桥式起重机主梁有限元分析

桥式起重机主梁结构有限元分析
一、桥式起重机介绍
桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。

由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。

桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。

桥式起重机一般由桥架(又称大车)，提升机构、小车、大车移行机构，操纵室，小车导电装置(辅助滑线)，起重机总电源导电装置(主滑线)等部分组成。

桥架是桥式起重机的基本构件，它由主梁、端梁、走台等部分组成。

主梁跨架在跨间上空，有箱形、析架、腹板、圆管等结构形式。

主梁两端连有端梁，在两主梁外侧安有走台，设有安全栏杆。

在驾驶室一侧的走台上装有大车移行机构，在另一侧走台上装有往小车电气设备供电的装置，即辅助滑线。

在主梁上方铺有导轨，供小车移动。

整个桥式起重机在大车移动机构拖动下，沿车间长度方向的导轨上移动。

1.主梁
我们本次研究的是75t桥式起重机的主梁结构，主梁是起重机的主要承重结构，对于它的受力分析及工作状况的校核是很有必要的。

（1）桥式起重机主梁的CAD图纸
我们使用的是solidworks进行的建模，下面是我们的模型图：
模型剖视图：
小车工况分析：
从图纸中我们可以看出主钩的工作范围（即小车在梁上的运动范围），小车在梁上的各段进行工作是对梁造成的负载是不同的，因此在对梁施加载荷前，我们要对主梁的模型进行一些处理，使载荷能单独的加在主梁各段，较为精确的模拟主梁的受力情况；
主梁模型的处理：
我们使用Workbench对模型进行切片处理，把主梁分成7个部分，其中需要加载荷的部分为中间有：A、B、C、D、E五部分，其中这五部分的长度都与小车长度基本相等，以此来模拟小车在梁上不同位置工作时的工况。

划分网格：
我们使用的是四面体来划分的网格，由于模型的总长为16500mm，为了计算方便和保证精确度，我们将网格尺寸设置为100mm；
添加自重：
添加约束：
添加载荷：
A（左1）B（左2）
C（中）D（右1）
E（右2）
由于梁上的小车重24T，起重机主钩的额定起重量为75T，而我们只是对一根梁进行分析，只需承重一半的重量，因此我们加的载荷为500000N（50T）。

A（左1）
变形量：
剖视图：
Mises等效应力：
A（左1）最大变形量为3.299mm，最大应力在小车轨道上，为141.65MPa，主梁的最大应力分布在94.435MPa附近；
B（左2）
变形量:
剖视图：
Mises等效应力：
剖视图：
B（左2）最大变形量为6.1498mm，小车轨道上的最大应力为161.28MPa，主梁的最大应力分布在107.52MPa附近；
C（中）
变形量：
剖视图：
Mises等效应力：
剖视图：
C（中）最大变形量为7.9824mm，小车轨道上的最大应力为213.5MPa，主梁的最大应力分布在142.33MPa附近；
D（右1）
变形量：
剖视图：
Mises等效应力：
剖视图：
D（右1）最大变形量为6.0257mm，小车轨道上的最大应力为153.89MPa，主梁的最大应力分布在102.59MPa附近；
E（右2）
变形量：
剖视图：
Mises等效应力：
剖视图：
E（右2）最大变形量为 3.1304mm，小车轨道上的最大应力为134.42MPa，主梁的最大应力分布在89.614MPa附近；
结论分析
小车轨道受力情况：
（1）根据《起重机设计手册》可知，当轨重小于43kg/m时，轨道的许用应力取230MPa，由应力云图可知，最大应力出现在车轮与轨道接触处，根据我们得出的数据最大应力出现在主梁中间的轨道上为213.5MPa，在轨道的许用应力范围内，因此是合格的；
（2）主梁的最大变形量为7.9824mm，而主梁的上拱度为16.5mm，在其允许范围内，满足要求。

主梁受力情况：
根据《起重机设计手册》可得Q235钢的设计许用应力推荐值为140MPa，若排除因添加约束及轨道接触所形成的应力集中，主梁的受力情况基本满足强度需求。

总结分析：
（1）从图表可以看出，模型的受力情况基本满足强度要求，但我们在很多地方的处理都不是很合理；
（2）比如在划分网格的时候我们选择的是四面体而不是六面体，若使用六面体划分网格的话，得到的应力云图会比现在做出的更加精确、合理；
（3）在约束的地方也不是很合理，出现应力集中区域，使分析结果出现较大误差；
（4）在建模方面还有待提高，使用实体建模在划分网格和计算求解时需要的时间很长，计算不同情况时尤其麻烦，如果使用板单元建立模型，计算起来应该会方便的多。