1、实用方案 工艺 专项龙门起重机结构设计龙门起重机计算说明书一 龙门起重机的结构形式、有限元模型及模型信息。 该龙门起重机由万能杆、钢管以及箱形梁组成。上部由万能杆拼成，所有万能杆由三种型号组成，分别为2N1,2N4,2N5,所有最外围的竖杆由2N1组成，其他竖杆由2N4组成，所有斜杆由2N5组成,其他杆均为2N4；龙门起重机两侧下部得支撑架由钢管组成，钢管的型号为2196、835,其中斜竖的钢管为219X6，其他钢管为83X5；龙门起重机上部和下支撑架之间由箱型梁连固接而成，下支撑架最下端和箱型梁相固连。所有箱型梁由厚为6mm的钢板焊接而成。对龙门起重机进行建模时，所选单元类型为Link8、P
2、ipe16、Shell63三种单元类型。有限元单元模型见图1。模型的基本信息见下： 关键点数 988 线数 3544 面数 162 体数 0 节点数 1060 单元数 3526 加约束的节点数 48 加约束的关键点数 0 加约束的线数 0加约束的面数 12 加载节点数 18加载关键点数 18加载的单元数 0加载的线数 0加载的面数 0 二 结构分析的建模方法和边界条件说明。 应力分析采用有限元的静力学分析原理，其建模方法采用实体建模法，采用体、面、线、点构造有限元实体。其中所有箱形梁用面素建模，其余用线素建模，然后在实体上划分有限元网格，具体见单元图。对于边界条件和约束条件，是在支撑架下的箱型
3、梁的底面两端加X,Y,Z三方向的约束以模拟龙门起重机的实际情况。载荷分布有4种情况：工作时的吊重、小车自重、风载荷、考虑两度偏摆时的水平惯性力，具体见下。三 载荷施加情况。（1）工作时的吊重工作时的吊重为40t,此载荷分布在小车压在轨道的4个位置，每个位置为10t。由于小车在轨道上移动，故载荷的分布位置随小车的移动而改变，由于小车移动速度慢，我们只把吊重载荷的施加作两种情况处理：在最左端（或最右端），以及龙门架中部位置。（2）小车自重 小车自重为7t,和吊重载荷分布位置相同。（3） 风载荷风载荷：类风载。 （4）考虑20偏摆时的水平惯性力 该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为20的正切值，施加
4、位置和吊重载荷施加位置相同，方向为水平的X向和Z向。四 计算结果与说明。 对应吊重载荷的施加位置，共有两种计算情况；(1) 小车在中间位置时：万能杆应力分布云图如图2所示，最大应力分布云图如图3所示，钢管应力分布云图如图4示，最大应力分布云图如图5示，箱形梁应力分布云图如图6示，最大应力分布云图如图7示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图8, 9，10示。总计算结果见表一，表二。表一（）名称 结构整机主结构箱形梁钢管最大应力-86（压）78（拉）26.76888.414 表二（）名称 结构X方向Y方向Z方向最大位移5.717-44.57147.248由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受
5、力较大的杆进行稳定性计算。对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图11示，从图中可以看出最大压应力为N=77.505,2N1的万能杆的稳定系数min=0.6936,N/min=77.505/0.6936=111.74MPa170MPa，所以不会失稳。对于型号为2N4的万能杆，其应力分布见图12示，从图中可以看出最大压应力为N=44.604,2N4的万能杆的稳定系数min=0.79,N/min=44.604/0.79=56.46 MPa170MPa，所以不会失稳。对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图13示，从图中可以看出最大压应力为N=46.54,2N5的万能杆的稳定系数min=0.439,
6、N/min=46.54/0.439=106.01 MPa170MPa，所以不会失稳。 对于2196的钢管，其应力分布见图14示，最大压应力为N=86.888, 从图中可以看出弯曲应力为88.414，最长的2196钢管的稳定系数min=0.856，稳定性应力=86.888/0.856 + 88.414 86.888 = 103.4Mpa140MPa，所以不会失稳。对于835的钢管，其应力分布见图15示，压应力为N=40MPa,弯曲应力为46Mpa,835钢管的稳定系数min=0.707，稳定性应力=40/0.707 + 46 40 =62.6Mpa140Mpa，所以不会失稳(2) 小车在最左（或
7、最右）位置时：万能杆应力分布云图如图16示，最大应力分布云图如图17示，钢管应力分布云图如图18示，大应力分布云图如图19示，板应力分布云图如图20示，最大应力分布云图如图21示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图22，23，24示。表一（）。名称 结构整机主结构箱形梁钢管最大应力-140.804(拉)85.717(压)29.94106.345 表二（）名称 结构X方向Y方向Z方向最大位移13.688-32.36563.294由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受力较大的杆进行稳定性计算。对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图25示，从图中可以看出最大压应力为N=67.208,2N1的
8、万能杆的稳定系数min=0.6936,N/min=67.208/0.6936=96.9 Mpa170Mpa，所以不会失稳。对于型号为2N4的万能杆，其应力分布见图26示，从图中可以看出最大压应力为N=52.997,2N4的万能杆的稳定系数min=0.79,N/min=52.997/0.79=67.08 Mpa170Mpa，所以不会失稳。对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图27示，从图中可以看出最大压应力为N=54.669,2N5的万能杆的稳定系数min=0.439,N/min=54.669/0.439=124.53 Mpa170Mpa，所以不会失稳。对于2196的钢管，其应力分布见图14示
9、，最大压应力为N=104.804MPa, 从图中可以看出弯曲应力为106.345MPa，2196钢管的稳定系数min=0.856，稳定性应力=104.804/0.856 + 106.345-104.804= 124Mpa140MPa，所以不会失稳。对于835的钢管，其应力分布见图29示，压应力为N=55.137MPa,弯曲应力为59.307Mpa,2196钢管的稳定系数min=0.707稳定性应力=55.137/0.707 + 59.307-55.137 =82.2140Mpa, 所以不会失稳. 图1 单元模型图图2 整机主结构应力分布图图3 最大应力分布图图4 钢管应力分布图图5 大钢管最大应力分布图图6 箱形梁应力分布图图7箱形梁最大应力分布图图8 X方向位移图图9 Y方向位移图图10 Z方向位移图图11 2N1应力分布图图12 2N4应力分布图图13 2N5应力分布图图14 大钢管应力分图图15 小钢管应力分图图16 整机主结构应力分布图图17整机主结构最大应力分布图图18大钢管应力分布图图19大钢管最大应力分布图图20 箱形梁应力分布图图21箱形梁应力分布图图22 X方向位移图图23 Y方向位移图图24 Z方向位移图图25 2N1应力分布图图26 2N4应力分布图图27 2N5应力分布图图28 大钢管应力分图图29 小钢管应力分图
