馬世輝，何麗萍

（1.河南工學院 汽車工程系，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新飛電器有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

雙梁橋式起重機是很常見的搬運設(shè)備，一般由橋架、小車、大車運行機構(gòu)和電氣部分組成，其中橋架結(jié)構(gòu)是主要承載結(jié)構(gòu)。普通的雙梁橋式起重機已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，但在某些特殊的環(huán)境，還需重新訂制特殊的橋架結(jié)構(gòu)。對于特殊結(jié)構(gòu)的起重機，利用有限元分析軟件對其橋架結(jié)構(gòu)進行有限元分析，使設(shè)計者對橋架結(jié)構(gòu)特性有一個直觀的認識，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，具有理論和現(xiàn)實意義。

1 新型起重機結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計

某廠房的軌道間距13m，最大承受輪壓為180kN，需起吊32t的重物，工作級別A5。但廠房房頂較低，不能安裝普通雙梁橋式起重機，需對橋架結(jié)構(gòu)做相應的改進。改進后的起重機如圖1：

與普通雙梁橋式起重機相比較，該起重機主要設(shè)計變動為：（1）大車運行采用八個輪以降低輪壓；（2）主梁側(cè)面增加副梁，小車在副梁的軌道上運行，降低整車高度。本文通過對該橋式起重機橋架結(jié)構(gòu)進行有限元分析進行強度、靜剛度及動剛度校核。

圖1 改進后的橋式起重機

2 橋架結(jié)構(gòu)的有限元分析

2.1 橋架結(jié)構(gòu)的有限元模型

由于主梁側(cè)面增加了副梁，如果全部采用beam單元，副梁所受的力只能通過加載到相應節(jié)點的扭矩和力表示，導致副梁局部應力與分析結(jié)果不符。如果全部采用shell單元，端梁部分進行約束時會出現(xiàn)局部應力過于集中的情況。為了使結(jié)果更精確，主梁結(jié)構(gòu)采用shell單元，端梁部分采用beam單元。由于大車運行機構(gòu)采用八個輪，橋架結(jié)構(gòu)兩根主梁對稱，只對單根主梁建模分析。建模過程中需要注意一下幾個方面：

（1）采用“cerig”命令對主梁與端梁連接部分做節(jié)點耦合處理。

（2）主梁上的軌道簡化成相應的質(zhì)量因素，不再建模。（3）橋架結(jié)構(gòu)材料參數(shù)如表1所示：

表1 材料參數(shù)

圖2 橋架結(jié)構(gòu)的有限元模型

2.2 約束條件與載荷施加

對橋式起重機進行分析時，需約束單側(cè)端梁沿小車運行方向的位移自由度，另一側(cè)則不約束此位移自由度；大車運行方向同樣采取端梁一側(cè)約束，另一側(cè)不約束的情況；垂直方向的位移和旋轉(zhuǎn)自由度均需約束。

該橋式起重機工作環(huán)境為室內(nèi)，工作時受的載荷包括自重載荷、起升載荷、在不平路面運行產(chǎn)生的沖擊載荷，以及大小車運行時的慣性載荷。其中在不平路面運行產(chǎn)生的沖擊載荷和大小車運行時的慣性載荷比較小，可以忽略。因此只考慮自重載荷和額定起升載荷。

自重載荷是指起重機本身的結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備、電氣設(shè)備以及在起重機工作時始終積結(jié)在它的某個部件上的物料等質(zhì)量的重力。本文中的橋式起重機，建模時只建了主梁和端梁的模型，加載時可以適當增大重力加速度的值。

起升載荷是指起重機起吊額定起重量時的總起升質(zhì)量的重力。當物品無約束地起升離開地面時，物品的慣性力將會使起升載荷出現(xiàn)動載增大的作用。為了保證計算結(jié)果的準確性，需要考慮起升動載系數(shù)。根據(jù)文獻3可知，可由起升速度的狀態(tài)及起升狀態(tài)級別計算得出。經(jīng)計算，取。

2.3 強度分析

當進行強度分析時，一般考慮小車處于極限位置時的工況，即（1）小車滿載且位于橋架跨中位置；（2）小車滿載且位于左側(cè)或右側(cè)極限位置，一般只考慮主吊鉤與軌道極限距離更近的一側(cè)。對有限元模型施加載荷后進行求解，結(jié)果如表1，圖3所示：

表1 橋架結(jié)構(gòu)靜強度分析結(jié)果

圖3 橋架結(jié)構(gòu)靜強度分析結(jié)果

2.4 靜剛度分析

主梁靜剛度是小車位于橋架主梁跨中位置時，由額定起升載荷及小車自重載荷在該處產(chǎn)生的垂直靜撓度f。根據(jù)文獻3要求，跨中許用靜剛度為f≤1750S，其中S為橋式起重機跨度（13m）。

f≤1750S=17.33mm

對有限元模型施加額定起升載荷和小車自重載荷后，進行求解，結(jié)果如圖4所示：

圖4 主梁靜剛度分析

由圖4，主梁跨中位置最大下?lián)现禐?.09mm，小于許用靜剛度17.33mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計安全。

3 結(jié)語

本文對特殊結(jié)構(gòu)的雙梁橋式起重機橋架結(jié)構(gòu)進行建模及有限元分析，分析結(jié)果表明主梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足強度、剛度的要求，而且強度、剛度安全富余空間較大，為進一步進行主梁的優(yōu)化提供了參考。在檢修和維護時，要保證跨中位置主、副梁連接處的焊縫和副梁上蓋板的強度。

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