异常工况对450吨吊车关键零部件强度刚度影响的有限元分析研究

摘要

桥式起重机在离地很高的轨道上运行，是现场使用领域最广、数目最多的一类起重机械。起重机的动态运行和大型化、重载以及运行环境恶劣的特点导致设备经常出现运行异常的情况。轮轨是连接桥式起重机运行机构和支撑结构的关键部件，对起重机的安全运行起着至关重要的作用。然而桥式起重机的支撑结构在生产中不可避免的会由于制造、安装和使用等原因使得轨道发生变形，影响轮轨的接触状态，甚至发生啃轨、断轨的现象。
　　包钢厂房450吨桥式起重机在投产使用三年就发现啃轨严重、轨道频繁断裂的现象，经实测发现相邻轨道的跨距、水平度和直线度均超出规范要求存在异常情况，这些异常对起重机轮轨接触的影响是现场和设计部分所关心的。为查明变形的原因有必要对异常工况下轮轨的接触状态以及起重机系统主要钢结构件进行分析研究。传统的经典力学理论对模型的要求过于理想化并不能反映结构的真实受力情况。本文利用有限元方法以450吨桥式起重机系统结构为研究对象其对轮轨接触状态、运行机构和主要支撑结构进行全面的分析研究，主要研究内容包括以下几点：
　　1）结合起重机啃轨问题的研究现状进行针对性的理论分析，对轮轨接触、桥架结构和支撑结构受力进行分析。运用经典力学理论建立物理模型，分别施加结构在最危险工况下的外载荷进行计算，对所得数据进行分析。
　　2）依据分析要求以及相关设计图纸，应用三维建模软件Solidworks建立轮轨结构、运行机构和支撑结构的有限元分析模型。
　　3）结合现场实测数据利用有限元软件 ANSYS对比分析在不同轮压载荷和轨道跨距、直线度、水平度异常工况下的轮轨接触应力和接触压强的分布情况，为啃轨问题提供理论依据。
　　4）针对现场实测结果存在的问题对起重机运行机构和支撑结构进行有限元强度和刚度分析，寻找桥式起重机结构系统的薄弱环节，并提出合理解决措施。
　　本文对异常工况下起重机轮轨的接触状态以及大车运行机构和支撑结构的强度刚度进行了有限元分析，给出了异常工况下轮轨接触应力的变化情况以及运行机构和支撑结构的强度和刚度的变化情况，指出了支撑结构的薄弱环节并提出了相应的改进措施，为啃轨现象提供了理论依据和解决措施。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状

1.3 桥式起重机结构

1.4 有限单元法简介

1.5 课题主要研究内容

2 大型桥式起重机结构特点和受力分析

2.1 桥式起重机主要结构和参数

2.2 支撑结构关键零部件受力分析

2.3 本章小结

3 异常工况对轮轨接触状态的影响

3.1 轮轨有限元模型的建立

3.2 有限元计算结果分析

3.3 本章小结

4 桥式起重机大车主梁有限元分析

4.1 桥架结构有限元模型的建立

4.2 网格划分

4.3 载荷和约束的添加

4.4 主梁分析结果

4.5 本章小结

5 起重机支撑结构有限元分析

5.1 支撑结构有限元模型

5.2 有限元模型前处理

5.3 支撑结构强度和刚度分析

5.4 吊车梁制动结构改进分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢