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《基于有限元法的桥式类型起重机主梁挠度分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第4期水运科学研究No.42006年12月RESEARCHONWATERBORNETRANSPORTATIONDec.2006基于有限元法的桥式类型起重机主梁挠度分析张德文丁敏张延宗(交通部水运科学研究院北京100088)摘要:从国内外起重机设计标准要求的差异性出发,对桥式类型起重机主梁挠度问题进行了探讨,提出采用有限元法对桥式类型起重机的主梁预拱度进行准确计算,取代常用的经验计算法,给出了各种桥式类型起重机主梁挠度的计算方法,并推导了主梁制造前腹板下料拱度曲线的计算公式。对起重机的使用和报废判别基准提出修改完善建议。关键词:桥式类型起重机;
2、主梁;挠度;有限元;计算;制造工艺桥式类型起重机包括桥式起重机、门式起重机、装卸桥等,是港口码头应用普遍的机型,其主梁的预拱度处理是起重机结构设计和制造中必须解决的一个难题。目前起重机主梁前腹板的下料拱度完全由生产厂家根据经验确定:对于批量生产的桥式、门式起重机定型产品来说,生产厂能够比较准确地把握;而对于单件或几件生产的港口用桥式、门式起重机、装卸桥等,则存在较大的制造误差。目前起重机有限元结构分析方法的应用已经非常普遍,计算准确度也大大提高。采用有限元法可以非常方便地确定主梁的静刚度,进而计算出主梁的设计预拱度、腹板下料拱度,为提高起重机
3、的设计和制造质量提供了保证。1国内外现行标准对主梁挠度的要求是否应该对桥式类型起重机主梁的挠度进行限制,以及限制到何种程度,一直存在着不同的认识。目前国内外现行标准在这方面的规定也有很大差异,有的明确规定应加以限制,有的明确规定不作限制,还有的标准则完全回避这个问题。[1]-[3]以GB/T3811-1983《起重机设计规范》为代表的我国起重机标准,明确规定由移动载荷(包括起重小车自重和额定起升载荷,下同)在跨中引起的垂直静挠度yL应满足下述要求:①工作级别为A5或A5以下的起重机,yL≤L700;②工作级别为A6的起重机,yL≤L800;③
4、工作级别为A7、A8的起重机,yL≤L1000(L为起重机的跨距)。对于具有悬臂的门式起重机和装卸桥,当满载荷的小车位于悬臂上有效工作位置时,该处由于移动载荷引起的垂直静挠度yL应不大于Lc350(Lc为悬臂有效工作长度)。在国内外招投标项目中,港口机械广泛采用FEM标准。作为国际上最权威的FEM标[4]准《欧洲起重机械设计规范》,无论是1987年第3版,还是现行的1998年修订版,明确指出“本规范对许用挠度值没有作硬性规定”,如果用户希望对挠度极限值作出规定,则必须在标书中说明。该规范还特别注明,将载荷作用下的小量挠度作为起重机强度的度量标
5、准,这一习惯应加以改变。国外其他一些起重机标准规范也有类似的规定。这种标准的差异,也导致了对起重机主梁挠度要求的差异。如何合理规范起重机主梁收稿日期:2006-11-262水运科学研究2006年第4期挠度的设计、制造、使用和报废标准,成为必须尽快解决的一个问题。2目前主梁挠度计算方法存在的问题[5]现行标准和设计手册对起重机主梁挠度的规定和计算方法存在许多局限性。2.1计算上拱度的经验公式未考虑整机结构刚度的影响目前起重机主梁上拱度的计算一般按规范或手册推荐值计算,参考文献[3]规定门式起重机安装后的跨中上拱度应为(0.9/1000～1.4/
6、1000)L;有效悬臂处的上翘度应为(0.9/350～1.4/350)Lc;其它各点的上拱度值按二次抛物线或正弦曲线计算。这种算法对于悬臂长度较短的门式起重机,如Lc≤0.25L,基本能够满足上述要求;而对于港口装卸用门式起重机(含装卸桥),一般悬臂长度Lc>0.25L,受整机结构刚度的影响,很难满足上述要求。2.2计算上拱度时未考虑起重机的负荷状态影响起重机的使用工况差异很大。对于经常满负荷作业和经常小负荷作业的起重机,其上拱度要求应给予不同的规定。2.3计算上翘度时悬臂端的计算长度取值不合理现行标准和手册在计算悬臂端上翘度时,一般推荐公式
7、只计算悬臂有效工作长度点范围内的上翘度。这在具体设计中并不适用,因为有效工作长度点至悬臂最大外伸端的上翘度无法确定。2.4腹板下料拱度曲线无法确定目前在制造起重机主梁时,主梁预拱度均通过腹板下料时的拱度来保证。而腹板下料拱度与整机自重、整机结构刚度、焊接工艺、使用环境等因素关系密切,仅靠施工人员的经验来确定腹板下料拱度曲线,与目前的技术发展水平显然不相称。这也正是目前制造厂经常采用火焰矫正主梁挠度的原因之一。3主梁挠度的设计计算起重机的结构弹性变形不可避免,为使起重机运行平稳,减少起重小车爬坡和溜车现象,并使起重机大车运行时车轮接触良好,在设
8、计和制造起重机时,主梁应进行预拱处理。3.1主梁挠度计算应考虑的因素起重机主梁预拱度计算应考虑多种影响因素。1)载荷的影响:采用有限元法计算主梁挠度时,必须分别计算
