100t门式起重机结构有限元分析

摘要：本文以100t门式起重机为研究对象，采用有限单元法，对该门式起重机进行有限元模拟计算。综合分析6种典型工况，生成应力云图，应变云图。根据软件计算得到的数据，对其结构承载能力进行分析。

Abstract： In this paper， 100t gantry crane is taken as the research object， and calculated by finite element method. Through a comprehensive analysis of 6 typical operating conditions， contours of stress and strain are obtained. According to the data obtained by software calculation， structural load carrying capacity of the gantry crane is analyzed.

关键词：门式起重机；有限元分析；强度；静刚度.

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1 整机概况

本文所述门式起重机，跨度36m，起吊高度23m，起升额定荷载为100t，整机自重83.2t。该门式起重机主要结构为起重机主梁、刚性支腿、柔性支腿、1台起重小车、走行大车。起重机主梁为三角桁架式结构，共2片，布置间距为2.5m，桁架之间布置连接架，两片三角桁上布置40mm×70mm方钢轨道，小车在两片三角桁之间的空间进行作业。主梁下与支座梁连接，再与两支腿连接，两支腿均采用钢管结构。其结构示意图如图1所示：

2 模型建立

通过有限元建模，可简化门式起重机的设计周期，降低设计成本，达到更好的效果。本次设计采用midas软件，模型中的所有金属桁架结构均采用空间梁单元进行模拟，将起重小车简化为 4 个集中质量力，分别作用于小车 4 个轮子作用点位置。走行大车简化为4个有约束的边界支承点，只约束x、y、z轴的平动自由度，释放x、y、z轴的转动自由度以模拟真实受力状态。该门式起重机金属结构选用Q235材料，弹性模量为206 GPa，泊松比为0. 3。

3 有限元计算结果

3.1 控制工况

该门式起重机正常工作时有 6 种控制工况，分别为：

工况1：大车走行，小车位于跨中起升最大吊重；工况2：大车走行，小车位于刚腿侧起升最大吊重；工况3：大车走行，小车位于柔腿侧起升最大吊重；工况4：大车不动，小车走行并位于跨中起升最大吊重；工况5：大车不动，小车走行并位于刚腿侧起升最大吊重；工况6：大车不动，小车走行并位于柔腿侧起升最大吊重。

3.2 有限元计算结果

（1） 载荷分析（见表2）

（2） 强度分析

对结构材料的拉伸、压缩、弯曲许用应力，按不同的载荷组合规定相应的安全系数和基本许用应力，本文为载荷组合A形式，安全系数取1.48，Q235材料许用拉、压应力为159MPa，许用剪切应力为92MPa。

通过对6个控制工况的有限元分析计算可知，最大应力发生在工况一下的主梁腹杆上，最大应力为137.2MPa<159MPa（见图2）。

由图2可知，最不利工况下整机各部分应力均小于许用应力，该门式起重机强度满足设计要求。

（3） 静刚度分析

当小车位于主梁跨中，大车、小车均不移动，小车静态提升最大吊重时，由有限元分析软件计算该状态下的主梁最大位移，如图3所示：

由图3可知，主梁最大变形61.4mm-12.2mm=49.2mm

4 结论

本文以100t门式起重机金属结构为对象，应用midas软件实现了该起重机金属结构有限元模型的建立及分析计算，从理论上得到构件的最大应力和较大应力部位及应力数值，为该类型结构设备的分析建模方法提供了参考。

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作者简介：李云飞（1986-），男，助理工程师，2008年毕业于湖北交通学院工程监理专业，