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某鋼廠120 t/30 t/10 tX27.6m橋式起重機(jī)現(xiàn)已使用多年。該起重機(jī)的強(qiáng)度剛度如何，能否繼續(xù)使用，是安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。為此，特應(yīng)用有限元分析程序，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，對該橋式起重機(jī)進(jìn)行了多種工況的分析研究，并與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，為確定其使用壽命提供依據(jù)。
因無設(shè)計(jì)圖紙，特對120 t/30 t/10 tX27.6m橋式起重機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場測繪，獲得該橋機(jī)主梁及端梁的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。對于現(xiàn)場無法測量的主梁及端梁腹板設(shè)計(jì)參數(shù)，則參照橋式起重機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)確定。
橋式起重機(jī)由兩個(gè)主梁及兩個(gè)端梁組成，為對稱箱型焊接結(jié)構(gòu)。主梁及端梁內(nèi)部均焊有隔板，為偏軌箱型結(jié)構(gòu)。小車運(yùn)行軌道安裝在主梁T型鋼處。T型鋼與主腹板焊接為一體。根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作載荷的對稱性，取該橋式起重機(jī)1/2結(jié)構(gòu)為研究對象，選取有限元分析程序中QUAD4三維板單元作為基本單元。計(jì)算參數(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)：22961；單元總數(shù)：23074。
橋式起重機(jī)可在特定軌道上行走，主梁可簡化為簡支梁。故確定結(jié)構(gòu)邊界約束條件如下：約束各主梁行走支承中心點(diǎn)處垂直z方向位移；同時(shí)約束左側(cè)主梁行走支承中心點(diǎn)處的水平x方向位移；并限制橋式起重機(jī)兩端梁對稱面上各點(diǎn)水平Y(jié)方向位移，以增加對稱約束。
經(jīng)測量，小車輪距約為52m。因無法確定小車輪壓，計(jì)算分析時(shí)，假定輪壓等值均布按集中力方式作用于主梁相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。
由實(shí)測結(jié)果知，小車自重約為42 t為便于與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比，確定載荷工況如下：
(1)實(shí)驗(yàn)載荷工況(不計(jì)橋機(jī)自重，小車自重42 t)；
工況1：小車運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為85 t
工況2：小車運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為90 t
工況3：小車運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為96 t
工況4：小車運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為99 t
工況5：小車運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為109 t
(2)考慮結(jié)構(gòu)自重影響，設(shè)計(jì)載荷工況(考慮橋機(jī)自重)：
工況6：橋機(jī)主梁及端梁自重載荷；
工況7：小車空載運(yùn)行至距主梁左端520；
工況8：小車滿載運(yùn)行至主梁跨中，提升載荷為120 t；
工況具小車滿載運(yùn)行至距主梁左端520提升載荷為120 t；
從計(jì)算結(jié)果來看，當(dāng)小車運(yùn)行至主梁中部，在85 t 90 t 96 t 99 t 109 t等提升載荷作用下，橋機(jī)主梁將產(chǎn)生一定的下?lián)虾蛻?yīng)力。由于在線彈性范圍內(nèi)，隨著提升載荷的增加，主梁變形及應(yīng)力呈線性分布，分布規(guī)律基本一致。
當(dāng)小車運(yùn)行至主梁中部時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變最大值將發(fā)生在主梁跨中對稱截面上。小車位于跨中、提升載荷為90 t時(shí)，主梁跨中對稱截面位移、及VON MISES等效應(yīng)力分布見圖，由于小車輪壓只作用在T形鋼一側(cè)，將引起主梁截面少量扭轉(zhuǎn)。此時(shí)，上蓋板主要受壓應(yīng)力作用，下蓋板主要受拉應(yīng)力作用，與T形鋼焊在一起的主腹板及副腹板上部(靠近上蓋板一側(cè))為壓應(yīng)力，下部(靠近下蓋板一側(cè))為拉應(yīng)力，中性軸約在腹板中部。圖中所標(biāo)數(shù)值為測點(diǎn)處的應(yīng)力值。
不同提升載荷作用于跨中時(shí)，主梁中部對稱截面上各測點(diǎn)處的位移、主應(yīng)力及MISES等效應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。
為全面地了解橋機(jī)主梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，對120額定載荷作用時(shí)橋機(jī)主梁的應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)行了分析研究。
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