龙门起重机结构设计

1、龙门起重机计算说明书 一龙门起重机的结构形式、有限元模型及模型信息。 该龙门起重机由万能杆、钢管以及箱形梁组成。上部由万能杆拼成，所有万 能杆由三种型号组成，分别为 2N1,2N4,2N5,所有最外围的竖杆由2N1组成，其 他竖杆由2N4组成，所有斜杆由2N5组成,其他杆均为2N4;龙门起重机两侧下 部得支撑架由钢管组成，钢管的型号为 219 6 83 5,其中斜竖的钢管为 219X6,其他钢管为 83X5;龙门起重机上部和下支撑架之间由箱型梁连固接而 成，下支撑架最下端和箱型梁相固连。所有箱型梁由厚为6mm勺钢板焊接而成。 b5E2RGbCAP 对龙门起重机进行建模时，所选单元类型为Link

2、8、Pipe16、Shell63三种 单元类型。有限元单元模型见图1。模型的基本信息见下：p1EanqFDPw 关键点数988 线数3544 面数162 体数0 节点数1060 单元数3526 加约束的节点数48 加约束的关键点数0 加约束的线数0 加约束的面数12 加载节点数18 加载关键点数18 加载的单元数0 加载的线数0 加载的面数0 二结构分析的建模方法和边界条件说明。 应力分析采用有限元的静力学分析原理，其建模方法采用实体建模法，采用 体、面、线、点构造有限元实体。其中所有箱形梁用面素建模，其余用线素建模， 然后在实体上划分有限元网格，具体见单元图。对于边界条件和约束条件，是在 支

3、撑架下的箱型梁的底面两端加X,Y,Z三方向的约束以模拟龙门起重机的实际情 况。载荷分布有4种情况：工作时的吊重、小车自重、风载荷、考虑两度偏摆时 的水平惯性力，具体见下。DXDiTa9E3d 三载荷施加情况。 1）工作时的吊重 工作时的吊重为40t，此载荷分布在小车压在轨道的 4个位置，每个位置为 10t。由于小车在轨道上移动，故载荷的分布位置随小车的移动而改变，由于小 车移动速度慢，我们只把吊重载荷的施加作两种情况处理：在最左端 或最右 端），以及龙门架中部位置。RTCrpUDGiT 2）小车自重 小车自重为7t,和吊重载荷分布位置相同。 3）风载荷 风载荷：U类风载。 4 )考虑2偏摆时的

4、水平惯性力 该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为2的正切值，施加位置和吊重 载荷施加位置相同，方向为水平的X向和Z向。5PCZVD7HXA 四计算结果与说明。 对应吊重载荷的施加位置，共有两种计算情况； (1)小车在中间位置时： 万能杆应力分布云图如图2所示，最大应力分布云图如图3所示，钢管应 力分布云图如图4示，最大应力分布云图如图5示，箱形梁应力分布云图如 图6示，最大应力分布云图如图7示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图8, 9， 10示。总计算结果见表一，表二。jLBHrnAlLg 表一 MPa) 结构 名称.一 二 整机主结构 箱形梁 钢管 最大应力 -86 压) 78拉) 26.7

5、68 88.414 表二 mm) 结构 名称二 X方向 丫方向 Z方向 最大位移 5.717 -44.571 47.248 由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受力较大的杆进行稳 定性计算。 对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图11示，从图中可以看出最大 压应力为N=77.505,2N1的万能杆的稳定系数 min=0.6936, xhaqx74J0 x N/ min=77.505/0.6936=111.74MPa170MPa 所以不会失稳。 对于型号为2N4的万能杆，其应力分布见图12示，从图中可以看出最大 压应力为N=44.604,2N4的万能杆的稳定系数 min=0.79, L

6、DAYtRyKfE N/ min=44.604/0.79=56.46 MPa170MPa，所以不会失稳。 对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图13示，从图中可以看出最大 压应力为N=46.54,2N5的万能杆的稳定系数 min=0.439, zzz6ZB2Ltk N/ min=46.54/0.439=106.01 MPa170MPa，所以不会失稳。 对于 219X 6的钢管，其应力分布见图14示，最大压应力为N=86.888, 从图中可以看出弯曲应力为88.414，最长的 219X 6钢管的稳定系数 min=0.856 ，dvzfvkwMI1 稳定性应力=86.888/0.856 + 88

7、.414- 86.888 =103.4Mpa140MPa所以不会失稳。 对于 83X 5的钢管，其应力分布见图15示，压应力为N=40MPa弯曲应 力为 46Mpa, 83X 5 钢管的稳定系数 min=0.707 , rqyn14ZNXI 稳定性应力=40/0.707 + 46- 40 =62.6Mpa140Mpa所以不会失稳 (2)小车在最左 或最右)位置时： 万能杆应力分布云图如图16示，最大应力分布云图如图17示，钢管应 力分布云图如图18示，大应力分布云图如图19示，板应力分布云图如图20 示，最大应力分布云图如图21示,X,Y,Z三方向位移分布云图如图22, 23， 24 示。Em

8、xvxOtOco 表一 MPa)。 结构 名称 整机主结构 箱形梁 钢管 最大应力 -140.804（拉 85.717（压 29.94 106.345 表二 mm） 结构 名称 f X方向 丫方向 Z方向 最大位移 13.688 -32.365 63.294 由于该龙门架结构主要杆结构组成，所以要对局部受力较大的杆进行稳 定性计算。 对于型号为2N1的万能杆，其应力分布见图25示，从图中可以看出最大 压应力为N=67.208,2N1的万能杆的稳定系数 min=0.6936, sixE2yXPq5 N/ min=67.208/0.6936=96.9 Mpa170Mpa，所以不会失稳。 对于型号为

9、2N4的万能杆，其应力分布见图26示，从图中可以看出最大 压应力为N=52.997,2N4的万能杆的稳定系数 min=0.79, 6ewMyirQFL N/ min=52.997/0.79=67.08 Mpa170Mpa，所以不会失稳。 对于型号为2N5的万能杆，其应力分布见图27示，从图中可以看出最大 压应力为N=54.669,2N5的万能杆的稳定系数 min=0.439, kavU42VRUs N/ min=54.669/0.439=124.53 Mpa170Mpa，所以不会失稳。 对于 219 X 6的钢管，其应力分布见图14示，最大压应力为 N=104.804MPa,从图中可以看出弯曲

10、应力为 106.345MPa 219X 6钢管的 稳定系数 min=0.856，y6v3ALoS89 稳定性应力=104.804/0.856 + 106.345-104.804 =124Mpa140MPa所以不会失稳。 对于 83X 5的钢管，其应力分布见图 29示，压应力为 N=55.137MPa, 弯曲应力为59.307Mpa, 219X 6钢管的稳定系数 min=0.707M2ub6vSTnP 稳定性应力=55.137/0.707 + 59.307-55.137 =82.2140Mpa, 所以不会失稳. 图1单元模型图 LSI TOP DMX SMH SMX (NQAVGI -6B +

11、4BS -50.038 41.914 60.314 亦715 -31.637 -13.2B7 S 113 23 S14 JUN 19 2001 10:10:47 ELEHENT SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME-I =51 289 -86.8BS -79=15 (NOAVG) 0 二 ANSYS 5.6.2 19 2001 10:11:41 ELEMENT SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIKE-1 LSI TOP DMS SMN SMX 图3最大应力分布图 (NOAVG) STEP=1 SUB TIME=1 NMIS89 TOP mx SHX =51.2

12、39 =88.414 0 9.82 4 19.648 29,471 ANSYS 5. 6.2 JUN 19 2001 10:13:03 ELEMENT SOLUTICH 39,295 49.119 5a.943 6B.766 79.S9 SS.414 图4钢管应力分布图 (NOAVG) =51b289 -80.14 訂 9.924 i今.48 玄今.471 39295 49.119 50.943 ig 吕.766 自自414 ANSYS 5.6.2 JUN 19 2001 10:14:20 ELEMENT SOLUTION STEP-1 SUB 1 TIME=1 NMIS89 TOP DUX

13、SHX 图5大钢管最大应力分布图 套 3- 菴空H : ;ai热 JUN 19 2001 10:19:29 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV TOP (AVG) SUN SMX =51 1 337 9 814 12 64 15 465 291 21 116 ANSYS S .6.2 JW 20D1 IDsISiQ NODAL SOLUTION STEP1 SOB ! TIHE-1 SEQV(AVG) TOP DBX -51-289 SMN -1,337 SBX -2 6-76S SHXB-50.5B5 1B 337 4 B163 氏.9SB 号.

14、 12 . 64 15-46S 10291 21116 33942 26.766 图7箱形梁最大应力分布图 (NOAVG) 3 546 5.717 DMX SMN SMX 一.796653 -.72872 65D9O9 ANSTS 5 6,2 JUN 19 2001 10:20:18 =51 -.796653 5 717 4-27 4 B 994 ELEMENT SOLUTICH STEP-1 SUB =1 TIME=1 UX TOP :L 3 75 2 a622 图8 X方向位移图 ANSYS 5,6.2 JUN 19 2 001 10:20:58 ELEMENT SOLUTION STEP

15、l SUB ! TTNE-1 UY(NOAVG) TOP DMX -51.289 SW -44 S1 S1TX =.005793 -39 ：L8 -346右5 -29辽 -24.759 -19,006 -14廿53 -良9 947 D05793 图9 Y方向位移图 (N0AVG) AN5YS 5.6,2 JUW 19 2001 10:21:22 ELEMENT SOLUTION STEP-1 SUB -1 TIHE-I UZ TOP DMX =5 SMN =- SMX =4 5-244 12 .245 19245 26.246 33247 40 p2-17 ANSYS 5.6.2 JUN 19

16、 2 001 10:47:30 ELEMENT SOLOTION STEP=1 SUB =1 TIHE=1 LSI TOP INOAVG) DMX -51.209 SMX *76.715 -77冒冒 -60丄4= 竝 p789 -2S盘自産 -S.074 9 294 2 E. 642 43.999 61.357 78.715 图11 2N1应力分布图 ANSYS 5.6.2 JUN 19 ! 10：4B： ELEMENT SOLUTIOM STEP=1 SUE =1 TIHE=1 LSI(MOAVG) TOP DNX =51.2B9 SMN =-44.604 SUX =33.711 -44.6

17、04 -35.903 -27.201 -18.499 -9.793 -1.D96 7.606 16.3D7 25.0D9 33.711 ANSYS S.6.2 JUN 19 2001 1OH6:27 ELEMENT SOLUTION STEP-1 SUB -1 TIME-1 LSI(NOAVG) TOP DHK =51.269 SHN -46,54 STIX =5,13 & V已 -3 6.354 -2 6.168 -15,901 -5795 4,91 I14.57? I24.7C4 34.95 II 45.136 图13 2N5应力分布图 o 15:47:22 SUB =1 (NOAVG)

18、TOP =88 理1理 吕日414 4CI 652 46.613 56 573 Tinf=l NMISS9 64.533 72.493 454 ANSYS 5,6*2 JUW 19 2001 ELERENT SOLUTION STEFFI = 51 2S9 16.771 16771 24.732 3 2 692 图14大钢管应力分图 ANSYS 5.6.2 JUW 19 2001 15:48:02 ELEMENT SOLUTICW STEP-1 SUB =1 TIHE=1 NMises (NOAVG) TOP SMH -13.156 13.158 20.242 27.326 34.41 41,

19、494 叫呂.578 55662 62.76 69 吕3 76914 图15小钢管应力分图 (NOAVG) ANSYS 5.6,2 JUN 19 2D01 10:30：44 ELEMEMT SOLUTION STEP-1 SUB TIMEl LSI TOP DHX SHN SMX -41,297 -2D.126 1.041 22.21 的.379 64.548 85.717 -64.431 = -102l =85.717 -104.S04 -S3,63S -62驻G 图16整机主结构应力分布图 STEP-1 o = AHSTS S.,2 JUN 19 2001 10:15:17 ELEHENT

20、 SOLUTIOM SUE =1 TIKZ=1 LSI(NOAVO) TOP EKX - 4.431 SMN =-104.eoi SEX =3b.717 -10.BO -83.635 -宓* E -41 . rEJISHi 呼昇鑒2 眉：&瓷 JUN 19 2001 10:25:41 ELEMEMT SOLUTION STEPl SUE =1 TIHE=1 UZ TOP DO SMN SMX (NOAVG) =63 294 4 077 11,479 16.681 2 6.283 33 685 41087 S5,92 63.294 HU TIHE=1 图252N1应力分布图 图262N4应力分布图 ANSYS 5.6.2 JUN 19 2DD1 10:43:22 ELEMENT SOLUTIOT 5TEP=1 50E =1 LSI(NOAVG) TOP DHM -64.431 5MN =-67 . 08 5HX =46.422 -67.Z0