黃紅波/武橋重工集團(tuán)股份有限公司

“海宇號(hào)”1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)改造結(jié)構(gòu)有限元分析

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應(yīng)用有限元軟件AN SYS對(duì)“海宇號(hào)”1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)臂頭結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行有限元分析。通過對(duì)不同工況下的模型計(jì)算分析，對(duì)改造方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，在滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)力及桿件穩(wěn)定性等要求下，做到最優(yōu)設(shè)計(jì)，并對(duì)改造后的起重機(jī)做出優(yōu)化分析。

起重機(jī);有限元;結(jié)構(gòu);優(yōu)化

[Key point]crane;finite elem ent;structure，optim ization

1、工程概況

為適應(yīng)中鐵大橋局集團(tuán)承接的孟加拉國Padma大橋施工需要，需對(duì)1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)進(jìn)行改造，改造后，主鉤安全起重量1000噸，起升高度70m，舷外幅度32.8米，副鉤安全起重量為430噸，起升高度98米，舷外幅度44米，可適用于在此起重量范圍內(nèi)的海上和內(nèi)河上的橋梁工程吊裝作業(yè)。

2、起重機(jī)結(jié)構(gòu)

改造后結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　改造后1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.臂尾2. 臂身3. 臂頭利舊4. 臂頭新制

結(jié)構(gòu)部分主要對(duì)臂頭部分進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)中考慮上下各采用三片主桁的情況，雖增加臂頭穩(wěn)定性，但在副鉤起吊作業(yè)時(shí)，三片主桁結(jié)構(gòu)形式會(huì)因受力不明確而導(dǎo)致應(yīng)力集中，因此上下各采用兩片工字梁做主桁。主鉤箱體利舊，與箱體連接的桁架新制為滿足副鉤起吊要求，臂頭結(jié)構(gòu)尺寸外形重新設(shè)計(jì)，新制臂頭部分重約為102t.

3、結(jié)構(gòu)建模計(jì)算

根據(jù)改造后的圖紙，對(duì)起重機(jī)進(jìn)行ansys建模。

圖2　改造后1000噸單臂架變幅式起重船起重機(jī)模型約束

臂頭主桁及橫梁用板單元shell163單元，桿件部分用beam188單元；吊臂臂頭部分用shell63單元；鋼絲繩用link8單元；主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)用和吊重用mass21單元。其余部件質(zhì)量用等效密度的方式施加在結(jié)構(gòu)模型中。模型約束如圖2所示。

以副鉤最大起重量430t工況為例，改造所用主要材質(zhì)為WDB620，根據(jù)起重機(jī)規(guī)范，有風(fēng)工況取安全系數(shù)1.33，屈強(qiáng)比系數(shù)1.076，材料的許用應(yīng)力為：

圖3　橫風(fēng)工況副臂起吊430t臂頭等效應(yīng)力云圖

圖4　橫風(fēng)工況副臂起吊430t桿件壓應(yīng)力云圖

4、結(jié)束語

通過對(duì)改造后的起重機(jī)進(jìn)行建模分析，我們可以得出：

4.1臂頭結(jié)構(gòu)應(yīng)力值滿足副臂最大起吊430t吊重時(shí)的許用應(yīng)力，最大的等效應(yīng)力319MPa，小于許用應(yīng)力342MPa。

4.2桿件最大壓應(yīng)力值為98.4MPa，小于結(jié)構(gòu)中桿件的最小臨界壓應(yīng)力195MPa。

4.3通過建模計(jì)算，各桿件的穩(wěn)定性滿足要求。

改造后的起重機(jī)臂頭設(shè)計(jì)可以滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性等要求，并再對(duì)靜強(qiáng)度較高的的結(jié)構(gòu)做優(yōu)化減重后仍能滿足要求，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理，經(jīng)濟(jì)有效。

[1] 高耀東，劉學(xué)杰 . ansys機(jī)械工程應(yīng)用精華30例. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.1

[2] 王金諾，于蘭峰 . 起重運(yùn)輸機(jī)械金屬結(jié)構(gòu) . 北京：中國鐵道出版社，2002

[3] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，鄒勝，劉權(quán)，王少華 . 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京：中國鐵道出版社，2013

[4] GB/T 3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

Analysing the "Haiyu" 1000 tons of the head of single jib crane luffing crane by finite elem ent softw are AN SYS. Through analysis the m odel calculation of different w orking condition, w e optim ize the transform ation plans continually in order to m eeting the stress and stability requirem ents，and achieving the optim al design, and m ake optim ization analysis on the transform ation of the crane.