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        塔式起重機(jī)承座環(huán)梁的結(jié)構(gòu)分析

        2018-12-21 06:52:06姚俊威趙小偉石小飛
        機(jī)械工程與自動(dòng)化 2018年6期
        關(guān)鍵詞:環(huán)梁塔式起重機(jī)臺(tái)

        姚俊威,張 騫,趙小偉,石小飛,曾 光

        (華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450046)

        0 引言

        塔式起重機(jī)可實(shí)現(xiàn)起升、變幅、回轉(zhuǎn)等動(dòng)作?;剞D(zhuǎn)動(dòng)作借助回轉(zhuǎn)軸承實(shí)現(xiàn),回轉(zhuǎn)軸承上端連接機(jī)臺(tái),下端連接承座[1]。承座環(huán)梁部分的計(jì)算很難通過(guò)手算來(lái)完成,本文借助于三維軟件Creo建立模型,導(dǎo)入ANSYS/Workbench進(jìn)行分析,能很好地解決承座環(huán)梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題[2]。

        1 承座環(huán)梁的工作原理

        承座環(huán)梁上端通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承與機(jī)臺(tái)連接,下端通過(guò)4個(gè)支腿與塔身連接。塔機(jī)在回轉(zhuǎn)工況時(shí),承座及其以下部件不動(dòng),通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)上部的機(jī)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)臺(tái)上部的其他部件隨之轉(zhuǎn)動(dòng),從而完成回轉(zhuǎn)動(dòng)作。承座環(huán)梁的主、俯視圖如圖1所示。

        圖1 承座環(huán)梁主、俯視圖

        2 載荷分析

        承座主要承受上部傳來(lái)的重力、不平衡力矩及塔機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的扭矩。重力是上部結(jié)構(gòu)自身及吊重的重量;不平衡力矩主要是起重臂和平衡臂對(duì)下部產(chǎn)生的力矩不同所致;扭矩主要源自于塔機(jī)的回轉(zhuǎn)作業(yè)。承座環(huán)梁受力如圖2所示。圖2中,N為向上拉力,M為彎矩,F(xiàn)x為向下壓力,T為扭矩。

        3 有限元分析

        3.1 建立模型

        借助于三維軟件Creo按照1∶1尺寸建立承座環(huán)梁模型,如圖3所示。

        3.2 劃分網(wǎng)格

        由于Creo和軟件ANSYS/Workbench可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接,因此本文將承座環(huán)梁的三維模型導(dǎo)入ANSYS/Workbench中劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格劃分如圖4所示。

        圖2 承座環(huán)梁受力示意圖

        圖3承座環(huán)梁三維模型圖4承座環(huán)梁劃分網(wǎng)格

        3.3 施加約束

        此處對(duì)承座環(huán)梁上部鋼板施加約束,約束全部六個(gè)自由度,如圖5所示。

        現(xiàn)以某塔機(jī)為例,承座環(huán)梁以上部分重量為560 000 kg,彎矩28 500 000 Nm,扭矩1 650 000 Nm,材料選Q345。對(duì)模型施加載荷,將彎矩和扭矩轉(zhuǎn)化成等效力偶,轉(zhuǎn)化得到的載荷施加于承座環(huán)梁的各個(gè)耳孔上。承座環(huán)梁施加載荷如圖6所示。

        4 結(jié)果分析

        計(jì)算得到承座環(huán)梁的應(yīng)力視圖、總體應(yīng)力視圖及危險(xiǎn)部位局部應(yīng)力視圖如圖7~圖10所示。

        從圖7中可以看出,最大應(yīng)力出現(xiàn)在環(huán)梁上端的筋板與上部鋼板連接處,該點(diǎn)局部最大應(yīng)力為317.16 MPa,超過(guò)Q345許用應(yīng)力257 MPa,未超過(guò)屈服極限345 MPa。通過(guò)圖8可以看出此點(diǎn)應(yīng)力很大,附近區(qū)域的應(yīng)力急劇減小,此為應(yīng)力集中現(xiàn)象。

        圖5承座環(huán)梁施加約束圖6施加載荷

        圖7 承座環(huán)梁整體等效應(yīng)力圖

        圖8 等效應(yīng)力最大處的局部應(yīng)力分布

        從圖9可以看出,該區(qū)域最大應(yīng)力為228.66 MPa,小于Q345的許用應(yīng)力257 MPa;從圖10可以看出,此區(qū)域最大應(yīng)力為263.52 MPa,大于Q345的許用應(yīng)力257 MPa,未超過(guò)屈服極限345 MPa,該區(qū)域局部最大應(yīng)力點(diǎn)附近區(qū)域應(yīng)力也急劇減小,說(shuō)明此處也出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。

        該型塔式起重機(jī)已投入使用4年,運(yùn)行情況良好,承座所有部分的應(yīng)力均在合理范圍內(nèi),說(shuō)明極小區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力集中情況并未對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。

        圖9 耳板上端附近區(qū)域的局部應(yīng)力分布

        圖10 耳板下端附近區(qū)域的應(yīng)力分布

        5 結(jié)論

        (1) 分析了塔式起重機(jī)承座環(huán)梁的工作原理及載荷。

        (2) 根據(jù)塔式起重機(jī)承座環(huán)梁的工作特點(diǎn)和受力特點(diǎn),設(shè)計(jì)出受力合理、外形美觀的承座環(huán)梁。

        (3) 結(jié)合塔式起重機(jī)承座環(huán)梁的受力特點(diǎn),運(yùn)用Creo建立模型,借助于有限元分析軟件ANSYS/Workbench進(jìn)行計(jì)算,為承座環(huán)梁的結(jié)構(gòu)分析提供了一種方法。

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