現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展推動了一系列的工程建設(shè),特別是國家在石化、風電及核電的建設(shè)為履帶起重機提供了充分的發(fā)展條件。履帶起重機是現(xiàn)代化建設(shè)中必備的工程機械,由于作業(yè)環(huán)境的多樣性、帶載行駛、爬坡等特殊的工作狀態(tài)為履帶起重機的設(shè)計提出更高的要求。履帶起重機的設(shè)計水平直接影響到吊重量和工作的安全性,產(chǎn)品的設(shè)計必須用力學分析來校核,根據(jù)力學分析的結(jié)果對其設(shè)計提出合理的改進和要求,為其提供可靠的計算依據(jù)。這樣,力學分析在起重機的設(shè)計過程中的重要性也就越來越大,準確的計算數(shù)據(jù)和結(jié)果是設(shè)計出高效和安全的起重機的必要條件。本文就是通過對履帶起重機的計算,為臂架和下車進行了詳細的力學受力分析,并通過計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)提出修改和意見,通過ANSYS的優(yōu)化功能,最終得到轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,既滿足了結(jié)構(gòu)的剛度和強度要求,又減少了材料,降低了生產(chǎn)成本,實現(xiàn)了高效、安全的履帶起重機設(shè)計方案。針對履帶起重機的結(jié)構(gòu)組成,將履帶起重機分為上車(主要為臂架)和下車(包括履帶梁、轉(zhuǎn)臺、車架和四輪一帶),本文主要根據(jù)履帶起重機的不同的組成部分分別進行了不同的力學分析,具體的工作內(nèi)容和研究成果如下：
1)主臂的解析法和有限元計算。首先利用解析法,根據(jù)公司設(shè)計人員最初提供的數(shù)據(jù)對主臂危險工況進行校核,由于主臂最大吊重工況時,主臂的軸力最大,主弦桿最危險,所以將主臂最大吊重工況定典型工況。在該工況下,計算主臂弦桿的應力,根據(jù)計算結(jié)果初步設(shè)定臂架的大部分尺寸,反饋給公司技術(shù)人員。其次,建立主臂的三維模型,利用網(wǎng)格劃分工具,建立主臂的有限元模型,在ANSYS中組裝并進行靜力計算,并與解析法計算結(jié)果進行對比,確定計算結(jié)果的準確性,為設(shè)計提供可靠的計算依據(jù)。對最長主臂進行穩(wěn)定性分析,首先根據(jù)材料力學計算細長桿臨界力公式,得出解析法計算結(jié)果,其次基于ANSYS特征值屈曲計算方法,計算屈曲載荷,與解析法計算結(jié)果進行對比,并分析計算結(jié)果。
2)下車的有限元計算。對于轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)進行靜力計算,選取典型工況,對其進行約束加載,分析計算結(jié)果并提出轉(zhuǎn)臺有很大的優(yōu)化空間,制定初步優(yōu)化方案,為下面轉(zhuǎn)臺優(yōu)化作出鋪墊。對于履帶梁和車架進行組裝計算,利用ANSYS的接觸單元來模擬實際的受力狀況。利用ANSYS接觸單元來模擬實際的連接方式,給出計算結(jié)果的詳細分析,保證了設(shè)計有據(jù)可尋,明確了下車的受力狀況。
3)轉(zhuǎn)臺的優(yōu)化計算。根據(jù)對轉(zhuǎn)臺靜力計算結(jié)果的分析,經(jīng)過與公司技術(shù)人員協(xié)商,對轉(zhuǎn)臺整體外形輪廓板厚度進行優(yōu)化。將這些板的厚度設(shè)為設(shè)計變量,基于ANSYS中的優(yōu)化模塊,對履帶起重機轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,在保證足夠的剛度和強度的前提下,精減材料,降低產(chǎn)品重量,節(jié)約生產(chǎn)成本。優(yōu)化的思想為計算結(jié)果提升了高度,設(shè)計日漸成為設(shè)計的最終目標。
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