WD70桅杆起重机底架有限元计算与分析

WD70桅杆起重机底架有限元计算与分析
作者：林利芬肖浩
来源：《科技资讯》 2012年第22期
林利芬1 肖浩2
(1.武汉软件工程职业学院武汉 430205; 2.温州合力建设机械有限公司浙江温州325401)
摘要:本文以WD70桅杆起重机底架为分析对象,以ANSYS为有限元分析平台,对其在整个回转过程中的强度和刚度进行有限元计算,并掌握底架在最危险工况下的应力分布情况,以达到结
构优化,提升产品质量。

关键词:ANSYS WD70桅杆起重机有限元计算
中图分类号:TH21 文献标识码:A 文章编号:1672-
3791(2012)08(a)-0087-01
本吊机专门为跨越重庆东水门长江大桥架梁施工设计。

重庆东水门长江大桥为双塔单索面
部分斜拉梁桥,双层钢桁梁结构。

采用桅杆吊机从主墩向边墩和中心对称架设钢桁梁,桥面系、
平联及横联。

本机型号为:WD70/15,其中W—桅杆起重机,D—移动式,70—主钩起重量70t,15—
副钩起重钩15t,最大起重力矩1960t。

1 WD70金属结构说明
整机主要由:吊臂、三角架、上转台、起升机构、变幅机构、底架、回转机构、纵移机构、锚固机构、调平机构及斜垫块、梯子平台、电气系统、液压系统、司机室等组成。

2 WD70底架有限元模型的建立
2.1 模型的建立
WD70桅杆吊机底架为箱梁结构,有等截面梁和变截面梁,在实际的工作中,底架会承受弯曲、拉压以及梁块的偏摆引起的扭转载荷;底架的连接部分会承受剪切和拉压载荷;立柱会承受拉压
载荷。

故采用Ansys中的梁单元(BEAM189),来模拟承受弯曲、拉压、扭转载荷及绕剪切中心扭
转载荷的杆件构件。

建模的过程为:直接建立底架箱梁结构在空间当中的中心线,不同截面相连
的位置均有分割点。

利用梁单元的断面特性来定义每个箱梁截面,在底架的回转中心建立质量单元(MASS),质量单元与回转中心周围的节点之间建立耦合关系。

2.2 边界条件约束
底架四个角点上均有锚固和机械支承,机械支承与钢箱梁之间为球铰,模型中约束支点和锚
点位置的水平自由度,释放旋转自由度。

旋转中心的mass单元与周边节点建立刚性平面。

2.3 载荷的施加
底架以上部分包含回转机构、上转台、起升和变幅卷扬机,表1为回转中心以上各部件的重量及质量中心到回转中心的水平距离(沿着架桥方向为正,反向为负)。

回转中心上添加的重量159.7t,力矩为2243.933t.m。

WD70桅杆吊机为全回转吊机。

整个
底架重量约70t,底架材料均为Q345B,ANSYS中重力加速度的修正值为12.1m/s2。

3 WD70桅杆吊机底架的强度和刚度分析
3.1 桅杆吊机底架的强度分析
图1为某回转角度下的应力和位移分布图,回转一圈出现的最大应力为215MPa,满足Q345B 需用应力要求。

在回转支承附件出现极大应力值,属于耦合区的应力集中,原因是模型简化而出现的应力奇异点,由于回转支承刚度很大,只需保证回转支承所在的井字架刚度满足要求即可。

3.2 桅杆吊机底架的刚度分析
底架前部横梁对回转支承刚度影响较大,设计时前部横梁刚度控制在1/1000,在分析整个回转过程中底架的刚度时,提取前部横梁中点下绕值,最大下绕13.5mm,前部横梁支承点距离为15m,下绕比值13.5/15000=1111,满足控制要求。

4 结论
底架是全回转桅杆吊机设计和制造的关键部件,其结构合理与否直接影响回转支承和整机的工作性能和稳定性。

采用有限元计算方法可以展现出底架在整个回转过程中的应力和刚度变化情况,对底架的优化设计和改进设计提供了有力的支撑。

参考文献
[1] 王金诺,于兰峰.起重运输机金属结构[D].西南交通大学.
[2] 张质文.起重机设计手册[M].中国铁路出版社.。