基于回转支承安装的门座起重机圆筒刚度研究

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门座起重机构造上分为上部旋转和下部运行 3部分。其中，上部旋转部分相对下部运行部分可实现整周旋转，下部运行部分主要 由门架和运行机构组成，连接上下 2部分的是回转支承。在门座起重机中，回转支承起着支承和传递载荷的作用。它是上下 2部分连接的桥梁，也是主要易损部件之-。回转支承的正常使用寿命应与机体相同，但回转支承常在未达到使用寿命前便发生破坏，甚至门座起重机使用很短时间回转支承即发生损坏。

回转支承装置的尺寸紧凑，性能完善，可同时承受垂直力、水平力和倾覆力矩，应用较广泛。

但由于其具有制造精度高、装配间隙孝环状结构、刚度邪易变形等特点，为了保证 回转支承[5]E.Schroder.Fokus Krane-Krankonstruktion-Einfache Mod-elbildung von Hubwerksystemen.Hebezeuge und Forder-mitel，2003，43(11)：524-526。

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作 者：地 址 ：邮 编收稿 日期赵寇上海浦东新区航头镇航梅路 525弄5支弄24号602号2013162013-O1-20《起重运输机械》 2013(9)装置正常工作，要求固定回转支承圆筒有足够的刚度。若圆筒刚度不足，会导致 回转支承运行过程中受力不均，并回转支承内部保持架损坏，进而导致滚子错位卡死轴承。若继续强行运行，会撕裂圆筒，导致整机损坏∩见，圆筒是否有足够的刚度是保证回转支承能否正常使用的主要因素。圆筒是圆周形结构，圆筒的内壁常常加有环形横筋以及纵筋板，以增加圆筒的横向和纵向刚度。圆筒筋板的数量和加装方法均未有明确的规定，也不能确定加筋的方法是否为增加圆筒刚度最有效的方法。由于没有规范的明确规定，设计时多是根据经验来设计圆筒，有可能会导致圆筒刚度不够，进而破坏 回转支承，甚至破坏整机。

所以，研究如何有效的增加圆筒结构的刚度是很有必要的。

基于此，本文在 Ansys中建立上部旋转部分，使用 Solidworks建立门架圆筒结构，并最终在 An-sys中组装，建立门座起重机的有限元模型，然后针对圆筒，利用 Ansys进行有限元计算，最后找出最有效的方法来增加圆筒刚度。

1 建立有限元模型以$3260K10型 32 t门座起重机的圆筒结构为研究对象，用质量单元 mass 21代替回转支承，用刚性区域连接上部回转部分和门架圆筒，同时为了简化计算模型，便于定义约束，在圆筒底部与端梁相交处建立刚性区域的方法加以简化。如图1所示。

1.上部旋转部分 2.门架圆筒图 1 门座起重机的有限元模型综合考虑门架圆筒结构的受力特点和最不利承载情况，在计算 中考虑了最大变幅、最大许用《起重运输机械》 2013(9)吊重、上部臂架结构平行大车轨道方向、风载荷沿平行大车轨道最不利方向施加以及约束回转支承处的刚性节点的 6个 自由度，由此求得圆筒结构上部刚性节点载荷为： 2 037.7 N，F (轴向压力)-4 561 100 N，Fz124 670 N， (弯矩)2 091 300 N·m，M (扭矩)500 000 N·m，Mx(弯矩)-21 474 000 N·m。其中， 方向为垂直与大车轨道方向，l，方向为竖直方向，z方向为平行于大车轨道方向。

2 圆筒刚度计算为了简化计算，去除上部旋转结构与下部端梁马腿，只对圆筒进行研究，如图 2所示。经检验简化前后圆筒的最大位移相同。此时圆筒最大位移为：23.963 mm，如图3所示。

nlcll26器oo oo798：叭。譬013l 01 0l863誊02 23963图3 圆筒位移云图2.1 调整圆筒头部筋板圆筒头部有 40组均 布的蓄 板，板厚为12 mm，如图4所示，现改变蓄板的组数及筋板厚度，求得对应圆筒最大位移，圆筒头部筋板组数、厚度与圆筒的关系见图 5，部分数据如表 1- 51- 所示。

E趔K叵圈1.圆筒头部筋板 2.圆筒筒壁内部筋板图4 圆筒内部筋板图5 圆筒头部筋板组数、厚度与圆筒最大位移的关系表 1 调整圆筒头部筋板后圆筒最大位移 mm 组数40 50 60板厚 12 23.963 23.941 23.91418 23.915 23.891 23.86324 23.879 23.855 23.82730 23.851 23.828 23.80由表 1可知，调整圆筒头部筋板只能增加局部的稳定性，并不能有效地减小圆筒位移，增加圆筒整体的刚度。如果圆筒头部加筋过多，由于焊接残余应力的存在反而会影响圆筒头部法兰的平面度，故圆筒头部加筋的数 目不应过多。

2.2 调整圆筒筒壁筋板圆筒筒壁内有8组均布的筋板，板宽 160 mm，- 52 - 板厚为 10 mm。现改变筋板的组数及筋板厚度，求得对应圆筒最大位移，筒壁内筋板组数、厚度与圆筒最大位移之间的关系见图6，部分数据见表2。

E蜡厘囤图6 筒壁内筋板组数、厚度与圆筒最大位移表 2 调整圆筒简壁内筋板后圆筒最大位移 mm 组数板 8 12 24 3610 23.963 23.372 21.787 20.568l5 23.399 22.571 20.433 18.820 22.863 21.826 19.243 17.31925 22.352 21.13 18.187 16.05930 21.865 20.478 17.243 14.974由表2可知，虽然调整圆筒筒壁内筋板 比调整圆筒头部筋板有效，但对圆筒刚度的影响仍不明显。为了得到更好的效果，可在圆筒外壁加筋，并去除圆筒内部筋板。现在圆筒外壁加 l6组筋板，如图7所示。改变筋板宽度和厚度，计算不同情况下圆筒最大位移，圆筒外壁筋板宽度、厚度与圆筒最大位移关系见图8，部分数据见表 3。