上旋转小车架有限元分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

上旋转起重机是在钢铁企业和-些特殊工况应用广泛的起重设备，其工作级别和可靠性要求较高，因此有必要在前期设计时，对其进行各种工况载荷作用下的力学进行分析计算。如果采用传统的力学计算对上旋转起重机上层小车金属结构进行分析和计算，公式繁多，而且许多参数不够准确，许多需要依靠简化和经验估计，这样势必降低计算结果的可靠性；小车架内部布置普遍复杂，加之上旋转小车架是环形结构很难进行求解计算。相比之下现代计算法-有限元法有其突出的优势：不但可以方便快捷的建立完整的计算模型，而且计算结果准确可靠。

本文所使用的有限元分析软件是ANsYs。基于该软件建立了上旋转起重机上层小车金属结构的有限元模型，对其进行结构静强度和静刚度分析两个方面进行评价，找出了原设计的不合理之处，其结果可以为产品的优化设计提供参考，为以后的设计计算提供依据。

1 建立上层小车架有限元模型的基础数据1.1起重机主要性能参数该起重机主要性能参数为：额定载荷32(1616)t；上层小车轨距 66 o0o mm；起升速度 l2.8 m/min；最大起升高度 16 m；上层小车总质量 17.2 t；上层小车架质量 6.7 t；材料全部采用 Q235。主要部件质量如下：卷筒 2X 1.5 t；减速器2.5 t；电动机 1.2t。

1.2常用 Shel单元的特性和选择板壳结构的定义为：-个厚度不大的三维实体结构即厚度远远小于其长宽，而且其以翘曲变形为主。当遇到分析的实体符合上述条件时便是板壳结构，需要用板壳单元(SEHLL，ELEMENGT)去解决这个问题。SHELL93最为适合本论文中的情形。SHFLL93每个单元有 8个节点(可退化为三角形单元)，每个节点有6个自由度。

2 上层小车架有限元模型的建立2.1上层小车架的简化在建立ANSYS有限元模型前，将部分不影响上层小车架机构包括栏杆、车轮组等做简化，然后起重机金属结构系统进行完全建模。

2.2划分单元格网格划分就是 ANSYS提供划分工具按照-定规则，将三维模型划分为有限个小的区域，从而建立起重机的有限元模型。

本文中通过设置线的SIZE50来控制网格的大小，划分出47 692个单元、139 784个节点。网格划分结构如图 1所示。

图 1 网格划分结构3 载荷加载和分析结果3.1载荷加载和约束采用极限工况载荷组合，需要考虑的载荷有：收稿日期：2013-01-06作者简介：王 奇(1983-)，男，江西吉安人，助理工程师，学士学位，从事起重机械的设计与研究工作。

166《装备制造技术)2013年第4期(1)起升载荷 32(1616)t，同时，取动力系数1.25；(2)小车架自重，在建模过程中单位采用mm、N、S，取重力加速度 g9.8 N/kg；(3)起升电动机自重为 1.2 t；(4)起升减速机自重为2.5 t；(5)起升卷筒自重为2 X 1.5 t。其中，卷筒自重通过均分后叠加在减速机和卷筒座上。

为了避免施加成为集中载荷造成的局部应力过大的情况，以上载荷均采用近似实际情况的均布载荷加载方法。附加约束：在三个运行轮子位置分别XYZ、XZ、Z线位移。

3.2强度和刚度分析结果当完成建模、加载、约束后，定义分析类型、分析选项，然后开始有限元求解。计算完成后对 SHELL93单元进行后处理，然后直接绘制云图进行处理，生成应力和位移的彩色等值线云图。

利用最大复合应力评价结构静强度，对于该起重机 ，安全系数取 1.33，材料 Q235的屈服极限为235 MPa，因此许用应力 176.7 MPa。最大静挠度用来评价结构静刚度，该起重机中部载荷工况最大静挠度 ， 不超过3 mil(YL≤ /2 000，其中 为上层小车回转直径，此处为6 000 mm)。

对上层小车云图进行分析和比较。忽略局部集中应力，上层小车最大应力点在主定滑轮梁上，如图2所示，由图可知最大应力为52.3 MPa▲-步读图可以发现主要承重梁的大部分区域受力在25-50 MPa之间。上层小车刚结构最大位移在定滑轮梁的外侧，区域如图3，最大位移值为 1.8 mm。通过以上读图分析可以发现，在极限工况下结构的最大应力、最大位移均远小于许用值。

图2 应力分布图 图3 位移分布图4 结束语该上层小车最大静应力为 52-3 MPa，远小于材料 Q235的许用应力值 176.7 MPa，最大位移值为1.8 mil，小于许用刚度值 3 mm。该小车的静强度、静刚度均能满足使用要求。因此小车静强度有较大的余量，所以有必要对小车的结构进行优化♂构优化不但可以减轻结构的自重，而且可以节约成本。

通过使用 ANSYS有限元分析可以缩短设计周期，减少繁琐计算，提高设计成功率。此外，可以直观的看到小车钢结构每-部分的受力情况和位移值，对以后的小车的优化设计和局部修改提供了有力的数据保证。