本站原创摘 要：利用有限元分析软件FEMAP,建立以plate和beam 为基本单元的有限元模型.通过多载荷步形式,对双梁门式起重机的典型工况进行静力学分析,从静态强度和静态刚度两个方面对该起重机的安全性作出评价,并为设计类似起重机提出合理建议.
关 键 词 ：FEMAP 起重机 静态强度 静态刚度
中图分类号：TH21文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）007-045-02
1.前言
本文利用大型有限元分析软件Femap with NX Nastran,通过plate和beam 单元建立起重机的有限元模型,合理简化双梁门式起重机结构,参考GB3811-2008对结构的强度进行校核,并对其安全性作出评估.
起重机的主要性能参数：本起重机的型号为：MD300/28.主钩起重量300t,起重机跨度28米,起升高度20米.副钩起重量50t.主梁采用箱型结构,稳定性强,适应于湿度较大、温度较高的制梁,提梁场工作.主要配置特点：大车行走机构及小车行走机构均采用了变频技术；在起重小车上安装了主钩和副钩的卷扬机,主起升机构也采用了双速电机.根据用户要求特殊设计生产的梁厂专用门式起重机,可最大限度地发挥其特点和作用.整机工作级别：A4；主要材料采用Q345B.
2.有限元模型的建立
2.1 模型的建立
MD300/28门式起重机在28米跨度范围内以7.5m/min的速度起吊300t的箱梁,工作状态下,主梁主要承受吊重和风载荷引起的弯矩和剪力和吊重偏摆引起的扭转变形,主梁与主梁之间的平联主要承受压力,多数构件为等厚度平面钢板焊接而成,组件与组件之间通过螺栓连接,所以平面钢板采用单元plate单元 建模,主梁与主梁之间的平联采用beam（bar单元也可以）单元建模.建模过程：在femap前处理环境中,针对平面快速建模,整个装配模型建立好之后,通过intersect在所有平面相交位置产生边界,便于网格划分时产生公共节点.分割在beam单元与plate单元的连接位置平面,便于beam单元与plate单元连接.图1为femap环境下的几何模型.小车供电和楼梯平台都以重力加速度的形式添加重量,由于不进行动刚度分析,小车和吊重都直接以力的形式施加在轨道位置.在设定好网格尺寸后,采用自由网格划分,其有限元计算模型如图2 所示.
2.2 边界条件设置
大车行走机构在运梁过程中处于运动状态,但是考虑风载荷添加对结构影响,约束沿着大车运行方向.所设计的门吊为双刚腿结构,没有考虑温度对大车行走的影响,约束沿主梁方向的大车位置,大车与钢轨之间为以轨道为轴的铰接.
2.3 载荷的施加
起重天车、吊具和吊重以集中力形式添加在轨道节点上,自重和风载荷以重力加速度形式添加（竖直加速度的形式施加11.1m/s2,水平加速度0.03m/s2）、加速度方向和变形方向一致.由于模型简化,模型重量小于实际重量,以增大重力加速度来补偿重量.材料密度取7850kg/m3,弹性模量为E等于206GPa,泊松比为0.3.
3.双主梁门式起重机结构静力学分析
3.1 强度分析
按照B类载荷组合,根据GB/T3811-2008,安全系数n等于1.34.钢结构中最大板厚为20mm,材料为Q345B,强度设计值为295Mpa,则许用应力220MP.单小车起吊门式起重机的典型工况是,跨中起吊和在柔腿侧起吊,MD300/28为双刚腿结构当在中部起吊时出现最大应力,最大应力为162.5MP,小于许用应力,如图3所示.故从应力角度看,结构强度满足设计要求.
3.2 静刚度分析
对于龙门起重机,使用简单控制系统能达到中等定位精度特性的起重机,1/750S.对于A4 工作级别的起重机选取750L较为合适.己知该起重机S等于28m,即挠度值小于37.3mm均满足使用要求.由图4可得最大挠度为9.794mm,说明起重机结构的静态刚度满足要求.
4.结论
起重机在跨中起吊梁块时出现最大应力,最大应力162.5MP小于许用应力值176.69MP,满足强度要求,此时最大挠度为35mm小于挠度极限值40mm,满足刚度要求.
通过本文介绍的大吨位梁场门式起重机结构静力分析可知,大型有限元分析软件Femap with NX Nastran在快速建模和优化产品结构上有很大优势,也为起重机金属机构分析人员提供参考.