象鼻梁、大拉桿、平衡梁、小拉桿、上轉(zhuǎn)柱、轉(zhuǎn)盤、圓筒體、橫梁和端梁等構(gòu)件。

圖1、圖2為某港口門機(jī)門架橫梁開(kāi)裂照片。同一批次門機(jī)門架橫梁中隔板包圈均有不同程度開(kāi)裂現(xiàn)象。圖3為該門機(jī)門架橫梁開(kāi)裂處結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)圖。

1門架橫梁有限元模型及結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

1.1主要技術(shù)參數(shù)

起重量：25t38m(抓斗)；

變幅：45m/min；

旋轉(zhuǎn)：1.2r/min；

起升速度：55m/min；

分類級(jí)別:A8；

載荷狀態(tài):Q4；

利用等級(jí) :U8。

1.2有限元模型

利用ANSYS10.0中shell63及beam188單元，對(duì)該門座起重機(jī)門架橫梁進(jìn)行局部模擬分析，模型見(jiàn)圖4、圖5[1]。按照GB/T3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

計(jì)算工況為：?1DL+?2(LS+LL)+?5(LASL+LALU)+OWL

式中，DL為自重載荷；?1為載荷放大系數(shù)；LS為吊具載荷；LL為吊重；?2為起升沖擊載荷系數(shù)；?5為機(jī)構(gòu)動(dòng)載系數(shù); LALU為變幅引起的載荷；LASL為旋轉(zhuǎn)引起的載荷；OWL為風(fēng)載荷[2]。

1.3計(jì)算結(jié)果

當(dāng)25t抓斗在38m幅度，并且起升、旋轉(zhuǎn)及變幅三大機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)時(shí)，按照初始設(shè)計(jì)，門架橫梁開(kāi)裂處原始應(yīng)力為384.512MPa，應(yīng)力云圖如圖6所示。

圖1　門架橫梁開(kāi)裂照片1

圖2　門架橫梁開(kāi)裂照片2

圖3　門架橫梁開(kāi)裂處結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)圖

圖4　門架橫梁有限元模型

圖5　門架橫梁開(kāi)裂處局部模型

圖6　結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

倒圓角半徑R/mm包板厚/mm孔高度/mm最大應(yīng)力/MPa200162300385350162300350350202300309350201800253

圖7　門架橫梁開(kāi)裂處整改圖

圖8　門架橫梁開(kāi)裂處整改后模型

圖9　門架橫梁開(kāi)裂處整改后應(yīng)力云圖

1.4計(jì)算結(jié)果比較分析

按照原始設(shè)計(jì)圖紙，2 5t38m抓斗滿載，F(xiàn)EM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)開(kāi)孔處最大應(yīng)力為384.512MPa。估計(jì)最初設(shè)計(jì)時(shí)為考慮搬運(yùn)電器柜的方便，將此孔開(kāi)得比較大。

現(xiàn)對(duì)此處開(kāi)孔，將孔高、孔倒圓角及包圈厚度進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)應(yīng)力如表1所示。

2門機(jī)橫梁整改

由計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，主要靠四塊斜板傳遞扭矩，由于開(kāi)孔過(guò)高，斜板應(yīng)力傳至開(kāi)孔圓弧部位，應(yīng)力疊加導(dǎo)致應(yīng)力集中。因此建議進(jìn)行整改。門架橫梁開(kāi)裂處整改圖如圖7所示。

根據(jù)整改圖紙做出門架橫梁模型，并進(jìn)行受力分析，模型及應(yīng)力云圖如圖8、圖9所示。

根據(jù)以上分析可知，增加400mm圓弧板，開(kāi)孔處應(yīng)力232MPa,且最大應(yīng)力處在一個(gè)尖點(diǎn)，分析認(rèn)為為應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以不用參考此處應(yīng)力。按照GB/T3811—2008,許用應(yīng)力為345/1.48=233MPa，在許用范圍內(nèi)。該整改方案可行。

參考文獻(xiàn)

[1]龔曙光、謝桂蘭、黃云清編著.ANSYS參數(shù)化編程與命令手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]張質(zhì)文、虞和謙、王金渃、包起帆主編. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：中國(guó)鐵道出版社,2001.

編輯杜青泉