悬臂式龙门吊小车结构的有限元分析

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博格龙门吊是德国博格公司为专门搬运预制板所制作的专用悬臂式龙门吊机，该龙门吊采用箱形梁结构，Q345钢板焊接而成，工作等级为A6级，最大起重量为10吨，主梁跨度8.8米，横跨 8米 ，因此 ，该龙门吊机小车运行结构跨度为 8米 ，小车结构如图 1所示 。在工作过程中，由于小车机构在承受 自身重量的同时必须承受得住所有起吊载荷的重量 ，因此 ，对小车结构提出了-定 的要求 。

在设计过程中，为验证设计方案中小车结构是否满足强度和刚度要求 ，采用收稿日期：2013-03-13传统纯理论分析误差必然很大。本文使用有限元分析软件 ANSYS，选认适的单元类型，对小车结构进行模型建立 、边界条件约束和载荷加载，从而进行强度和刚度分析，结果表明该小车结构强度和刚度符合使用要求。

图 1 小车结构简图 1小车结构受力分析小车机构在工作过程中会受到以下载荷作用：1自重载荷P。。；2起升载荷 ；3运行机构水平惯性力P ；4风载荷；5钢丝绳牵引力FG；6链条牵引力F l ；7轨道约束反力尸 。

l，4图2 小车受力简图2小车结构约束分析分析小车结构时，在小车车轮位置施加约束，约束状态如下l21：1因车轮与轨道间不允许有相互脱离 ，四个点在垂直方向即z方向被约束；2因车轮轮缘与轨道作用，四个点在垂直于小车运行方向即 方向被约束；3因该小车运行机构为马达通过链条牵引方式，平行于小车运行方向即y方向被约束；4因车轮与轨道之间的连接特性，四个点三方向的转动自由度为自由。

3小车结构工况分析对于小车结构只考虑三种工况，见表1。

其中：工况1主要是验算小车在额定载荷作用下主梁垂直静刚度；工况2、3主要验算小车结构的强度。

4有限元模型的建立为了真实模拟小车结构，采用多单元组合技术，计算模型的单元划分如图3所示p 。

表1 小车结构计算工况1小车结构主要由钢板组成，故在建模过程中，采用空间板单元Shel63，旧能如实反映结构形状变化。

小车结构有限元模型共离散为 16 293个单元 ，其中板单元 804个 ，实体单元 15 489个 ，如图3所示。

图3 小车结构有限元模型图5小车结构ANSYS静力分析经ANSYS静力分析计算得出上述三种工况下小车结构的位移变化图、等效应力图及变形图，如图4～6所示。小车在起升重物时即考虑起升冲击时各车轮约束点的约束反力见表2，坐标系同约束分析时的坐标系。

小车起升重物后 ，随门架结构运行时即考虑总重量和运行水平惯性载荷时各车轮约束点的约束反力见表3，坐标系同约束分析时的坐标系。

业信息化工况3：采用相同的分析方法，可得在工况 3下的应力图和应变图，从应力图可得出，小车结构在工况3时，最大等效应力为 179 MPa，同样，发生在结构主体和车轮轴的接触部位，小于许用应力 f， 259 MPa，故在此工况下，小车结构强度满足要求。从应变图可得出，此工况下，结构最大变形量为7.854 mm，发生在结构中部，小于容许挠度门巾10 mm，故此工况下小车刚度满足要求。

7结论从以上分析可看出：1小车结构在各种危险工况下 ，等效应力和变形量均小于允许值，强度和刚度满足设计要求；2由应力分布云图看出，应力变化是平缓的，说明各点没有明显的应力集中现象，结构设计是合理的。

通过有限元分析软件ANSYS分析，可确定博格龙门吊的设计方案满足强度和刚度要求。另外，还可以运用ANSYA对门架结构进行分析，也可从节省材料的角度对此龙门吊进行结构优化改进。