160+t50+t冶金桥式起重机小车架的结构优化.docVIP

160 t／50 t冶金桥式起重机 小车架的结构优化 株洲天桥起重机股份有限公司 屈小章刘 峰朱会文 摘要：采用有限元计算方法，对冶金桥式起重机小车架进行结构优化分析，优化后的小车更能满足使用 要求。对小车架进行了静力计算和疲劳强度寿命分析，均能满足力学性能要求，且机械性能更优于原方案，并 提出设计过程注意事项和要求。 关键词：冶金桥式起重机；小车架；有限元；优化；分析 Abstract：The paper expounds how metallurgy bridge crane’s trolley frame is optimized by means of finite element method，how the static load is calculated，and how the fatigue life is analyzed．The optimized trolley frame Can not only meet operational requirements but also mechanical performance ones．It also discusses design related problems． Keywords：metallurgy crane；trolley frame；finite element；optimization I analysis 本文采用Solidworks三维建模软件对小车架进 行建模，并采用COSMOSWorks(COSMOS是 SRAC— — StllJctural ResearchAnalysis Corporation 推出的l套强大的有限元分析软件)有限元软件 确定单元类型、材料属性、约束及受力情况，划 分网格后进行求解，得出各节点的变形和受力的 详细数字结果，再对结构进行分析，改善受力薄 弱零部件的强度，对于一些受力比较小的零部件 图1原小车架三维实体模型图 进行优化设计，从而改善小车架的性能，并节约 材料。 1有限元模型的建立 考虑到该小车架结构异常复杂，零部件多， 计算量很大，因此在建模过程中要进行简化处理， 略去并简化了如螺栓孔、倒角和焊缝等对计算结 果影响不大的零件。建立零件的有限元模型，施 加边界约束条件。由于小车架完全对称。为了提 图2优化后小车架三维实体模型图 高运算速度，采用对称约束的方法，小车架的原 三维模型和结构优化后三维模型见图1和图2。 优化后小车架技术参数为：上下盖板厚14 mm， 原小车架的技术参数：上下盖板厚16 mm，腹 腹板厚10 mm，端梁和主动侧梁为l 200 mm，其 板厚12 mm，所有梁高均为l 200咖，质量为 余中间梁、工字梁和异形梁均为1 000 mm，其质 33．2 t，惯性张量L。=299 268．64 kg· m2，L，，= 量为29．2 t，惯性张量L。=264 623．12 kg· n12，L。 140 362．30 kg· m2，L。=424 183．16 kg· m2。 =125 364．11 kg· m2，￡。=377 980．17 kg· m2。 一6— — 《起重运输机械》 2009(9) 万方数据 通过2组数据分析比较可知，优化后的小车 mm，另一端轮压179 kN，偏离主走轮中心位置 架比原小车架节约4 t原材料，且机械性能和惯性 2 889 mm；(2)主梁自重；(3)主起升减速器考 力均优于原小车架。由于原小车架已投放生产和 虑冲击载荷每个为75 kN，采用轴承载荷；(4)电 使用，因此其力学性能满足要求，通过有限元分 机座每个为26 kN；(5)主起升卷筒轴承座考虑冲 析小车架的受力情况远远满足使用要求，下面对 击后的载荷每个为82 kN；(6)定滑轮座420 kN。 优化后的小车架进行力学计算分析。 工况2和工况1的受力类似，主要承受6个载 2有限元的静力计算 荷，具体为：(1)副小车轮压235 kN，偏离主走 轮中心位置304 mnq，另一端轮压179 kN，偏离主 实体建模完成后，用有限元软件COSMO． 走轮中心位置2 389 mm；(2)主梁自重；(3)主 SWorks导入模型。设定各焊接件本身无缺陷，焊 起升减速器考虑冲击载荷每个为75 kN，采用轴承 接牢固，无虚焊、漏焊、松脱现象，焊接后残余 载荷；(4)电机座每个为26 kN；(5)主起升卷 应力较小，不足以影响分析结果，并创建1个分 筒轴承座考虑冲击后的载荷每个为82 kN；(6)定 析研究名。 滑轮座420 kN。 在研究对话框中填入研究名，静态分析的总 2．3网格控制 体平衡方程R=[K][u]一P定义为线性方程，分 本文选择网格尺寸为80 mm，公差为4 mm， 析类