桁架单梁门式起重机主梁结构应力分析报告.docx
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桁架单梁门式起重机主梁结构应力分析报告
项目编号：
K
报告编号：
K
桁架单梁门式起重机
主梁结构应力分析报告
主体材料；
Q235B
跨度：
12m
额定起重量：
3t
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ZJF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，按照《电动葫芦桥式起重机型式试验细则》，对主梁强度、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“ZJF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主梁强度和刚度分析
（1）建立ZJF桁架单梁门式起重机的有限元数值分析模型；
（2）计算ZJF桁架单梁门式起重机在不同工况作用下主梁的应力、变形。
3.2工况类型
（1）额定载荷跨中，计算主梁在额载下的应力和变形；
（2）额定载荷悬臂端，计算主梁在额载下的应力和变形；
（3）1.25倍额定载荷跨中，计算主梁的应力；
（4）1.25倍额定载荷悬臂端，计算主梁的应力。
4主梁的有限元应力分析
4.1几何模型
ZJF桁架单梁门式起重机主要由筋板和轨道等组成，图1为主梁结构图。
图1ZJF桁架单梁门式起重机主梁结构图
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）截面网格
（3）主梁跨端网格
（4）主梁跨中网格
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=2×10
MPa，泊松比
=0.3。
4.4载荷和约束设置
起重机的额定起重量：
=3t。
分为4种工况进行分析：
工况1：
额定载荷为3t，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：
=3000X9.8=29400N
工况2：
悬臂端部施加
=29400N；
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
=1.25X19400=61250N；
工况4：
悬臂端部施加1.25
=36750N。
主梁与支腿连接，近似简支，其中一个支腿连接中线施加X、Y、Z向的位置约束（参照如图所示坐标系），另一支腿施加Y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）位于靠近支腿内侧外斜拉杆上，值为38.14MPa，如图4
（2）所示；主梁背梁的最大压弯组合应力为-28.15MPa,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19.42MPa，出现在轨道中部下表面，如图4（4）所示；最大位移位于中部，最大位移为3.6mm（不考虑自身重力的影响），如图4（5）所示。
（1）主梁整体应力
（2）最大压弯组合应力
（3）背梁应力
（4）轨道应力云图
（5）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边梁上，值为43.26MPa，如图5
（2）所示；最大位移位于中部，最大位移为2.9mm（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44.86MPa，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53.34MPa，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
38.14（26.86）
（1）
6.16
（2）
满足要求
背梁
-28.15（-22.91）
8.35
满足要求
轨道
19.42（18.10）
12.10
满足要求
整体位移
3.6
0.3/1000
<1/800
2
悬臂端+额定载荷
边梁
43.26
5.43
满足要求
整体位移
2.9
0.24/1000
<1/350
3
跨中+1.25额载
外斜拉杆
44.56
<235
满足要求
4
悬臂端+1.25额载
边梁
53.34
<235
满足要求
注：
（1）括号内数据，为不考虑主梁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，按许用压应力=许用拉应力校核；
（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应变片布点位置建议
表2应变片布点位置表（建议）
序号
位置
1
主梁跨中上部背梁，沿主梁方向布置
2
轨道跨中下部，沿主梁方向布置
3
外斜拉杆（3）下面，沿杆轴方向布置
4
外斜拉杆（4）下面，沿杆轴方向布置
5
边梁（5）上面，沿主梁方向布置
位置示意图
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