李 陽，梁 臻

（武漢市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，湖北 武漢430019）

傳統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)計往往以靜態(tài)設(shè)計為主，主要是借鑒已有產(chǎn)品的設(shè)計方法與經(jīng)驗，技術(shù)手段多采用以古典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的半理論半經(jīng)驗的設(shè)計方法、類比法以及經(jīng)驗法等，導(dǎo)致起重機(jī)產(chǎn)品設(shè)計的周期較長，設(shè)計精度較差，而且更為嚴(yán)重的是，由于起重機(jī)是一類大型的機(jī)械產(chǎn)品，其工作的環(huán)境以及工作的工況較為復(fù)雜并且多變，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能受多種因素的共同影響，傳統(tǒng)的設(shè)計方法很難考慮周全這些復(fù)雜多變的因素，因此，設(shè)計的產(chǎn)品其安全性有時得不到可靠的保證［1－2］.

近年來，國內(nèi)外將動態(tài)設(shè)計方法以及有限元分析法引入到起重機(jī)的設(shè)計計算與分析中，在起重機(jī)設(shè)計中采用一種新的方法——動態(tài)設(shè)計仿真及有限元仿真分析，即采用計算機(jī)來模擬起重機(jī)部件或整機(jī)在各種工況下隨載荷變化或時間變化的運(yùn)行狀態(tài)以及金屬結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜因素下的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析.這些先進(jìn)的技術(shù)方法很大程度上促進(jìn)了起重機(jī)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展并提高了起重機(jī)產(chǎn)品的安全性與可靠性［2－3］.

本文就是基于上述思想對橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車大梁進(jìn)行有限元分析，由計算機(jī)完成橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車大梁的分析、運(yùn)算和評價；此外，它為準(zhǔn)確分析起重機(jī)的安全性能，縮短設(shè)計周期，減少設(shè)計風(fēng)險和成本，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品功能性、可靠性、安全性等提供強(qiáng)而有力的保障.

1 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)與參數(shù)

橋式起重機(jī)主要由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、駕駛室、大車端梁、小車運(yùn)行軌道、橋架裝配、電氣設(shè)備、欄桿等部分組成.其整機(jī)主視圖見圖1.整機(jī)系統(tǒng)的主要性能參數(shù)見表1.

圖1 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖

表1 主要性能參數(shù)表

2 橋式起重機(jī)作業(yè)工況

橋式起重機(jī)常見的作業(yè)工況主要分為以下幾種.

Ⅰ類工況：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)均靜止不動，并且小車靜止于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主梁跨中，起升機(jī)構(gòu)承載靜止的吊重或者不承載吊重.這種工況下的載荷組合為：大車橋架自重、小車橋架的靜輪壓以及其他附屬結(jié)構(gòu)的重量（例如駕駛室、走臺及欄桿等，它們可以用均布力來代替）.

Ⅱ類工況：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)靜止不動，小車位于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主梁跨中，但在承載吊重的前提下運(yùn)行制動.這種工況下的載荷組合為：大車橋架自重、小車橋架的動輪壓、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動運(yùn)行水平慣性力（此力的計算需要考慮動載系數(shù)φ5）以及其他附屬結(jié)構(gòu)的重量（例如駕駛室、走臺及欄桿等，它們可以用均布力來代替）.

Ⅲ類工況：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)靜止不動，小車位于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主梁跨端，起升機(jī)構(gòu)在承載吊重的前提下下降并制動.這種工況下的載荷組合為：大車橋架自重、小車橋架的動輪壓以及其他附屬結(jié)構(gòu)的重量（例如駕駛室、走臺及欄桿等，它們可以用均布力來代替，但需要考慮動載系數(shù)φ1）.

Ⅳ類工況：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行制動，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)位于跨中，起升機(jī)構(gòu)在承載吊重的前提下下降并制動.這種工況下的載荷組合為：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動慣性力、小車橋架的動輪壓以及其他附屬結(jié)構(gòu)的重量（例如駕駛室、走臺及欄桿等，它們可以用均布力來代替，但需要考慮動載系數(shù)φ5）.

3 基于Ansys的橋架結(jié)構(gòu)分析

3.1 載荷情況

橋式起重機(jī)大車大梁所承受的載荷主要有大車大梁自重、小車自重載荷、吊重載荷、慣性載荷等.各部件的質(zhì)量見表2.

表2 各部件的質(zhì)量 kg

3.2 計算工況

常見的橋式起重機(jī)作業(yè)工況已在第2部分進(jìn)行了詳細(xì)描述，本節(jié)選取第Ⅰ工況進(jìn)行橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中的承載部件（大車大梁）進(jìn)行有限元受力分析.其他工況分析方法類似.

由于計算機(jī)性能等原因，取其中的一個主梁進(jìn)行建模和分析，在施加力的過程中，分別取計算得到的總作用力的一半施加在單主梁上.

3.3 模型加載力

將第一大類工況安裝吊重按重量不同分為兩類小工況，作為本文分析的前提條件.

工況1：大車靜止，小車位于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中間位置，主起升機(jī)構(gòu)離地起吊30t；

工況2：大車靜止，小車位于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中間位置，副起升機(jī)構(gòu)離地起吊15t；

兩種工況下有限元分析模型的加載力分別由

求出.式中φ2為動載系數(shù)，可取1.1～1.25.

3.4 分析結(jié)果

工況1和工況2下大車大梁節(jié)點位移云圖分別見圖2及圖3.

圖2 工況1下大車大梁節(jié)點位移云圖

圖3 工況2下大車大梁節(jié)點位移云圖

4 結(jié)論

由大車大梁在起吊貨物時的許用擾度計算公式計算而得本文研究對象的許用擾度為2mm，與分析結(jié)果進(jìn)行對比可知，在本文所研究的兩種工況下，小車車架均滿足安全要求.

［1］韋樹寶.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的龍門起重機(jī)動力學(xué)仿真研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)圖書館，2006.

［2］曾 春，徐長生.橋式起重機(jī)鋼絲繩系統(tǒng)的模態(tài)分析［J］.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，18（4）：18－20.

［3］梅 杏，胡吉全，張焱清.輪胎式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，26（4）：40－42.