论文转载 | 岸边桥式起重机大车车轮结构优化设计

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作者:龙有强

北海职业学院.广西 北海536000

摘 要:运用Solidworks和ANSYS Workbench软件对现在港口岸边桥式起重机的大车车抡进行了静力学和模态 分析.确定车轮的模态固有频率和振型之间的关系,本文在不牺牲零件原有性能的建础上.对车轮进行优 化.综合变形量增加了 15.4% .最大应力值增大了 10.8%;车轮固有频率整体增幅最大值为8.43%,全部能 满足使用,性能,重量减少了 1.94%.为往后的设计研究工作提供重要的参考。

关键词车抡;静力学分析;模态分析;结构优化

中图分类号 G356.6

引言

岸边桥式起重机通常是在港口企业的码头前沿进行 集装箱装卸或者散货装卸作业的专用设备.是现代港口 码头作业的最主要工具.在港口起重装卸过程中承担着 十分重要的作用,是港口物流转运环节中不可或缺的一 种设备。大车行走机构是用于实现整台起重机沿若轨道 进行水平运动。大车行走机构一般由4组行走台车构 成,每组台车有8至12个轮子,也称之为大车车轮⑴。 行走台车通过中间平衡梁、大平衡梁与门框的下横梁皎 接,整个岸边桥式起重机的重量通过4个支点均布地分 到行走台车上。作为该设备一个关键性的零件.大车车 轮的性能对设备正常运行至关重要。车轮的设计缺陷会 使岸边桥式起重机的运行阻力增加.电能的消耗也会随 之增加,从而加剧起重机零件的损耗.影响使用寿命.严 重的甚至出现重大安全事故,危及人身安全.造成重大经 济损失.因此.对车轮零件的结构优化设计是有现实意义的⑵。

额定负载为50 I的岸边桥式起重机是港口起重装卸 的常见机型,本文以50 I港口岸边桥式起重机为研究对 象,运用Solidworks进行模型建立,再运用ANSYS Workbench对起重机大车车轮进行静力学及动态特性分 析.确定模态频率和结构振型的关系,通过结构优化.提 高车轮的刚度和稳定性•为后续港口岸边桥式起重机的 设计提供参考⑴。

图1车轮三维模型

1车轮模型创建

采用Solidworks三维绘图软 件,建立岸边桥式起重机大车车轮 仿真模型(如图1所示)。

大车车轮仿真模型在建模过 程中,人为去掉了车轮中的键槽、 键、倒角及工艺孔等。因模型局部特征微小的改动对整个车轮的整体刚度和质屋的分析影响较小,为了便于后续在ANSYS中进行有限元分析,便对以上局部结构进行了简化'。本模型采用国内某起重 机制造企业生产的50 t岸边桥式起重机大车车轮的尺 寸.桥式起重机大车运行机构的大车车轮采用65 Mn材 质3 .其相关力学性能如表1所示。

表1大车车轮有关力学性能

建好分析模型后.把Solidworks模型文件保存为“x_t” 格式•将文件导入到ANSYS中,在Engineering Data的设 置中对大车车轮材料的弹性模量、泊松比和密度等按照表 1进行设置.即材料选择65 Mn.密度设置为7 810 kg/m3. 弹性模量为210 GPa,泊松比为().28.屈服强度设置的临 界值为不小于785 MPa.抗拉强度设置为不大于 980 MPa。在网格划分方面,为了便于模型细节特征保 留和降低计算成本,一般采用四而体单元类型的网格.网 格的单元大小为10 mm.过渡方式采用Slow.网格密度 类型为粗糙类型,节点数为316 575.单元数为209 928。 在边界条件设置中.载荷和约束是主要条件。根据岸边 桥式起重机的规格.可知道其最大设计轮压的平均值为 566 kN⑹.假设车轮承受的为最大轮压.载荷的作用点设 置在车轮轴孔.约束则作用在车轮的外园面上。

2静力学分析

静力学分析是指在不考虑阻力对其结构体影响和惯 性的条件下.对结构体变形以及应力分布进行分形。通 过ANSYS中静力学分析可以找出岸边桥式起重机大车 车轮结构中的薄弱的地方.数据及直观位置的显示为提 高起重机大车车轮稳定性优化提供重要的理论依据。在 建立大车车轮有限元模型后,考虑到岸边桥式起重机在 工作时主要承受来n设备本身及起吊货物引起的垂直方 向的载荷.按照实际工作状态对其进行约束和加我的设 置。通过软件对车轮静力学方面的求解,得到车轮模型 的综合变形及变形云图.如图2所示。最大的综合变形 虽为17.358 pm.位置位于车轮轴孔壁上,此处的形变对

 

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