港口起重机小车不同角度偏斜的接触应力分析

郑武军　吴姜玮

摘要：利用有限元软件ANSYS15.0对港口起重机小车轮轨接触进行弹塑性分析，用数值方法分析并比较轮轨正常工况和轮子水平面内发生小角度偏斜各个接触状态。结果表明：接触应力随偏斜角度增大而增大，发生点蚀破坏的危险增大。

关键词：有限元；起重机；接触应力

前言

随着各国经济贸易加强，带动了远洋运输业，码头越建越大，船舶的吨位不断增大，港口机械也朝着大型化、重型化的方向发展。这对起重机轨道和车轮的强度、承载能力和使用寿命提出更高的要求。

1.Hertz接触理论

对起重机车轮的设计[1][2]，传统的方法是采用赫兹公式计算接触疲劳强度，对车轮的许用轮压进行校核。德国人Hertz Heinrich 是接触理论的创始人。1881年在一定的假设条之下，他研究了两个弹性体的法向接触力学行为[3]。他的接触理论中假设条件归纳如下：1物体的接触表面连续光滑且无摩擦作用；2接触点附近的物体曲率半径是连续的常数；3接触斑的特征半径远小于接触物体的特征尺寸，接触物体被近似看作弹性无限半空间；4接触斑成椭圆状，接触斑上的法向压力分布成半椭球状。

但Hertz线弹性接触理论局限于无摩擦表面和理想弹性体。实际工程中的起重机，由于其巨大的自重及起重量，使得车轮与轨道接触部分局部材料超过了屈服极限成为塑性。在运行过程中，由于滑动摩擦力的影响，接触状态在不断改变，从而使车轮系统产生非线性的响应，这是典型的接触问题。……