简易龙门吊有限元分析

1、简易龙门吊有限元分析摘要:根据简易龙门吊整体结构特点，用工程软件pro/e建立了简易龙门吊的有限元模型，基于ANSYS软件对该产品进行了受力分析。通过分析找出机架在工作过程中产生的最大位移和最大应力及对应的位置，并对其进行了强度和刚度校核计算，确定其结构是满足工作要求的。通过分析提出了一些改进的措施和建议，保证了设备的安全性和合理性。关键词:龙门吊有限元分析ansys轻型移动式龙门起重机又称简易龙门吊，由于采用单梁式轨道结构，因此结构简单紧凑，使用安全便捷。凡是采用悬挂式起重机不可能或不经济的地方都可以方便使用。适用于工厂、矿山、工地，尤其适用于车间设备及模具的安装、搬运、调试、汽车上货物的装

2、卸。其金属材料结构的力学性能对整个起重机的正常安全运行有重要的影响。为了加强安全生产，保证设备高效正常作业，现对其金属材料结构进行全面的有限元分析并提出改进措施。此处采用ansys作为分析工具,该软件具有强大的分析和前后置处理的功能，是现在使用最广泛的有限元分析软件之一。1有限元分析模型本文采用的材料特性：弹性模量为E=2.06e11Pa柏松比卩=0.3采用solid186单元划分有限元网格1.1模型建立简易龙门吊由于其工作使用情况和结构特点，采用单梁式轨道，根据其起升重量，轨道选用32型工字钢。立柱与加强支撑杆分别使用其他型号的工字钢。由于运行电动机是以工字梁轨道的下腹板作为运行轨道，因此工

3、字梁轨道模型不能简化，所以本模型中龙门吊的实体结构力学模型是基于Pro/Mechanic软件中的3D梁单元来建立的，为便于对机架进行有限元分析，在建立机架力学模型时，作以下几点假设：(1)机架本体为刚架结构，机架各杆之间焊接可靠，为刚性连接;(2)机架工作时底部与支座间不发生相对移动或转动，为固定支座(如图1)。1.2载荷处理因为简易龙门吊的结构特点和使用场合，载荷分析作用在该龙门吊轨道梁上的载荷主要有：龙门吊单轨道梁的自重载荷；起升运行电机的自重载荷及起升载荷；下降制动的惯性载荷；运行电机运行制动的惯性载荷。其中起升运行电机自重载荷和起吊载荷通过运行电机车轮以线载荷施加，结构动载荷通过载荷工

4、况因子施加。轨道梁的自重在模型分析中施加。由于运行电机在单轨梁上运行时，当运行在轨道中间时，轨道梁的挠度最大，弯矩也最大，所受应力也最大，所以模型只需要分析运行电机运行在轨道中间时的受力情况。因此,龙门吊固定载荷之和q二Gx+Gg=617kg+375.17kg=992.17kg集中可变载荷之和：P=KXQ=1.35000kg=6500kg其中K=1.3为动载荷工况因子。1.3约束处理由于简易龙门吊工作受力的特点，我们只需对龙门吊的单轨道梁进行受力分析，因此对支架支撑面施加全约束。2有限元计算结果及分析2.1应变分析由分析结果（USUM）变形图可以看出轨道梁的最大变形量在梁中间，最大变形量Dma

5、x=13.039mm。又轨道梁的许用静刚度：所以轨道梁的静刚度满足要求。2.2应力分析从等效应力(SEQV)的云图上可以看出，应力最大的地方在轨道梁的中间，其最大应力值SEQVmax约为277.1MPa远小于材料的屈服极限(材料屈服极限为350MPa),从应力角度来看结构强度也是符合要求的。2.3传统计算方式校核最大挠度计算。龙门吊轨道梁在跨度中最不利位置时，在设计最大吊重下的变形按以下计算公式计算，其中材料的弹性模量为E=2.06e11Pa轨道梁的惯性矩为l=6.3310e-3m4。TOCo1-5hz固定载荷最大挠度：f1max=5ql4/(384取1)=5羽92.17/774/(3842.

6、06e110.006331)=0.0033m可变载荷最大挠度:f2max=PL3/(48E01)=65073/(4806)=0.00594m最大挠度:fmax=f1max+f2max=0.0033+0.00594=0.00924m=9.24mm最大应力计算龙门吊固定载荷q=992.17kgMq=KlxK4Xq/|12/8=2K1S92.17XO/7：集中可变载荷：P=6500kgMP=KXK3xK4XPXL/4=1.11.1X.26500X|0X7/4=165.165KN.M轨道梁截面面积：S=67.16cm2(Tmax二Mmax/S=(Mq+MP)/S=(19.099+165.165)/67

7、.16=274MPa其中，偏载系数K仁2;可变载荷的分项系数K2=1.2;冲击系数K3=1.1;各单元排受力不均匀系数K4=1.1。3改进措施通过分析可知，该简易龙门吊结构设计完全符合安全性能要求，但是轨道梁的受力和刚度仍然相对还是有点大，可以进一步优化和改进。由于简易龙门吊的结构简单，受风力影响比较小，所以本文没有考虑受风载时的情况，如果想使计算结果进一步精确可以对受风载时的机构进行受力分析。同时可以对机构进行模态分析，确定出机构的固有频率，从而避开其固有频率。考虑到实际焊接后材质的变化、韧性的降低、区域内应力增加，特别是轨道梁和立柱之间的焊接可以在优化过程中重点考虑。4结语本文基于有限元法的数值模拟技术，采用ANSYS软件，对简易龙门吊的结构进行了分析，并与材料力学的计算结果进行了对比，得到了较真实可信的应力应变结果，可以看出借助于先进的计算机仿真技术,不但可以在开发初期就可对其结构进行优化，而且大大缩短了产品生产周期，减少了成本。参考文献1陈玲