橋門式起重機蒙皮式主梁結(jié)構(gòu)性能分析.pdf

1、目前，橋門式起重機是使用量最大的起重設(shè)備，對其實現(xiàn)輕量化設(shè)計非常有必要。常規(guī)箱形結(jié)構(gòu)門式起重機的優(yōu)化設(shè)計通常以主梁、支腿及上下橫梁截面尺寸為優(yōu)化設(shè)計變量。目前的研究文獻(xiàn)中盡管選用了各種各樣的優(yōu)化方法，但受其結(jié)構(gòu)形式所限，各種優(yōu)化方法中結(jié)構(gòu)自重的減輕不會有太大的突破。本文借鑒飛機機翼及鋼結(jié)構(gòu)建筑蒙皮效應(yīng)，提出一種新型門式起重機結(jié)構(gòu)，探討從結(jié)構(gòu)上對其實現(xiàn)輕量化設(shè)計。
　　本文以某額定起重量50t、跨度26m的帶懸臂門式起重機為例，主梁

2、采用蒙皮結(jié)構(gòu)，支腿、上橫梁及下橫梁采用常規(guī)板式結(jié)構(gòu)，利用有限元軟件ANSYS對其進(jìn)行分析及優(yōu)化。其中，板結(jié)構(gòu)采用ANSYS中的板殼單元shell63模擬，桁架結(jié)構(gòu)采用梁單元beam4模擬，起重小車、吊重等集中質(zhì)量用質(zhì)量單元mass21模擬。新型蒙皮主梁結(jié)構(gòu)主要采用薄壁箱形結(jié)構(gòu)和桁架結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式連接。在ANSYS中建立蒙皮結(jié)構(gòu)主梁門式起重機和普通箱形結(jié)構(gòu)門式起重機模型。通過有限元分析結(jié)果，探討兩種模型在強度、剛度等靜態(tài)性能方面的優(yōu)劣并

3、得出新型結(jié)構(gòu)的可行性。相對普通箱形梁整機結(jié)構(gòu)，蒙皮結(jié)構(gòu)箱形梁整機結(jié)構(gòu)的自重減少了11.3％節(jié)省鋼材約6.4t。
　　對蒙皮結(jié)構(gòu)主梁起重機進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析，首先計算門機在各個工況下的強度和剛度，然后再進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，提取關(guān)鍵頻率值，蒙皮結(jié)構(gòu)門機系統(tǒng)在垂直方向的固有頻率為3.978Hz，在推薦值2Hz～4Hz內(nèi)，動態(tài)剛度滿足要求。最后分析蒙皮厚度、弦桿長細(xì)比和腹桿體系對結(jié)構(gòu)的影響，從而為蒙皮結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計提供依據(jù)。根據(jù)計算

4、分析結(jié)果，建議當(dāng)載荷為20t以下時采用無豎桿結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)載荷為20t到50t時，采用帶豎桿形式，當(dāng)載荷為50t以上時采用帶豎桿及次豎桿形式。
　　靈敏度分析通過ANSYS軟件來實現(xiàn)，此過程即可確定對優(yōu)化目標(biāo)影響比較大的幾何參數(shù)，并將他們選取為設(shè)計變量，以結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，將優(yōu)化后的方案與優(yōu)化前進(jìn)行分析對比，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)質(zhì)量比原蒙皮式主梁設(shè)計結(jié)構(gòu)減輕了12.06t，減少鋼材達(dá)18.37％，實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，降低了制造成