拱架对门式起重机金属结构受力影响研究

【摘要】：门式起重机是一种用途十分广泛的大型起重机械。金属结构是其重要的组成部分,也是最主要的承载结构。一台门式起重机其金属结构占整车重量的比重可达50%以上。重量过大,不但会消耗过多资源,还会给生产制造、安装维护等环节增加困难,造成综合成本提高。 本文以双主梁斜支腿带悬臂的通用门式起重机为研究对象。这种结构形式的门式起重机在主梁与支腿连接处都有拱架结构,用以抵御主梁向内并拢。由于设置了拱架,这类起重机的金属结构成为空间超静定结构,也造成整车自重增加,安装难度增大。而拱架结构是否为此类起重机的必需结构国内很少有学者进行研究。 基于此,本文在深入研究通用门式起重机金属结构形式,并理清其传统的设计、计算、校核方法与流程的基础上,进行了如下的研究工作： (1)研究及推导了门式起重机金属结构的内力计算公式。基于结构力学力法原理,通过将空间问题化简成平面问题,分别在各不同平面内对结构进行受力分析,对内力计算过程及公式进行详细推导。 (2)推导了小车轨顶相对水平位移计算公式。在有拱架与无拱架两种结构形式下,分别对门式起重机小车轨道顶端相对水平位移计算的详细过程及公式进行推导。 (3)验证了该类门式起重机不带拱架结构形式的可行性。基于通用有限元软件ANSYS的建模、分析及计算。以一台型号为QM5030的门式起重机为实例,通过其有拱架与无拱架两种金属结构形式的应力及变形等情况,验证不带拱架的可行性。 (4)总结了拱架对门式起重机金属结构受力影响规律。分别单独改变起重量与跨度两个参数,通过对比,分析拱架对金属结构受力影响的变化情况。 通过对比分析计算结果,可知拱架的主要作用在于降低主梁水平位移量,尤其当起重量与跨度均较大时,其抵御主梁向内并拢作用显著。但是,当跨度和起重量减小时,即使将金属结构设计成不带拱架的形式,其性能也完全可以满足设备的使用要求。并且去掉拱架以后,结构自重显著降低,得以达到直接降低自重的效果,对节约资源与节省成本有很大意义。同时,不带拱架的结构形式设计,为门式起重机减重方法研究及结构创新设计研究均提供了有益的参考。