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1、第二届中国C A E 工程分析技术年会 空腹桁架式桥架有限元计算及分析 邢海军汪西应中永军 ( 家庄铁道学院机械工程分院石家庄，0 5 0 0 4 3 ) 摘要：建立了空腹桁絮武起重机的有限元模型，结合10 0 t 空菔桁絮式桥架，明确了几种计算工况，确定了各 工况的计算戴荷，对强度及应力分布作了综台分析 关健词：起重机有限元应力赍彤空戚桁架 空腹桁架式桥架是大起重量桥式起重机使用的一种结构型式，一般由实腹】一字形丰梁、 空腹桁架式辅坳桁架及上、下水平桁架三部分组成，为了方便走人，上、一F 水平衡架焊接有 走台板。这种结构具有臼重轻、刚度大等优点。空腹桁架为一多次超静定空间结构，用传统 的结构
2、计算方法非常复杂，且计算结果有较大的偏差。本文用A N S Y S 软件建立了该类型桥架 的有限元模型，在分析了多种计算工况及计算载荷的基础上，以1 0 0 t 起重机为算例，对桥架 的强度及应力分布进行了综合分析。 1 空腹桁架式桥架的结构型式及计算模型 空腹桁絮式桥架的结构型式及截面尺寸见图1 ，本文计算模型为起升载荷1 0 0 t ，跨度蹦 米。桥架的结构由不同厚度的钢扳焊接而成，有限元计算麻采用板单元，本文用A N S Y S 元素 库中的S I I E I ，l6 ：j 弹性壳单元，建立了架桥机的整体模型，模型见图2 。 1 一空腹辅助桁架2 一上横联网纹板3 一端梁4 主梁5 一横
3、向框架 图l空腹桁架式桥架的结构及截面尺寸 图2 空腹桁架式桥架的有限元模型 图3 工矿2 桥架变形 第二届中国C A E 工程分析技术年会 2 计算工况、计算载荷及计算结果 按起重机设计规范G B3 8 11 8 3 所述载荷组合，共有载荷组台I 、载荷组合I I 、载荷 组合I I I ，载荷组合1 包括自重载荷、起升载荷、水平惯性力等基本载荷；载荷组台I l 包括基 本载荷及风载、偏斜运行侧向力等附加载荷；载荷组合包括基本载荷、附加载荷及试验载 荷、非 ：作状态风载等特殊载荷。三类载荷组合的安全系数不同，每种载荷又有多种组合方 式，完成全部计算，任务繁重。实际计算时应结合起重机的实际使用
4、情况，舍去计算应力较 小的l ：况，选取计算庸力较大的工况完成计算，本文计算了7 种工况，各r 况计算载荷、计 算结果汇总于表l 。 表1 计算工况、计算载荷及计算结果 1 二况 计算说明计算载荷 计算结果 l 无载小车停在主梁跨端极限位置、大 车静止不动，计算距跨中1 4 小车轮 距处主粱下翼缘板下边缘拉应力值o 金属结构自重、小车自重、 o 。= 2 2 6 M I o 设备自重 2 满载小车停在主梁跨中位置，计算跨 中垂向弹性变形值6 。 6 = 3 1 3 m m 3 满载小车停在一侧车轮距跨中1 4 小金属结构自重、小车自重、 车轮距位置起升，计算该位置主粱F设各自重、起升动载荷o
5、。= 1 1 8 6 M I “ 翼缘板F 边缘的最大拉应力o 。 1 满载小车停在一侧车轮距跨中1 4 小 金属结构自重、小车自重、 车轮距位置，人车紧急制动，计算距设备白重、起升载荷、水 跨中 4 小车轮距位置主梁截面的最平惯性力 o 。= J j 56 训h 大应力钆。 5 满载小车停在一侧车轮距跨中1 4 小金属结构自重、小车自重、 车轮距位置大车偏斜运行紧急制动， 设备自露、起升载荷、水 计算距跨中1 4 小车轮距位置主粱截平惯性力、倔斜运行侧向 0 1 ：1 1 7 1M I a 面的最大应力o ，。力 6 小车停在主粱一端，大车不动，满载 金属结构自重、小车自重、 起升，计算主梁
6、腹扳处最大剪应力t 。设备自重、起升动载荷 TI = 8 9 3 Y l P a 7 满载小车停在一侧车轮距跨中1 4 小 金属结构自重、小车自重、 车轮距位置，大车运行产生冲击，计设各自重、起升载荷( 各 算距跨中1 4 小车轮距位置主梁截面 载荷均乘以运行冲击系 5 = 1 2 6 5 P a 。 的最大应力os 。 数) 3 计算结果分析 3 1 静刚度 满载静载荷下主粱跨中静挠度 根据工况2 的计算结果，6 = 3 1 3 1 r i m = L 三 8 3 0 聿4 7 满足6 上7 0 0 上要求，其中为跨度等于 第二届中国C A E 工程分析技术年会 2 6 m ，该工况下的变形
7、见图3 。 3 2 疲劳强度 金属结构工作级别A 5 ，不计算疲劳。 3 3 强度 A N S Y S 自动计算备节点的主应力、第三强度理论等效应力、第四强度理论等效应力，按 照起重机设计规范G B3 8 1 】- 8 3 规定对于Q 2 3 5 ，安全系数取为1 5 ，许用应力 f o1 = 2 4 0 1 5 = 1 6 0 M p a ，表I 表明强度计算满足要求，而且有较大强度储各。 4 结论 建立了空腹桁架式起重机的桥架的整体有限元模型，计算了桥架的静刚度及各种1 1 况的 结构戍力，结果表明强度、刚度皆满足要求。需要说明的是，起重机E 、r 桁架焊接有4 1 l l J l 走台扳
8、，走台板较厚，该扳的存在在减小整体结构戍力的同时，还能改变应力在主粱与辅助 桁架之间的分布，有增加辅助桁架应力减小主梁戍力的作用，建立结构模型时，0 ：应忽略该 扳。本文分别计算了走台板厚度为4 m m 及无走台板两种情况，发现无走台板时，工矿5 计算 应力最大，出现在距梁端t 4 跨度的上水平桁架处，达2 0 0 M i m ，接近屈服强度，这与实际情 况是不相符的，说明建立模型时不能忽略该板的存在，而且具体设计时，不能认为，走台扳 仅仅为了人的行走需要，过于减小该板厚度，而且走台板应与水平桁架焊接牢靠，保证传力 要求。 参考文献： 1 1 1 陈精，蔡国中电脑辅助工程分析A N S Y S 使用指南 MJ 北京：中固铁道H 版社2 0 0 I ： ( ， 3 8 l8 ：j ，起重机设计规范 s f - 会讲，f 兰峰起蓬运输机金属结构 M 北京：中国铁道j 版社，2 ( 1 ( 1 2 作者简介： 邢海军( 】9 6 7 一) ，男，石家庄铁道学院副教授，北京交通大学在读博 一，研究方向为结构分折、振动拧 制等。 通讯地址：河北省石家庄市北二环东路17 号石家庄铁道学院机械工程分院邢海军 邮编0 5 0 0i 3 I n 话：0 3 【1 ，8 7 3 6 5 9 01 3 0 7 3 1 0 7 5 8 5
