基于有限元法的桥式起重机桥架结构刚度和强度仿真分析

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嘉桥式起重机是生产车间中应用广泛的-种固定 年来，国内外在机械产品设计中更多地采用动态仿式起重设备.金属桥架是桥式起重机的重要组成部 真设计方法，即用计算机仿真理论和软件对机构和分，用以支撑整机的机械、电器设备以及被起升的重 结构在各种工况下进行动态分析，获得虚拟样机运收稿 日期：2013.04-19基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(Ml3JBoon0)作者简介：张红伟(1988-)，女，河南新乡人，硕士研究生，研究方向为机械设计及理论，(E-mail)11121444###bjtu.edu.cn通信作者：冯超(1973-)，女，湖南株洲人，副教授，博士，研究方向为机械结构安全分析，(E-mail)chfeng###bjtu.edu.cnhttp：//第s1期 张红伟，等：基于有限元法的桥式起重机桥架结构刚度和强度仿真分析 275行过程中的载荷、速度、加速度和位置等的变化，以此来预测实际运行机构和结构的动力学性能.目前，国内外机械结构的动力学主要采用 Adams动态仿真得到机构实际运行的各种数据，但在刚度和强度分析上还要借助有限元分析软件来进行. 1-2 3Marc具有处理几何非线性、材料非线性、包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性等的超强能力，可以处理各种结构静力学和动力学(包括模态分析、瞬态响应分析、简谐响应分析和谱响应分析)问题，温度场分析以及其他多物理愁合问题.u3图 1 桥式起重机桥架结构及其受力示意Fig.1 Schematic diagram of bridge crane structure and its land为全面了解桥架结构在极限载荷作用下的应力大邪其分布状况，找出结构承载的薄弱部位，必须对其进行静力分析.本文通过理论计算和 Marc有限元仿真的方法对某桥式起重机桥架结构进行静态分析，得到该桥式起重机桥架结构应力大邪分布状况，其结果不仅可为起重机桥架结构的设计提供参考，同时可为在役桥式起重机承载能力的可靠性评估研究提供基础。

图2 桥架整体结构Fig.2 Whole construction of bridge由图2可知，整体结构中离散分布着若干加强筋.在材料力学解析求解桥架的挠度时，考虑加强筋的质量，但在截面的惯性矩计算中，为简化求解，按照典型截面来计算，典型截面见图3。

图3 箱型梁截面Fig.3 Cross section of box beam起重机箱型梁惯性矩的求解公式，-2(等警 a-( 2鱼2) )(1) l2l2- // 、式中：0550 mm；tt26 mm；b1 150 mm.计算得，3.73 mIYl4 (2)起重机金属结构的工作级别按结构件中的应力状态(名义应力谱系数)和应力循环次数(应力循环等级)分为 A1～A8级.其中，A5指有时起升额定载荷，-般起升中等载荷，用于工作繁重的车间和车库，如-般的机械加工和装配车间使用. 4根据桥式起重机设计规范，桥式起重机静刚度的定义为：当满载小车位于跨中时，主梁由于额定起升载荷和小车自重在跨中引起的垂直静挠度应满足以下要求 J：工作级别为 A1，A2和 A3时， ≤L/700；工作级别为 A4，A5和 A6时，y，

本文研究的起重机工作级别为 A5，主梁跨度 L为22.5 m，桥架跨中挠度应满足≤2 2 500 28.125 mm (3)计算主梁挠度时，将主梁简化为简支梁，见图4，用材料力学方法进行粗略计算。

图4 主梁计算简图Fig.4 Girder calculation diagram两车轮在跨中引起的挠度即主梁静挠度htp：//278 计 算 机 辅 助 工 程 2013丘果；基于 Marc的有限元仿真方法可以更直观的看出桥架结构的应力分布及挠度情况，但比较麻烦。