第１期 机械设计与制造 ２０１３年１月 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ９５ 电动单梁桥式起重机整机力学性能研究 范勤，董海涛，魏国前 （武汉科技大学机械学院，湖北武汉４３００８１） 摘要：针对广泛使用的电动单梁桥式起重机，采用有限元技术对其整机金属结构的力学性能进行了详细分析。首先利 用三维ＣＡＤ软件构建了整体金属结构的几何模型，然后采用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件，基于ＡＮＳＹＳ模板建立了整机的有限元模 型，并将约束设置在车轮位置。结合起重机载荷组合的特点，考虑起重机在运动状态下的动载效应，设计了典型的计算工 况。在ＡＮＳＹＳ中计算了结构在不同工况下的应力和位移，获得了结构的静强度和静刚度，根据计算结构对主梁和端梁的 力学性自 进行了分析，提出了相应的设计建议。 关键词：单梁桥式起重机；有限元；力学性能 中图分类号：ＴＨ１６；ＴＨ２１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０１—００９５２０３ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｂｒｉｄｇｅ－Ｃｒａｎｅ’ｓ Ｏｖｅｒａｌｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＦＡＮ ｑｉｎ，ＤＯＮＧ Ｈａｉ－ｔａｏ，ＷＥＩ Ｇｕｏ－ｑｉａｎ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｂｅｉ Ｗｕｈａｎ ４３００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｉｄｅｌｙ－ｕｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｉｎｇｌｅ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ ｃｒａｎｅ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅ咖ｒｍ ｅｓ ｏｆｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＦＥＭ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｅｇｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａ￥ｂｕｉｌｄ ｕｐ ｉｎ ＣＡＤ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ＥＡ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ＡＮＳＹＳ ｐｒｏｉｆｌｅ ＷｔＩ￥ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｉａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｌｏｃａｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｃｅｎｔｒｏ ｃｌ０ｓｎｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｆｅｃｔ ｆｏ ｅ ｅｒｏ１１￣’ｓ ｌｏａｄｓ ｉｎ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ｔｙｐｉｃａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｏａｄｓ’ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｃｉ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｂｙ ＡＮＳＹＳ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｎａｄｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’Ｓ ｓｔｔａｃｉ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔｔａｉｃ ｉｒｇｉｄｉｔｙｗｅｒｅ ｏｂｔｉａｎｅｄ．Ｔｈｅ ｅｍｃｈａｎｉｃａｌｐｅｏｒｏｒｍ￣ｅｓ ｆｏｔｈｅ ｍａｉｎ￣ｒｅｄｒ ａｎｄ ｅｎｄ￣ｒｅｄｒｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｒｅｌｅｖａｎｔｄｅｓｉｇｎ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ￣ Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ－Ｃｒａｎｅ；Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ １引言 等主摹部件组成。主梁由工字钢Ｉ３０ａ和箱型梁焊接而成，在工字 起重机被广泛应用于国民经济建设的各个领域和部门，减 钢的下翼缘焊接了一块为（１ １０ｘｌ６）ｍｍ的钢板，以增加主梁的刚 轻了笨重的体力劳动，提高了作业效率，是现代工业生产中不可 度抗弯强度，端梁为箱型结构，主梁和端梁由螺栓连接。主梁和端 缺少的重要物流机械设备。目前国内设计使用的起重机，是以传 梁剖面图，如图１所示。 统的工程力学为基础，结合设计使用经验，通过大量的简化处理， 计算出所需的强度和刚度【ｌ－２１。由于设计中的简化处理，不能准确 的描述起重机在各种工况下的受力情况和整体陛能。 与传统力学方法相比，有限元方法具有更高的计算精度，可 以对复杂模型进行整体分析。文中利用有限元方法，使用有限元 软件ＨＹＰＥＲＷＯＲＫＳ和ＡＮＳＹＳ对某电动单梁起重机的整体模 型进行了分析，不仅对多工况下主梁的受力情况进行了分析１３１，还 （ａ）单梁起重机结构图 （ｂ）主梁 （ｃ）端梁 对端梁的受力情况进行了分析，并结合分析结果，对端梁和主梁 图１单梁起重机结构图和主、端梁剖面图 的连接处进行了适当的加固处理。 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ－Ｃｒａｎｅ ａｎｄ ２模型建立 ｉｔ’Ｓ Ｍａｉｎ ａｎｄ Ｅｎｄ Ｇｉｒｄｅｒ ２．１单梁起重机结构组成及主要性能参数 其主要性能参数：起升重量为１０ｔ；大车运行速度为３０ｍ／ａｒｉｎ； 以某厂设计的ｌＯｔ／１２．６ｍ电动单梁桥式起重机为研究对象， 电动葫芦起升速度为７ ｍ／ｍｉｎ；电动葫芦运行速度为２０ ｍ／ｍｉｎ；起升 该起重机由主梁和两条端梁、电动葫芦、大车运行机构、电气设备 高度７ｍ；工作级别为Ａ５。 来稿日期：２０１２－０３—１０ 基金项目：武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室开放基金（２００９Ａ１１）； 武汉科技大学绿色制造与节能减排科技研究中心开放基金资助（Ｂ１００３） 作者简介：范勤，（１９６０一），湖北武汉人，教授，主要研究方向：起重机金属结构的现代设计方法研究
