龙门转运车主梁的结构分析

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龙门转运车是铝电解车间与检修车间之问用于重型设备运输的专用设备。其主要功能是运输待检修阴极天车、电解槽及其上部结构 、铝电解多功能机组等至检修车间；以及不 同电解车间之间电解设备的交换或替换。龙门转运车的应用减少了电解各车间备用天车的数量。同时，保证电解槽和天车等检修维护不影响正常的生产 ，大大提高 了电解铝厂 的工作效率 。

龙门转运车主要承载结构为主梁 ，其支撑结构和受力状态区别于桥式起重机或龙 门起重机结构。

在国外龙门转运车的应用较为普遍 ，技术成熟 ；而国内目前拥有的龙门转运车不超过 3台 ，主要为国外引进 。因而 ，对龙门转运车的设计 ，特别是其主要承[收稿 日期]2013-03-22[作 者简 介]栾 志沾 (1981-)，女 ，辽 宁沈 阳人 ，工程 师 ，硕士研究生 ，主要从 事铝电解 多功能起 重机设计研发工作 。

张云伟(1956-)，男，辽宁沈阳人，教授级高工，大学本科 ，主要从事铝电解多功能起重机设 计研 发工作 。

32载结构主梁的设计主要依据测绘参数 ，几乎没有进行相应的计算分析。然而作为主要承载构件，主梁承载重量最高可达 400 t，-旦发生破坏，将会使整机停止使用 ，进而造成重大的经济损失 。因此 ，对龙门转运车主梁进行结构计算分析 ，为优化主梁结构 ，提高主梁使用寿命提供理论依据 ，同时也为 消化吸收国外龙门转运车主梁设计技术和经验创造便利条件。

1 主梁的结构特点简支箱形截面梁以其优良的力学特性--具有较大的刚度 、强大的抗扭性能 、结构简单 、受力明确 、制作质量易于控制 、架设安装方便 和工艺美 观等优点 ，而被广泛地应用于室 内起重设备主梁结构设计。

由 于结构特点和承载载荷的特殊性，龙门转运车主梁结构及其简支支撑的设置异于桥式起重机箱型主梁。桥起主梁 主要通过搭接 、插接或对接来支撑主梁 ，这三种拼接方式均为全约束 ，主梁的柔性主要通过支撑结构间接实现 ；而龙门转运车运行轨道为单侧双轨结构，即要求其行走过程中支撑及运行机构不允许发生偏转 ，否则将导致严重事故。 由于栾志洁等 ：龙 门转运 车主梁的结构 分析刚性支撑结构不能为主梁弯 曲变形提供柔性条件 ，则需要在龙门转运车主梁与其支撑之间连接方式上加 以考虑。同时，主梁所 承载 的阴极天车或铝电解多功能机组运行至龙 门转运车主梁的过程 中，车轮产生的摩擦力使主梁沿长度方向产生较大的水平偏斜力 ，又需要主梁与支撑之 间施加 固定连接以保 证转运车结构的整体刚性。因此，主梁与支撑连接方式的确定是关键。龙门转运车及其主梁结构见图1图 1 龙门转运车及其主梁结构 示意 图2 主梁的简化受力模型及强度计算2.1 主梁的作用载荷(1)承重梁 的自重载荷 G主梁 1的 自重载荷 G 主要包括主梁 1自重 、轨道 自重及栏杆等 自重。G 可按均布载荷处理 ，这样作用在承重梁上的均布载荷为 ：q G /L9.97 (1)式 中 q -承重梁上的均布载荷 ，N/mm；G - 自重载荷 ，kg，G 10367.5 kg；- 主梁跨度，m，L10.4 m。

(2)主梁在竖直方向的作用力 P在需要龙 门转运车转运 的设备 中，阴极天车及其吊重产生的作用力最大，故本文以阴极天车为例进行计算。为简化计算 ，阴极 天车轮压对-根主梁的作用 力 P 为阴极天车 自重 及满载 重量 的-半 ，即 ：P G /22×10。N (2)式中 G -阴极天车 自重及满载重量 ，N，Gy4×10 N。

同时 ，主梁竖直方 向的作用力以集中力方式分别施加于车轮作用位置 ，且大小之和为 P 。

(3)主梁的水平作用力 F水平作用力主要 由阴极天车在主梁上行走时产生，且当主动轮已在主梁之上而从动轮还未接触主梁时产生最大水平作用力 ，即为FG · /21×10 N (3)式中 -滚动摩擦 因数 ，取 0.05。

2.2 主梁的力学特征主梁中间部分截面几何尺寸(如图 2所示 )：6l20 mm，610 mm，h1360 mm，H 1400mm。B640 mm，6567 mm。

圈 2 主 '桀 的 力 字 特 征主梁截面对过形心 X轴的抗弯截面系数为： (了h6B6 )h( 64o×20)×l3602.36×10 mm3(4)主梁截面对过形心 Y轴的抗弯截面系数为： (等堋)6(-64 0x 201360×10)×5671.01×10 mm3(5)2.3 主梁的简化受力模型图 1显示 了龙 门转运车及其主梁结构形式 ，主梁通过两个支撑柱形成简支梁结构，同时，还通过其中-个支撑柱的侧斜柱限制主梁沿长度方向的作用力，即F 。因此，龙门转运车在转运阴极天车的实际工况如下 。

有色设备 2013年第4期工况-：阴极天车主动轮运行至龙门转运车主梁且从动轮刚接触 主梁时 ，龙 门转运主梁承受最大水平载荷 ，同时主梁在此刻承受竖直方 向弯矩最大(见图 3a)；工况二 ：阴极天车静止停在龙门转运车上 ，主梁承受最大的垂直载荷(见 图3b)。

a 7-.况-Cb I.况 二图 3 主梁 的简化受 力模型2.4 主梁的强度计算2.4.1 第-种工况下主梁的强度计算当龙门转运车处于第-种工况下，主梁 C点处截面承受最大载荷。

(1)主梁 C点处截面最大垂直弯矩为阴极天车主动轮轮压 在 C点处产生 的弯矩 和主梁 自重在 C点处产生的弯矩的总和。

阴极天车主动轮轮压在 C点处产生的弯矩：M P： (6) ： ×主梁 白重在 C点处产生的弯矩 ：譬( -2× Lk1) (7)故主梁最大垂直弯矩 ：M M M P：× 譬(1-2× ) --- ---寻-I-- l5×10 ×三 - - ÷ 三 ×( - ) 10。N-mm (8)式中 p -阴极天车单个轮轮压，P Py/45×1034N ；，J -阴极天车轮距 ，L 3200 mm；L -阴极天车轮距 ，L ：：3000 mm。

由M产生垂直方向的弯曲正应力： . N/mm c 9-， c · 4 ((2)主梁 C点处截面水平弯矩 ：M日：F(Hh )1×10 ×(1400150)1.55×10 N ·mm f 101- .35 N/mm2 (1 i - )式中 ，～轨道高度，对轨道 QU100，h 150 mm。

综上可得 ： ( )K (47.03415.35)×1.274.87 N/mm (12)主梁采用 Q345B钢板 ，o- 345 N/mm ，许用应力[ ]： 230 N/mm2，则 ≤E o-]，故在第-种工况下 ，主梁强度足够。

2.4.2 第二种工况下主梁的强度计算当龙 门转运车处于第二种工况下时 ，主梁跨 中截面承受最大载荷。

主梁跨中截面最大垂直弯矩为阴极天车四轮轮压在跨中产生的弯矩和主梁 自重在跨中产生的弯矩的总和。

阴极天车四轮轮压在跨中处产生的弯矩 ：M P：(L-L -，J ) (13)主梁 自重在 C点处产生的弯矩 ：竽 (14)故主梁最大垂直弯矩 ：MM c，p：( -L Lkz) 5×10 ×f 10400-3200-3000)： ：2.2×10。N.mm (15)由M产生垂直方向的弯曲正应力： ： ：93.22 N/

栾志洁等 ：龙 门转运车 主梁 的结 构分析3 主梁的最大静挠度计算由主梁 自重引起的跨中静挠度。

： ：0.44 mm (17) 自-384EI～ 由阴极天车四轮轮压引起的跨中静挠度： .( 二4 8 E塑I- [3-4×( ) ] 十 -------.---.--l - L、， l- Il 阴 I 2 /J。[3-4×( 6.98 mm(18)故主梁跨 中最大静挠度/自 6.980.447.42 (19)式中 E-材料的弹性模量 ，E2.1×10 N/mm ；- 主梁截面对过形心 X轴的惯性矩。

， ×导( 等)2.36×10 ×7001.65 x 10 ITI1TI (20)参考 GB/T14406-2011《通用门式起重机》中关于使用性能的要求，取主梁的垂直许可挠度值为：[门 L ×1040013·87 mm (21)因此 ，[ 主梁的刚度足够。

4 结论本文分析了龙门转运车结构及主梁在该结构下的受力分布情况 。与-般龙门起重机或桥式起重机主梁不同，龙门转运主梁承受较大水平载荷 ，对主梁局部结构刚度和强度有较大影响。通过建立力学模型和实际工况分析 ，计算并验证 了主梁 的强度和刚度，总结了龙门转运车主梁的设计计算和验证方法。

从主梁强度及静 刚度 的计算过程可 以看出，影响龙门转运车主梁强度 、静刚度的主要因素包括 ：主梁 自重、所搬运设备的重量及主梁的截面尺寸。而提高主梁强度及静刚度的主要途径是在不增加主梁 自重的前提下尽量增加主梁 的截面面积。由此可 见，龙门转运车主梁的截面设计尤为重要 ，设计时应在空问条件及厂房结构参数允许的情况下尽量减少主梁盖板和腹板的厚度 ，增加腹板 的高度。