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 的钢板焊接而成。对龙门起重机进行建模时，所选单元类型为 Link8、Pipe16
2、、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：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，是在支撑架下的箱型梁的底面两端加X,
3、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。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。（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：类风载。（4）考虑2 0偏摆时的水平惯性力该水平惯性力大小为吊重乘以角度大小为2 0的正切值，施加位置和吊重载荷施加
4、位置相同，方向为水平的X向和Z向。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。表一（）名称 结构 整机主结构 箱形梁 钢管最大应力 -86（压）78（拉）26.768 88.414表二（）名称 结构 X 方向 Y 方向 Z 方向最大位移 5.717 -44.571 47.248由于该龙门
5、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,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,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
6、最大压应力为 N=46.54,2N5 的万能杆的稳定系数 min=0.439,N/min=46.54/0.439=106.01 MPa170MPa，所以不会失稳。对于 2196 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 2196 钢管的稳定系数 min=0.856，稳定性应力=86.888/0.856 + 88.414 86.888 = 103.4Mpa140MPa，所以不会失稳。对于 835 的钢管，其应力分布见图 15 示，压应力为 N=40MPa,弯曲应力为 46Mpa,835 钢管的稳定系数 min=0.707，稳
7、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。表一（） 。名称 结构 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 （）名称 结构 X 方向 Y 方向 Z 方向最大位移 13.688 -32.365 63.294由于该龙门
8、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,N/min=67.208/0.6936=96.9 Mpa170Mpa，所以不会失稳。对于型号为 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,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
9、大压应力为 N=54.669,2N5 的万能杆的稳定系数 min=0.439,N/min=54.669/0.439=124.53 Mpa170Mpa，所以不会失稳。对于 2196 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应力为 106.345MPa，2196 钢管的稳定系数 min=0.856，稳定性应力=104.804/0.856 + 106.345-104.804= 124Mpa140MPa，所以不会失稳。对于 835 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,2196 钢管的稳定系数 min=0.707稳定性应力=55.137/0.707 + 59.307-55.137=82.2140Mpa, 所以不会失稳.图 1 单元模型图图 2 整机主结构应力分布图图 3 最大应力分布图图 4 钢管应力分布图图 5 大钢管最大应力分布图图 6 箱形梁应力分布图图 7 箱形梁最大应力分布图图 8 X 方向位移图图 9 Y 方向位移图图 10 Z 方向位移图图 11 2N1 应力分布图图 12 2N4 应力分布图
