基于Solidworks的门座起重机门架结构有限元分析

    门座起重机典型的门架结构呈板凳状，由圆筒体、箱形结构的主梁和端梁组成。圆筒体上部的筒体法兰与回转支承连接，承受整机旋转部分的自重和外载荷。门架的端梁连接4套行走机构，在轨道上行走。

    利用有限元分析方法建立门架的有限元模型，按实际载荷分布进行加载、求解，能够获得实际的承载状况。对用经典ANSYS分析门架结构的方法、加载方式等进行了研究，但建模复杂且作了一定的简化。随着大型3D软件的普及，现代起重机多采用3D设计，将3D模型直接导入到有限元软件中进行结构分析是一种趋势。

    1 计算模型

    根据门座起重机的受载特点，运用建立实际模型，导入大型有限元分析软件ANSYS Workbench中，选择3种工况对门架结构进行静力学分析，分析结构的应力分布及变形规律，对门架结构进行合理评价，提出相关建议。

    1.1 相关参数

    某造船用单臂架门座起重机的额定起重量为260t，最大额定起重力矩为5200tm，整机工作级别为A5，轨距12m、基距15m，最大轮压35t，工作状态计算风压250Pa，非工作状态计算风压600Pa。

    门架结构由2根端梁和主梁连接成工字形箱形结构，再与筒体共同组成门架，承受上部结构的所有质量、吊重、风力和机构运动时引起的惯性力以及由上述载荷引起的力矩。这种门架的风阻力小、自重轻，适用于狭窄的场所。门架结构简图如图1所示。

图1 门架结构简图

    门架结构材料为Q345B，密度为7.85×103kg/m3，常温下屈服强度为345MPa，定义弹性模量为2.06×105MPa，泊松比为0.3。

    1.2 计算工况

    选取起重机最不利的运行工况，分析起重机在相应工况额定荷载作用下的应力、位移分布规律。在不同工况下，起重臂与起重机运行轨道的夹角是变化的，并影响到作用于圆筒上的弯矩，对门架结构的受力状态有明显的影响，选取其中3种最典型的工况状态分别进行计算分析。工况示意图如图2所示。

图2 起重机工况示意图

    工况1：起重臂平行于轨道，即φ=90°。

    工况2：起重臂垂直于AC连线，即φ=arctanl/B=38.66°。

    工况3：起重臂垂直于轨道，即φ=0°。

    2 有限元模型