MH051501A桁架单梁门式起重机结构应力分析.docx
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MH051501A桁架单梁门式起重机结构应力分析.docx
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MH051501A桁架单梁门式起重机结构应力分析
项目编号:
K
报告编号:
K
MH051501A桁架单梁门式起重机
结构应力分析报告
主体材料;
Q235B
跨度:
15m
额定起重量:
5t
2019年09月
1概述
河南省九峰起重机有限公司(简称“乙方”)设计并生产的MH051501A桁架单梁门式起重机,于2016年9月在河南赵九峰研究院(以下简称“甲方”)九峰基地进行压力试验。
对乙方开发的桁架单梁门式起重机主梁和支腿,按照《电动葫芦桥式起重机型式试验细则》,对主梁和支腿强度、刚度进行有限元计算,并与应力测试结果进行对比。
采用ANSYS17.0软件完成本次分析计算。
2工作依据
(1)甲乙双方签订的合同;
(2)甲方提供的“MH051501A桁架单梁门式起重机”设计图纸;
(3)GB/T3811—2008《起重机设计规范》;
(4)《桥门式起重机型式试验细则》;
(5)《机械设计手册》化学工业出版社。
3工作内容
3.1主梁和支腿强度和刚度分析
(1)建立MH051501A桁架单梁门式起重机的有限元数值分析模型;
(2)计算MH051501A桁架单梁门式起重机在不同工况作用下主梁和支腿的应力、变形。
3.2工况类型
(1)额定载荷跨中,计算主梁和支腿在额载下的应力和变形;
(2)额定载荷悬臂端,计算主梁和支腿在额载下的应力和变形;
(3)1.25倍额定载荷跨中,计算主梁和支腿的应力;
(4)1.25倍额定载荷悬臂端,计算主梁和支腿的应力。
4主梁和支腿的有限元应力分析
4.1几何模型
MH051501A桁架单梁门式起重机主要由筋板和轨道等组成,图1为主梁和支腿结构图。
图1MH051501A桁架单梁门式起重机结构图
4.2有限元实体模型
根据桁架单梁门式起重机主梁和支腿的几何模型,建立了有限元模型,结构主要由型钢焊接而成。
根据图纸,采用2节点的梁单元(BEAM188),并控制单元大小进行网格划分。
有限元模型如图2所示。
(1)整体网格
(2)支腿网格
(3)主梁和支腿跨端网格
(4)主梁和支腿跨中网格
图2有限元网格划分
4.3材料参数
主体结构材料:
Q235B钢(=375MPa),材料力学参量为:
弹性模量E=2×10MPa,泊松比=0.3。
4.4载荷和约束设置
由第3.2节可知,起重机的额定起重量:
=5t。
分为4种工况进行分析:
工况1:
额定载荷为5t,由于液压施加载荷过程缓慢,可忽略冲击的影响根据型式试验细则注5:
应力测试按照1进行测量,故在跨中部位施加的载荷:
=5000X9.8=49000N
工况2:
悬臂端部施加=49000N;
工况3:
额定载荷的1.25倍为静载试验,故在跨中部位施加的载荷:
1.25=1.25X49000=61250N;
工况4:
悬臂端部施加1.25=61250N。
支腿底部与横梁连接,通过轮子固定在轨道上,近似简支,其中一个支腿底部施加X、Y、Z向的位置约束(参照如图所示坐标系),其余三个支腿施加Y、Z向的位置约束;整体施加等效重力加速度9.8m/s2,载荷与约束详见图3。
(1)工况1
(2)工况2
(3)工况3
(4)工况4
图3载荷与约束
5应力分析结果
5.1工况1计算结果
桁架单梁门式起重机在工况1下,最大等效应力(即拉弯组合应力或压弯组合应力)位于靠近支腿侧外斜拉杆上,值为50.34MPa,如图4
(1)所示;主梁的最大压弯组合应力为-49.87MPa,出现在支腿侧外斜拉杆上,如图4
(2)所示;主梁背梁的最大压弯组合应力为-42.92MPa,出现在背梁跨中上表面,如图4(3)所示;轨道主要承受拉应力,最大值为27.73MPa,出现在轨道中部下表面,如图4(4)所示;支承杆最大值为27.9MPa,出现在支撑杆端部,如图4(5)所示;最大位移位于中部,最大位移为6.7mm(不考虑自身重力的影响),如图4(6)所示。
(1)主梁和支腿整体应力
(2)最大压弯组合应力
(3)背梁应力
(4)轨道应力云图
(5)支撑杆位移云图
(5)位移云图(不考虑自重影响)
图4桁架单梁门式起重机工况1计算结果
5.2工况2计算结果
桁架单梁门式起重机在工况2下,最大等效应力位于靠近支腿侧外侧外斜拉杆上,值为66.05MPa,如图5
(2)所示;最大位移位于中部,最大位移为10.1mm(不考虑自身重力的影响),如图5(3)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
(3)位移云图
图5桁架单梁门式起重机工况2计算结果
5.3工况3计算结果
桁架单梁门式起重机在工况3下,最大等效应力位于靠近支腿侧内侧外斜拉杆上,值为60.21MPa,如图6
(2)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
图6桁架单梁门式起重机工况3计算结果
5.4工况4计算结果
桁架单梁门式起重机在工况4下,最大等效应力位于靠近支腿侧外侧外斜拉杆上,值为80.98MPa,如图7
(2)所示。
(1)整体应力
(2)局部最大应力
图7桁架单梁门式起重机工况4计算结果
6结论
6.1结果汇总
表1结果汇总表
序号
工况说明
最大应力部位
评价变量
应力值(MPa)
安全系数
备注
1
跨中+额定载荷
外斜拉杆1
50.34
4.67
(2)
满足要求
外斜拉杆2
-49.87(-36.99)
(1)
4.71
满足要求
背梁
-42.92(-37.31)
5.48
满足要求
轨道
27.73(25.60)
8.47
满足要求
支撑杆
27.9(20.12)
8.42
满足要求
整体位移
6.7
0.45/1000
<1/800
2
悬臂端+额定载荷
外斜拉杆3
66.05
3.56
满足要求
整体位移
10.1
2.3/1000
<1/350
3
跨中+1.25额载
外斜拉杆1
60.21
<235
满足要求
4
悬臂端+1.25额载
外斜拉杆3
80.98
<235
满足要求
注:
(1)括号内数据,为不考虑主梁和支腿自身重力影响时的应力值,应变片测试出结果,无法计入设备自身重力影响,故试验测出数据仅与括号内数据具有可比性;
(2)起重机的许用安全系数为1.34,同时为保守计算,压许用应力=拉许用应力;
(3)静载试验,设备以不出现永久变形为校核条件,故以屈服极限值为临界值。
(1)主梁和支腿经过有限元验算强度合格,安全系数较高,满足设计要求;
(2)满载工况下,主梁和支腿变形较小,跨中垂直挠度<1/800,悬臂端部垂直挠度<1/350,;
(3)1.25倍静载工况下,设备没有出现永久变形。
6.2数据对比
表2测试数据与仿真数据对比(单位:
MPa)
序号
位置
6t(静载试验)
5t(动载试验)
5t仿真计算
1
外斜拉杆2
-11.7
-18.1
-36.99
2
背梁
-35.5
-33.8
-37.31
3
轨道
7.8
-13.4
25.60
4
支撑杆
1.9
15.6
20.12
通过对比,仿真结果与测试结果较为接近,其中背梁的测试数据误差很小(小于6%),表明了仿真结果可靠性。
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