門座起重機臂架設計淺析

 

    1臂架結構型式及選用門座起重機臂架結構型式通常可分為兩種：一種是實體式，另一種是桁架式。

 

    實體式是指整個臂架主要為單根變截麵箱型梁型式（），沒有複雜的杆係。實體式臂架由於結構簡單、綣護方便，在小幅度的門座起重機上被廣泛地選用。九院過去幾十年所設計的大量門座起重機
，幅度在40米左右的四連杆組合臂架式門座起重機，其臂架大多都是采用實體式。

 

    桁架式臂架包括圓管式桁架結構和箱型大杆桁架結構
、以及兩種截麵型式同時出現的混合結構。圓管式桁架結構的臂架（）duoyongzaidanbijiamenzuoqizhongjizhong，yinweidanbijiamenzuoqizhongjibijiajiaochang，yuanguanshihengjiajiegoudebijiajiaoqitaxingshidebijiazhongliangqing，erqiewaiguanxiandeqingqiaoliuchang。zaibeihaichuanchangdeliangtaidanbijiamenjishejizhongyonghujiuzhidingbijiaweiyuanguanshihengjiajiegou，zheliangtaiqizhongji*大吊重分別為32噸和45噸，*大幅度都為76米，其幅度之大在單臂架門機中也很少見。箱型大杆桁架的臂架（）多用在大幅度的四連杆門座起重機中
，因為該類門座起重機的臂架受力較大
，其箱型截麵大都在1000*1000左右

，用焊接的箱型結構製造工藝性好
，所以在大幅度的四連杆門座起重機中
，較多選用箱型大杆桁架結構型式的臂架。滬東、中華船廠的S4073

、S4576和S4058門機
，大連船廠的S4073和S4062門機，上海船廠的S4070門機
，渤海船廠S3262門men機ji，其qi臂bi架jia都dou為wei箱xiang型xing大da杆gan桁heng架jia結jie構gou。這zhe種zhong型xing式shi的de臂bi架jia自zi重zhong優you勢shi介jie於yu圓yuan管guan桁heng架jia式shi臂bi架jia和he實shi體ti式shi臂bi架jia之zhi間jian
，箱xiang型xing截jie麵mian尺chi寸cun較jiao大da，工gong藝yi性xing好hao。借jie助zhu力li學xue分fen析xi軟ruan件jian對dui箱xiang型xing截jie麵mian的de尺chi寸cun確que定ding相xiang對dui容rong易yi，但dan箱xiang型xing大da杆gan連lian接jie處chu的de節jie點dian處chu理li較jiao為wei困kun難nan。

 

    此外還有一種混合結構的臂架（），其桁架杆中既有箱型截麵的杆件
，又有圓截麵的杆件。上海船廠150噸(dun)杠(gang)杆(gan)滑(hua)輪(lun)組(zu)補(bu)償(chang)的(de)單(dan)臂(bi)架(jia)門(men)機(ji)就(jiu)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)混(hun)合(he)結(jie)構(gou)型(xing)式(shi)
，這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)綜(zong)合(he)了(le)箱(xiang)型(xing)截(jie)麵(mian)桁(heng)架(jia)和(he)圓(yuan)管(guan)桁(heng)架(jia)的(de)優(you)點(dian)
，既(ji)能(neng)承(cheng)受(shou)大(da)載(zai)荷(he)
，又(you)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)工(gong)藝(yi)性(xing)。通(tong)過(guo)對(dui)臂(bi)架(jia)的(de)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)
，將(jiang)受(shou)力(li)較(jiao)小(xiao)的(de)箱(xiang)型(xing)截(jie)麵(mian)腹(fu)杆(gan)，在(zai)長(chang)細(xi)比(bi)滿(man)足(zu)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)
，用(yong)小(xiao)截(jie)麵(mian)鋼(gang)管(guan)代(dai)替(ti)，還(hai)減(jian)薄(bo)了(le)箱(xiang)型(xing)弦(xian)杆(gan)的(de)板(ban)厚(hou)，使(shi)臂(bi)架(jia)前(qian)部(bu)的(de)桁(heng)架(jia)部(bu)分(fen)重(zhong)量(liang)減(jian)輕(qing)，從(cong)而(er)使(shi)臂(bi)架(jia)整(zheng)體(ti)重(zhong)心(xin)向(xiang)臂(bi)架(jia)根(gen)部(bu)移(yi)動(dong)，可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)平(ping)衡(heng)重(zhong)。

 

    2設計要點**

，duifudujiaodadedanbijiaqizhongji
，zaibijiadeshejizhongyouxianxuanyonghengjiashi，youqishiduijiaochangdeshouwanbijia。yinweihengjiajiegouxingshizhongliangxiangduiqing，yingfengmianjixiao，zhexietedianduitigaozhengjidewendingxingyouhendadezuoyong。

 

    第di二er，在zai桁heng架jia結jie構gou的de臂bi架jia中zhong盡jin量liang采cai用yong圓yuan管guan加jia節jie點dian板ban結jie構gou，也ye可ke采cai用yong圓yuan管guan與yu箱xiang型xing大da杆gan組zu合he的de結jie構gou型xing式shi。因yin為wei桁heng架jia結jie構gou中zhong腹fu杆gan一yi般ban受shou力li較jiao小xiao，所suo以yi截jie麵mian也ye較jiao小xiao
，若ruo采cai用yong焊han接jie箱xiang型xing結jie構gou焊han縫feng較jiao多duo，同tong時shi細xi長chang的de杆gan焊han接jie變bian形xing控kong製zhi較jiao難nan。圓yuan管guan加jia節jie點dian板ban結jie構gou就jiu可ke以yi克ke服fu這zhe些xie難nan點dian，工gong藝yi性xing也ye大da大da改gai善shan。

 

    第三，杆件連接處的節點處理要特別注意，連接既要可靠
，又要有良好的工藝性。

 

    下麵列舉幾種常見的節點處理方法。

 

    其一是大截麵箱型弦杆與小截麵箱型腹杆連接（）
，zhezhonglianjiewentizaiyujiemiandechicundaxiaolianggefangxiangbutong，erlianjieyaoqiujiemianzhongxinzhonghe，yincixiaojiemiandefuganyudajiemiandexianganxiangjiaoshi，bixuzaixianganneichenxiaojinban。xiaojinbanduizhunfuganxiangxingmianban，tongshiyuxianganxiangxingjiemiandefubanhanjie，yibianjiangfugandelichuandidaoxianganshang。

 

    其二是同樣截麵的箱型杆連接（），隻需在弦杆內加橫隔板對準腹杆的麵板。另一個方向由於尺寸相同，麵板自動對準。

 

    其三是圓型和箱型截麵杆的連接（）。圖中
，弦杆是箱型截麵梁，腹杆是鋼管。

 

    水shui平ping和he垂chui直zhi的de圓yuan管guan夾jia一yi塊kuai節jie點dian板ban直zhi接jie焊han接jie在zai弦xian杆gan上shang。其qi節jie點dian板ban要yao對dui準zhun箱xiang型xing弦xian杆gan內nei的de橫heng隔ge板ban

，並bing和he麵mian板ban開kai坡po口kou焊han接jie，圓yuan管guan與yu麵mian板ban和he節jie點dian板ban隻zhi需xu單dan麵mian角jiao焊han縫feng即ji可ke。斜xie的de圓yuan管guan采cai用yong如ru圖tu所suo示shi連lian接jie
，圓yuan管guan作zuo45度對稱切角

，中間夾節點板，切口處用橢圓形板封焊。

 

    在zai以yi上shang兩liang種zhong節jie點dian處chu理li中zhong，凡fan有you節jie點dian板ban處chu箱xiang型xing弦xian杆gan內nei都dou要yao有you橫heng隔ge板ban或huo小xiao筋jin板ban對dui準zhun
，以yi保bao證zheng腹fu杆gan的de力li傳chuan遞di到dao弦xian杆gan上shang，同tong時shi節jie點dian也ye有you足zu夠gou強qiang度du。

 

    此外，節點板的布置要使箱型弦杆內所需對準的筋板盡量少。因此節點板與箱型弦杆內的橫隔板應在同一平麵（），這樣隻需一塊橫隔板即可對準所有的節點板，製造簡化。

 

    2有限元分析臂架有限元分析中，計算常用ANSYS軟ruan件jian。該gai軟ruan件jian雖sui然ran很hen複fu雜za，前qian處chu理li也ye不bu太tai方fang便bian，但dan對dui臂bi架jia進jin行xing力li學xue分fen析xi隻zhi需xu用yong其qi一yi兩liang種zhong單dan元yuan即ji可ke，建jian模mo時shi隻zhi需xu畫hua關guan鍵jian點dian和he直zhi線xian
，操cao作zuo很hen簡jian單dan。但dan有you其qi後hou處chu理li功gong能neng強qiang大da
，可ke以yi得de到dao很hen多duo需xu要yao的de結jie果guo。如ru單dan元yuan的de軸zhou向xiang應ying力li、彎曲應力、以及兩力合成，節點在三個坐標方向的變位，畫出單元的應力圖，生成臂架受力後的變形動畫，此外還有約束處的支反力、臂架自重等。下麵就運用ANSYS軟件對臂架進行力學分析時要注意的問銓
，作些說明。

 

    **，單元類型的選擇。在門機的臂架中，杆件的截麵都是對稱的圓截麵或矩形截麵
，因此大都選用三維對稱梁單元BEAM4.在(zai)對(dui)箱(xiang)型(xing)大(da)杆(gan)桁(heng)架(jia)結(jie)構(gou)臂(bi)架(jia)的(de)分(fen)析(xi)中(zhong)借(jie)助(zhu)計(ji)算(suan)機(ji)

，而(er)采(cai)用(yong)手(shou)算(suan)，一(yi)般(ban)是(shi)將(jiang)力(li)學(xue)模(mo)型(xing)簡(jian)化(hua)為(wei)鉸(jiao)接(jie)的(de)桁(heng)架(jia)
，這(zhe)樣(yang)雖(sui)然(ran)可(ke)使(shi)計(ji)算(suan)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)，但(dan)計(ji)算(suan)出(chu)的(de)結(jie)果(guo)卻(que)比(bi)剛(gang)接(jie)節(jie)點(dian)的(de)要(yao)小(xiao)。平(ping)時(shi)計(ji)算(suan)中(zhong)都(dou)認(ren)為(wei)按(an)鉸(jiao)接(jie)計(ji)算(suan)偏(pian)於(yu)安(an)全(quan)
，所(suo)以(yi)在(zai)手(shou)算(suan)中(zhong)經(jing)常(chang)采(cai)用(yong)。在(zai)ANSYS軟件中有對應的link8sanweigandanyuan，jianmoyeshihuaguanjiandianhezhixian
，huafenwanggehouzidongshengchengjiaojiedejiedian。danshijiqingkuangshiyouyuganjiandezizhong，zaijiaojiejisuanmoxingzhongdoujiadaojiedianshang，ermeiyoujiejunbuzaihejiadaoganjianshang；還有因杆件偏心以及受力後變形引起的附加彎矩等種種因素，導致剛接節點模型計算出的應力比鉸接節點模型計算出的應力大
，約大20%左右。簡化為剛性節點的模型與實際結構節點的性質更吻合，所以應采用剛節點的模型而不應該采用鉸接節點模型。

 

    第二，建模中複雜部分處理方法。在建模時常遇到臂架鉸點、toubuhuogenbudengganjianbuqingxichu，zhexiedifangdoushijiaodadexiangxinghuozhongjiankaikongjiaoduo
，meiyouqingxideganjianzhongxinkequ
，yinciyaojianliyushijihenjiejindemoxingshihenfeishifeilide。erduibijiadeyouxianyuanfenxiguanjianzaiyudechu*優的截麵尺寸，很快的確定出臂架的*大應力和估算出重量；至於局部細節要在施工圖中才能*後確定；所(suo)以(yi)沒(mei)有(you)必(bi)要(yao)建(jian)出(chu)細(xi)部(bu)的(de)真(zhen)實(shi)模(mo)型(xing)。在(zai)建(jian)模(mo)時(shi)隻(zhi)要(yao)定(ding)好(hao)杆(gan)件(jian)中(zhong)心(xin)的(de)位(wei)置(zhi)，以(yi)及(ji)各(ge)杆(gan)件(jian)中(zhong)心(xin)交(jiao)點(dian)的(de)準(zhun)確(que)位(wei)置(zhi)即(ji)可(ke)。至(zhi)於(yu)局(ju)部(bu)處(chu)就(jiu)用(yong)比(bi)一(yi)般(ban)杆(gan)件(jian)截(jie)麵(mian)特(te)性(xing)大(da)一(yi)兩(liang)倍(bei)的(de)數(shu)值(zhi)賦(fu)以(yi)其(qi)截(jie)麵(mian)特(te)性(xing)。這(zhe)樣(yang)既(ji)能(neng)減(jian)少(shao)建(jian)模(mo)工(gong)作(zuo)量(liang)，又(you)能(neng)使(shi)杆(gan)件(jian)部(bu)分(fen)的(de)應(ying)力(li)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)更(geng)趨(qu)於(yu)真(zhen)實(shi)。還(hai)有(you)根(gen)據(ju)分(fen)析(xi)的(de)側(ce)重(zhong)點(dian)不(bu)同(tong)，在(zai)建(jian)模(mo)時(shi)要(yao)靈(ling)活(huo)運(yun)用(yong)。如(ru)對(dui)上(shang)海(hai)船(chuan)廠(chang)150門機臂架（）分析時，就隻對臂架前部桁架部分進行分析。臂架根部箱型結構很複雜，建模難度大，而對前部桁架的分析影響不大；所以就取前部桁架進行分析
，約束桁架根部四個節點

，每個節點都是六個自由度全約束，這跟臂架實際受力情況相同。附150噸門機臂架模型圖和應力結果圖，見和0.0