门式起重机柔性支腿稳定性分析

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在实际工程中，由于间歇、重复、循环、频繁的起动制动的工作特点 ，易使得门式起重机发生局部失稳从而导致整机倾覆” 〖虑到门式起重机的柔性支腿长细比大于刚性支腿，当小车吊重承载在柔性支腿侧时，柔性支腿更容易发生压弯失稳事故 。不同于传统的设计实验方法，将利用有限元法结合理论分析计算对柔性支腿的稳定性进行分析，校核了门式起重机柔性支腿的稳定性。并对影响柔性支腿稳定的因素进行了研究，找出影响柔性支腿稳定性因素的规律。

1 柔性支腿稳定性理论分析计算柔性支腿截面参数特性如表 1所示。

表 1 柔性支腿截面参数特性表中：s--构建的毛截面面积；、L--截面对主轴的惯性矩 ；L--极惯性矩。

选取柔性支腿最为危险的工况进行计算，即上小车位于柔性支腿侧承载 200 t，下小车运行距上小车 12 m承载100 t起吊重物 ，此时柔性支腿承载压力为最大。揉柔性支腿顶端0.45 L处为柔性支腿的危险截面，通过材料力. F学计算公式 ，求的柔性支腿-tj所受 的压力 F。

sin 75。1 417 500 N。选取坐标系如图 1所示，距原点为的任意截面的挠度为09，弯矩 的绝对值为FoJ。若只取压力F的绝对值，则 为正时， 为负； 为负时， 为正。即 M与∞的符号相反，所以 M-图1 建立坐标系在门式起重机平面 y- 平面内，危险截面的弯矩： Fl - 1.417 5×10。x5.70.807 9x10 N./am(1)在柔性支腿平面 -Y平面内，危险截面的弯矩：M Fl∞z 1.417 5xlO x17.372.462 lx107 N. m m (2)由上面计算可知：Fl1 417 500 N， 0.807 9x10 N.mm，作者简介：李向东(1963-)，男 ，江苏南京人，硕士，主要研究方向为机电-体化。

· 84· htp：/ZZHD.chinajourna1.net.ca E-mail：ZZHD###chainajouma1.net.cn《机械制造与自动化》· 机械制造 · 李向东，等 ·门式起重机柔性支腿稳定性分析～ 怒Fttne . I.270∞∞∞△ ·--I图 7 六阶失稳模态通过前六阶屈曲模态云图可以知道，其失稳方式均为柔性支腿两边支撑柱的屈曲失稳，最容易失稳的第四阶、第五阶模态是柔性支腿的纵 向失稳。因为柔性支腿的上端与下端均为铰接，且纵向的有效长度最长，其-阶稳定性系数为 5.076 6，由此可见柔性支腿满足整体稳定性要求，满足设计要求。

3 柔性支腿稳定性影响因素研究通过改变支腿的截面特性、长细比、壁厚来研究影响整体稳定性的因素。

1)壁厚 t变，截面外半径 R 性支柱单侧长度 f对整体稳定性的影响。柔性支腿壁厚 t不变 ，通过改变支腿截面的外半径 ：，以及柔性支腿单侧长度z来研究对整体稳定性的影响程度 ，如表 2所示。

表2 长细比对稳定性的影响通过以上计算可以知道，改变构件的长细比对整体稳定性的影响是很大的，随着柔性支柱长度的增加，截面外半径的减小 ，柔性支腿的长细比越来越大，稳定性系数也越来越小，由于柔性支柱的-阶模态为纵向压弯，所以改变支腿的长度 f更能影响整体稳定性。从表 中计算结果可知，当长细比A由57.5升到96.5时，柔性支柱的稳定性由 5.076直接降到0.781，发生整体性失稳。

长细比 A不变，改变柔性支腿壁厚 t，研究对柔性支腿稳定性的影响，如表 3所示。

通过表 3可知，随着板厚 的增加，壁厚 t由 12 mm增加到 30 mm时 ，稳定性系数平稳增长，由 5.076增长到· 86·10.72.可以看出柔性支腿的稳定性不断在提升。但是考虑到板厚变化所导致的毛截面积 A的变化，继而影响毛截面本身所受的内应力，从而对稳定性系数有-定的影响∩见，板厚通过改变 自身的受力状况对于柔性支腿失稳的影响也是不能忽视的。

表 3 壁厚对整体稳定性的影响通过改变柔性支腿壁厚 t，长细比A，可以绘 出影响因素与门式起重机稳定性系数 C的曲线图，以此找出影响门式起重机稳定性因素的规律。图 8为长细比与稳定性系数的关系曲线图，图 9为柔性支腿壁厚与稳定性系数的关系曲线图。

籁1瑶i图8 长细比与稳定性系数的关系4 结语图9 壁厚与稳定性系数的关系针对某工厂300 t-43 m门式起重机柔性支腿，通过理论分析计算得到柔性支腿所承载轴心力和弯矩小于材料的许用应力 ，利用有限元法分析得到柔性支腿前六阶稳定htp：//ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajouma1.net.cn《机械制造与自动化》· 机械制造 · 李向东，等 ·门式起重机柔性支腿稳定性分析性系数，其中-阶稳定性系数为A5.076 6，从而校核了柔性支腿稳定性满足要求▲-步通过改变支腿的截面特性 、长细比、壁厚来研究影响柔性支腿稳定性的因素，可知柔性支腿的稳定性系数随着长细比的增大而减小，随着柔性支腿壁厚的增加而增大。