MQ60港口门座起重机金属结构有限元计算分析报告

秦皇岛市北戴河通联路桥机械有限公司MQ60港口门座起重机金属结构计算分析报告上海海事大学物流工程学院项目负责人：梁岗2008年2月18日目录目录1一、前言2二、设计标准及规范2三、计算软件3四、有限元计算模型34.1几何模型34.2 材料特性参数64.3约束说明74.4工作工况确定94.5有限元模型的荷载确定104.5.1上部结构作用荷载114.5.2下部结构作用荷载184.5.3工作风载计算20五、有限元计算结果及分析215.1强度计算结果及分析215.2刚度校核345.3臂架稳定性计算35一、前言秦皇岛市北戴河通联路桥机械有限公司为东莞东江大桥（为连续性悬索加劲钢桁梁金属结构）施工设计的MQ60港口门座起重机用于桥梁施工过程期间大型钢结构件的吊装。根据施工要求，主要用于安装主跨钢桁梁及桥面板等构件，属于单臂架全回转式安装起重机。主要行走机构有主起升机构、副起升机构、回转机构和步履行走机构。该起重机可在步履轨道下沿钢桥纵向移动（非吊装工作状态），在步履纵移到工作位置后，通过锚定装置将起重机锚定在已架设的钢梁上，从而达到作业状态。该起重机工作级别为A4，整体自重200吨。1、 工作环境如表1所示。工作环境 表1工作最大风压300N/m2工作环境温度1045相对湿度90非工作风压800N/m22、 主要技术参数如表2所示。主要技术参数 表2整机工作级别A4主、副起升M5变频、回转M4前后移位M3起升高度30m最大/最小吊距9m/30m回转范围360度吊臂长度40m典型工况60t26.5m起重机总功率245kW主钩额定起重量60t副钩额定起重量16t支腿纵向间距16m支腿横向间距18m最大支点反力187t（前点）最大锚固拉力39t（后点）起重机总重200t吊机整机纵移方式液压步履移动二、设计标准及规范计算所依据的设计标准规范均按照起重机设计规范（GB38111983）的有关要求进行计算，其中稳定性计算是按照2007年起重机设计规范（报批稿）的有关要求进行计算。三、计算软件本计算所用软件为美国大型有限元计算分析软件ANSYS11.0。四、有限元计算模型4.1几何模型根据秦皇岛市北戴河通联路桥机械有限公司所提供的MQ60港口门座起重机的设计图纸和该起重机作业的实际情况，我们将该起重机金属结构件分成上、下两部分结构组合整体建模, 其中上部结构包括臂架、转台、人字架、拉杆、主副及变幅驱动装置以及配重等; 下部结构包括支座、支腿、支腿联接杆及行走滑动装置等。上部结构中臂架系统的主、副弦管和人字架采用BEAM189梁单元，臂架系统各联接板和转台采用SHELL93板壳单元，拉杆、主副及变幅钢丝绳采LINK10单元，配重、主副及变幅电机、旋转大轴承以及各刚性区域联接点均采用MASS21质量单元，来建立上部结构有限元几何模型。同时根据实际钢结构情况及计算需要，对其设计结构模型进行单元剖分后共得到7925个BEAM189梁单元，17087个SHELL93板壳单元数，7个LINK10单元，22个MASS21质量单元，其上部结构整体几何模型如图1、2、3所示，其局部模型如图4图11所示。下部结构中支座、支腿及支腿联接杆采用SHELL93板壳单元，各刚性区域联接点均采用MASS21质量单元建立其结构有限元几何模型。同时根据实际钢结构情况及计算需要，对设计下部结构模型进行单元剖分后共得到49150个SHELL93 板壳单元，13个MASS21质量单元，其几何模型如图12、13所示。另外，为简化计算模型，提高计算时效，便于约束和荷载施加，我们将该模型的臂架底部和转台连接处、转台底部（旋转大轴承处）区域、支座上部（旋转大轴承处）区域、支座上部（旋转大轴承处）区域、支腿与支腿连接杆区域、支腿底部滑靴区域以及各MASS21模拟质量单元等处（如配重，主起升、副起升及变幅电机，旋转大轴承）均采用建立刚性区域的方法加以简化。图1 MQ60港口门座起重机上部结构有限元整体几何模型（正视图）图2 MQ60港口门座起重机上部结构有限元整体几何模型（等轴侧视图）图3 MQ60港口门座起重机上部结构有限元整体几何模型（实体图）图4上部结构有限元局部几何模型 图5臂架有限元几何模型 图6臂架头部有限元局部几何模型 图7臂架底部有限元局部几何模型 图8人字架有限元几何模型(正视图) (等轴侧视图)图9转台有限元模型图10转台有限元前部几何模型 图11内部有限元局部几何模型 图12下部结构有限元几何模型 图13下部结构内部有限元几何模型4.2 材料特性参数由于MQ60港口门座起重机是以桥梁结构作为支承的基础，因此对整机重量有着严格的限制。所以在设计过程中，为了尽可能的减少整机重量，同时确保整机强度满足设计要求的情况下，采用Q345B及某些高强度材料。其中臂架系统的主弦管采用起重机臂架专用无缝高强度钢管Q345B，转台旋转大轴承处、支座上下两个盖板和腹板、支腿上下盖板和腹板等局部应力大的部位采用高强度板材Q345B。整机结构所采用材料的性能参数如表3所示。表3力学性能参数材料力学性能抗拉强度Rm(MPa)屈服强度Rel(MPa)弹性模量（kN/mm2）泊松比密度(kg/m3)Q345B470-6303452200.2967.75103Q235B375-5002352060.37.851034.3约束说明在上部结构有限元计算模型中，需对其上部结构底部（即旋转大轴承处）进行位移约束，为便于考察旋转大轴承处支反力的变化情况，在旋转大轴承处建立1个MASS21质量单元节点，和转台底部平面建立刚性区域，从而形成1个刚性节点。并对该1个刚性节点在总体坐标平移和转动的六个分量TX，TY，TZ，RX，RY，RZ进行约束。在下部结构有限元计算模型中，由于模型中四个支腿底端侧向支反力比较大，因此模型中在工作状态时，将基距一侧两个支腿底部MASS21点约束自由度TX、TY、TZ、RY、RZ，只释放X轴方向的旋转自由度RX；另一侧约束Y方向和Z轴旋转自由度即TY和RZ，释放其余自由度TX、TZ、RX、RY。另外，为了便于下部结构荷载的施加，在下部结构圆筒顶部（即旋转大轴承处）建立1个MASS21单元节点，与支座圆筒顶部建立1个刚性区域，其上部结构对下部结构的荷载将通过此刚性节点进行施加。从本次计算分析的目标和实际需要出发，为了简化有限元计算模型，我们采用MASS21质量单元模拟电机、减速箱、钢丝绳卷筒、配重、旋转大轴承等相关重量，并且使用了刚性区域联接，这样可以模拟质量单元对周围区域的影响；同时由于臂架与转台、人字架与转台、人字架与拉杆等部位是通过销轴铰接的，因此我们对铰孔圆周节点的部分自由度进行约束，约束自由度TX、TY、TZ、RX、RY，释放铰接件在铰点处Z轴的旋转自由度RZ，这样可以使得部件间相对于铰接点能自由旋转，同时协调铰接两部件的其它位移（包括平移和转角位移），实现了各部件相关部位的位移耦合。图14 上部结构有限元模型整体约束情况图15 上部结构有限元模型局部约束情况图16 下部结构有限元模型约束情况4.4工作工况确定从本次计算分析的目标和该起重机的实际作业工况出发，其上部结构按照载荷组合划分为3种工况：旋转起升X方向风载、旋转起升Z方向风载、变幅起升X方向风载；同时将上部结构在全回转过程的旋转位置划分了5种工况，上部结构分别旋转到0（两前支腿中间）、73（一前支腿）、90（支腿和前支腿中间）、140（一后支腿）以及180（两后支腿中间）5种工况。因此，根据载荷组合和作业旋转位置工况相结合，下部结构总共为15种工况，分别为：序号工况10旋转起升X方向风载20旋转起升Z方向风载30变幅起升X方向风载473旋转起升X方向风载573旋转起升Z方向风载673变幅起升X方向风载790旋转起升X方向风载890旋转起升Z方向风载990变幅起升X方向风载10140旋转起升X方向风载11140旋转起升Z方向风载12140变幅起升X方向风载13180旋转起升X方向风载14180旋转起升Z方向风载15180变幅起升X方向风载4.5有限元模型的荷载确定本次计算中的荷载系数及所采用的计算公式等均按照起重机设计规范（GB38111983）的有关要求进行荷载计算，我们按照设计的基本参数中的典型工况60t26.5m进行荷载，其基本荷载如下：货物重量60t主钩重量1.2t副钩重量0.4t风载荷300N/m2主钩钢丝绳密度0.285kg/100m主钩绳长30m8=240m副钩钢丝绳密度0.204 kg/100m副钩绳长30m8=240m主钩起升速度5m/min主钩起升时间3s回转速度5m/min回转速度时间3s变幅速度5m/min变幅速度时间3s货物当量受风面积43m2纵向移动速度1.5m/min起升冲击系数旋转启动系数起升动载荷系数旋转角速度4.5.1上部结构作用荷载图17上部结构载荷加载图 图18上部结构主钩加载局部图图19上部结构副钩加载局部图加载位置、坐标系如图20 图20 加载位置、坐标系图第一种载荷组合工况：旋转起升X方向风载一、主钩荷载： 1、2、 3、 4、 主钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 二、副钩载荷1、2、 3、 4、 副钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 三、结构加载：1、方向加载分为两种情况:1）、由ANSYS程序内部经质量核算加重力载，这时只需要将g=9.8m/s2 变为10.8 m/s2 2）、确定其它配件重量和位置加MASS21点以及扶手栏杆采用分布荷载方法2、 A对于梁杆截面，A为单位长度上截面面积，有些截面与风力的方向成一定的角度，需按来计算。3、 第二种载荷组合工况：旋转起升Z方向风载一、主钩荷载：1、2、 3、 4、主钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 二、副钩载荷 2、 3、 4、副钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 三、结构加载1、方向加载分为两种情况:1）、由ANSYS程序内部经质量核算加重力载，这时只需要将g=9.8m/s2 变为10.8 m/s2 2）、确定其它配件重量和位置加MASS21点以及扶手栏杆采用分布荷载方法2、 A对于梁杆截面，A为单位长度上截面面积，有些截面与风力的方向成一定的角度，需按来计算。3、 A 对于梁杆截面，A为单位长度上截面面积，有些截面与风力的方向成一定的角度，需按来计算。第三种工载荷组合况：变幅起升X方向风载一、主钩荷载：1、 2、 3、 4、主钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 二、副钩载荷2、3、 4、副钩钢丝绳传递Px 、Pz方向的合力 三、结构加载1、Pz方向加载分为两种情况，1）、由ANSYS程序内部经质量核算加重力载，这时只需要将g=9.8m/s2 变为10.8 m/s2 2）、确定其它配件重量和位置加MASS21点以及扶手栏杆采用分布荷载方法2、3、A对于梁杆截面，A为单位长度上截面面积，有些截面与风力的方向成一定的角度，需按来计算。考虑到构造细节及结构附属结构质量，通过计算质量与理论质量之比，确定其折算密度，有限元计算程序将根据质量折算密度和结构体积自动计算其自重荷载。4.5.2下部结构作用荷载下部结构作用荷载指的是MQ60港口门座起重机上部结构（转台以上结构）在实际作业中对支座、支腿结构等下部结构的作用荷载，荷载施加在支座结构顶部刚性节点上，荷载施加的位置为如图21所示。图21下部结构作用荷载位置图其载荷总共分为分15种情况，分别为：0旋转起升X方向风载、0旋转起升Z方向风载、0变幅起升X方向风载；73旋转起升X方向风载、73旋转起升Z方向风载、73变幅起升X方向风载；90旋转起升X方向风载、90旋转起升Z方向风载、90变幅起升X方向风载；140旋转起升X方向风载、140旋转起升Z方向风载、140变幅起升X方向风载；180旋转起升X方向风载、180旋转起升Z方向风载、180变幅起升X方向风载。下部结构作用荷载分别如下表（单位：N）工况 受力FXFYFZMXMYMZ0旋转起升X方向风载85585-1884300485221675700-1203100-132140000旋转起升Z方向风载75950-18843001291003640000-2474300-112600000变幅起升X方向风载80844-1884300014379-238.23-1302100073旋转起升X方向风载79090-188430097903.9-11393000-1203100-383500073旋转起升Z方向风载121043-188430059366-88100002474300-124700073变幅起升X方向风载32830-188430073867.6-11891521238.23-5274577.790旋转起升X方向风载48522-188430085585-13214000-1203100167570090旋转起升Z方向风载129100-18843007595-112600002474300364000090变幅起升X方向风载0-188430080844-13021000-238.2314379140旋转起升X方向风载-97423-1884300-89620-6479112031009613800140旋转起升Z方向风载-70344-188430099122.7-375000024743006840000140变幅起升X方向风载64888-1884300-47868-7721343238.2310459579.6180旋转起升X方向风载-85585-1884300-48522-1675700120310013214000180旋转起升Z方向风载-7595-1884300-129100-3640000247430011260000180变幅起升X方向风载-80844-18843000-14379238.23130210004.5.3工作风载计算作用在起重机上的工作状态风载荷，在起重机设计手册中规定按下式计算： 式中：作用在起重机上的工作状态下的风载荷，NA起重机构件垂直于风向的实体迎风面积, ，它等于构件迎风面积的外形轮廓面积乘以结构迎风面充实率，即A=。p与设计工况相对应的计算风压，；C风力系数。当风向与构件的纵轴线或构件表面呈某一角度时，沿风向的风载荷由以下公式计算： 式中：风向与构件纵轴或构架表面的夹角(90)在计算起重机风载荷时，起重机结构上总的风载荷为各组成部分风载荷的总和，应考虑风对起重机是沿着最不利方向作用的，因此在计算过程中，考虑风分别沿X、Z垂直方向，按设计要求工作最大风压为300N/m2计算。五、有限元计算结果及分析5.1强度计算结果及分析1、上部结构第一种载荷组合工况（旋转起升X方向风载）计算应力云图（1）强度计算（Von Mises应力云图如下图22-28所示，应力单位：Pa帕斯卡）图22上部结构Von Mises应力云图 图23上部结构Von Mises应力最大值局部云图图24转台底部Von Mises应力云图 图25臂架Von Mises应力云图 图26转台Von Mises应力云图 图27转台内部Von Mises应力云图图28人字架Von Mises应力云图因为臂架底部主弦管和底部联结板在ANSYS模型中表示为其一条线与一个面相交，并最终相交为一点，此点为应力奇异点，与实际情况不符，应去除。同时，由于转台底部旋转大轴承处形成一刚性区域，其旋转大轴承处的中心点为刚性区域的主节点，旋转大轴承的位置圆圈为从节点，这样实际情况为面与面之间的接触变为点与点之间的接触，因此其从节点处的应力也不能真实地反映其受力的情况，所以将此处的奇异点也应去除。则除去其应力奇异点之后其余的上部结构应力云图如图29、30：图29除去应力奇异点后 图30除去应力奇异点后局部Von Mises应力云图 Von Mises应力云图因此，忽略在设计过程中臂架底部主弦管与底板联接部位以及刚性区域从节点处的应力奇异引起不切实际的应力值，则在此典型工况中应力最大部位为转台底部旋转大轴承周围，其最大应力值为297MPa。2、上部结构第二种载荷组合工况（旋转起升Z方向风载）计算应力云图（1）强度计算（Von Mises应力云图如图31-37所示，应力单位：Pa帕斯卡）图31上部结构Von Mises应力云图 图32上部结构Von Mises应力最大值局部云图图33转台底部Von Mises应力云图 图34臂架Von Mises应力云图图35转台Von Mises应力云图 图36转台内部Von Mises应力云图图37人字架Von Mises应力云图则除去其应力奇异点之后其余的上部结构应力云图如图38、39：图38除去应力奇异点后 图39除去应力奇异点后局部Von Mises应力云图 Von Mises应力云图因此，忽略在设计过程中臂架底部主弦管与底板联接部位以及刚性区域从节点处的应力奇异引起不切实际的应力值，则在此典型工况中应力最大部位为转台底部旋转大轴承周围，其最大应力值为286MPa。 3、上部结构第三种载荷组合工况（变幅起升X方向风载）计算应力云图（1）强度计算（Von Mises应力云图如图所示，应力单位：Pa帕斯卡）图40上部结构Von Mises应力云图 图41上部结构Von Mises最大值局部应力云图图42转台底部Von Mises应力云图 图43臂架Von Mises应力云图图44转台Von Mises应力云图 图45转台内部Von Mises应力云图图46 上部结构局部臂架Von Mises应力云图则除去其应力奇异点之后其余的上部结构应力云图如图47：图47上部结构除去应力奇异点后Von Mises应力云图因此，忽略在设计过程中臂架底部主弦管与底板联接部位以及刚性区域从节点处的应力奇异引起不切实际的应力值，则在此典型工况中应力最大部位为转台底部旋转大轴承周围，其最大应力值为266MPa。4、三种工况应力最大值比较及结论工况位置旋转起升X方向风载旋转起升Z方向风载变幅起升X方向风载旋转大轴承处的旋转轴承不平衡力矩数值0.13214E+08 Pa0.11260E+08 Pa0.13021E+08 Pa上部结构应力最大值位置臂架底部右侧上主弦管与连接板处臂架底部右侧下主弦管与连接板处臂架底部左侧上主弦管与连接板处上部结构应力最大值数值7.25108Pa10.7108Pa4.4108Pa臂架系统应力最大值位置臂架底部右侧上主弦管与连接板处臂架底部右侧下主弦管与连接板处臂架底部左侧上主弦管与连接板处臂架系统应力最大值数值7.25108Pa10.7108Pa4.4108Pa人字架应力最大值位置拉杆与人字架联接处拉杆与人字架联接处拉杆与人字架联接处人字架应力最大值数值4.14108Pa4.0108Pa3.85108Pa转台应力最大值位置转台底部旋转大轴承处转台底部旋转大轴承处转台底部旋转大轴承处转台应力最大值数值4.44108Pa4.19108Pa4.37108Pa上部结构去除应力奇异之后应力最大位置转台底部旋转大轴承附近区域转台底部旋转大轴承附近区域转台底部旋转大轴承附近区域上部结构去除应力奇异之后应力最大数值2.97108Pa2.86108Pa2.66108Pa根据上部结构在三种工况下的应力分析情况，我们可以得到如下结论：（1）综合三种工况的应力分析，去除其应力奇异部位之后，第一种工况（旋转起升X方向风载）的应力值为最大，其最大应力值为297MPa，为最不安全的工况。由于旋转大轴承处的其中心支反力的作用力比较大，此处建议旋转大轴承处的底板采用Q345B的材料或者加大其板厚。由于实际结构的材料为Q345B，根据起重机设计规范，载荷组合和下的安全系数分别取1.33和1.15，则相应的许用应力为443.6MPa和513MPa，故上部结构的其余部分受力情况均在其应力屈服极限内，上部结构的重量也在许可的范围之内，因此工况经ANSYS模拟加载之后的验证及改进后满足其设计要求。（2）综合三种工况的应力分析，第一种工况（旋转起升X方向风载）的旋转大轴承处的旋转轴承不平衡力矩为最大，其旋转大轴承处的旋转轴承不平衡力矩最大数值为0.13214E+08kgM1321tm，因此建议在购买旋转大轴承时应使其保证不平衡力矩至少为1400tm，同时为尽量减少不平衡力矩，建议将转台上面的电机、电缆卷筒等尽量靠近配重位置，以及将转台上面的其他部件如电器柜等放置在配重位置上面。（3）由于高强度材料的使用，使焊接要求更加严格，其焊缝的存在易造成材质和力学性能的不均匀，会降低连接处的强度，因此要求对高强度材料进行预热、保温、去氢、使用正确焊条型号和焊接时间等符合高强度材料的焊接要求；(4)由于在平衡旋转大轴承处的不平衡力矩及整机的稳定性时，我们将配重定为50t,并且其配重的中心距旋转轴承中心位置为10.7m，因此建议加强配重与转台联接部位，可增加联接板的板厚或增大过度圆弧提高联接板的高度等。（5）为加强其整机的稳定性，建议其人字架前部压杆内部增加适当的间隔板。5、下部结构计算应力云图1）0旋转起升X方向风载 2）0旋转起升Z方向风载 3）0变幅起升X方向风载 4）73旋转起升X方向风载 5）73旋转起升Z方向风载 6）73变幅起升X方向风载 7）90旋转起升X方向风载 8）90旋转起升Z方向风载 9）90变幅起升X方向风载 10）140旋转起升X方向风载 11）140旋转起升Z方向风载 12）140变幅起升X方向风载 13）180旋转起升X方向风载14）180旋转起升Z方向风载 15）180变幅起升X方向风载6、下部结构15种工况的受力分析比较及结论序号工况上部结构应力最大处位置下部结构应力最大处数值（Pa）10旋转起升X方向风载支座圆筒右边上盖板处3.9210820旋转起升Z方向风载支座圆筒右边上盖板处3.9910830变幅起升X方向风载前部两支腿连接部位下部3.87108473旋转起升X方向风载支座圆筒左边上盖板处5.57108573旋转起升Z方向风载支座圆筒左边上盖板处4.49108673变幅起升X方向风载支座圆筒左边上盖板处5.77108790旋转起升X方向风载支座圆筒左边上盖板处5.53108890旋转起升Z方向风载支座圆筒左边上盖板处4.67108990变幅起升X方向风载支座圆筒左边上盖板处5.5710810140旋转起升X方向风载后部两支腿连接部位上部4.6810811140旋转起升Z方向风载后部两支腿连接部位上部3.9610812140变幅起升X方向风载后部两支腿连接部位上部5.5110813180旋转起升X方向风载后部两支腿连接部位上部5.6210814180旋转起升Z方向风载后部两支腿连接部位上部5.0410815180变幅起升X方向风载后部两支腿连接部位上部5.67108根据下部结构在15种工况下的应力分析情况，我们可以得到如下结论：（1）综合15种工况的应力分析，第6种工况（73变幅起升X方向风载）为最不安全的工况，最大应力值位置为支座圆筒左边上盖板处，其最大应力值为577 MPa。但是因上盖板圆筒处为刚性区域的从节点，因为此处为应力奇异处。其最大应力值为256 MPa。由于实际结构的材料为Q345B，根据起重机设计规范，载荷组合和下的安全系数分别取1.33和1.15，则相应的许用应力为443.6MPa和513MPa，故下部结构的其余部分受力情况均在其应力屈服极限内，因此工况经ANSYS模拟加载之后的验证及改进后满足其设计要求。（2）因下部结构承受Z轴方向的扭矩比较大，通联重机上海起重机研究院最初给定支座上下盖板的距离的参数1.5m，为更好的减少支座部位的应力，我们建议采取改变结构的而非只增加板厚的方法，建议支座上下盖板的距离的参数加大为1.6m以上。（3）通过应力云图我们发现前部支腿的圆弧处和前部支腿与支座的圆弧过渡处的应力相对比较大，因此建议增大其过度的圆角，减少相应的应力集中。 （4）四个支腿的支反力相对比较情况如下：NODE 140357、140358、140359、140360位置分别如下：1403601403571403581403591）0旋转起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.11413E+070.28144E+06140358-271340.13375E+07-0.1804E+06-0.18489E+060.22729E+06140359-58451-560460.13187E+06-0.17218E+060.22524E+06140360-600000.21576E+062）0旋转起升Z方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.98134E+060.21951E+06140358-106470.13896E+07-0.32214E+06-0.24687E+0666074140359-65303125150.19304E+06-0.23888E+060.22780E+06140360-206600.20552E+063）0变幅起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.12223E+070.26180E+06140358-501790.12388E+07-57783-955770.30285E+06140359-30665-5667057783-0.11267E+060.22827E+06140360-416870.23816E+064）73旋转起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.14447E+07-0.23560E+06140358-475660.49049E+06-0.20085E+06-4052119118140359-31524719490.10294E+06-0.10385E+060.13519E+061403600.35564E+060.44217E+065）73旋转起升Z方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.1282E+07-0.28860E+06140358-0.178E+060.4900E+06645990.30803E+060.12892E+06140359576460.2103E+06-0.1239E+06778250.24143E+061403600.3796E+060.43056E+066）73变幅起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.15186E+07-0.17619E+06140358-575370.48835E+06-782204726.20.13265E+0614035924707429564352.6-754770.12344E+061403600.31280E+060.43766E+067）90旋转起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.13684E+07-0.47487E+06140358-476630.24404E+06-0.16931E+0637751-0.17137E+06140359-858.630.21548E+0683725-966410.13857E+061403600.53485E+060.50749E+068）90旋转起升Z方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.1256E+07-0.51149E+06140358-0.18143E+060.2343E+060.10600E+060.39E+06-25526140359523340.3225E+06-0.11359E+060.11E+060.25307E+061403600.5495E+060.49947E+069）90变幅起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.14160E+07-0.39851E+06140358-613260.28090E+06-6050580009-55581140359613260.18865E+06-20339-736600.12957E+061403600.47721E+060.49237E+0610）140旋转起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.5935E+06-0.63145E+06140358-687630.5297E+060.20948E+060.302E+06-0.49798E+061403590.16619E+060.6352E+06-0.11986E+06-823810.31994E+061403600.6042E+060.41999E+0611）140旋转起升Z方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.8230E+06-0.55039E+06140358-0.1477E+060.4584E+060.1389E+060.36990E+06-0.26216E+061403590.21804E+060.5287E+06-0.238E+06-174720.26812E+061403600.5524E+060.43427E+0612）140变幅起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.89484E+06-0.75914E+06140358-935120.20503E+06163890.28974E+06-0.47645E+06140359286240.54053E+0631479-244780.28234E+061403600.72235E+060.51466E+0613）、180旋转起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.55662E+06-0.79187E+06140358-910100.35980E+060.17733E+060.3701E+06-0.60511E+061403590.1766E+060.72154E+06-0.1288E+06-627090.32291E+061403600.72480E+060.46550E+0614）180旋转起升Z方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.71611E+06-0.7310E+06140358-0.1325E+060.31653E+060.28513E+060.4628E+06-0.4246E+061403590.14011E+060.64415E+06-0.1560E+06385560.34425E+061403600.68596E+060.47492E+0615）180变幅起升X方向风载（单位：N）NODEFXFYFZMXMYMZ1403570.47569E+06-0.77223E+06140358-679650.45841E+06547140.28074E+06-0.68067E+061403590.14881E+060.72216E+06-54714-0.12222E+060.31989E+061403600.70648E+060.44311E+067、变幅拉杆力的计算:在本次有限元模型的建立过程中，变幅拉杆采用LINK10单元进行建模，由于LINK10单元是一个轴向仅受拉或仅受压杆单元。NODE46186、46188、63525、63485分别为变幅拉杆与臂架上部和人字架上部的交点。如图所示：则：NODE46186、46188、63525、63485在上部结构最危险工况（旋转起升X方向风载）下的受力情况分别如下：NODEFX（单位：N）FY（单位：N）46186-0.48404E+06-0.40329E+0646188-0.61269E+06-0.50404E+06634850.48406E+060.35427E+06635250.61295E+060.45503E+06变幅拉杆最大力为:NODE:46188, =0.61269E+06 N, =0.50404E+06 N则:变幅拉杆力:5.2刚度校核本次有限元分析计算，分别对臂架系统、下部结构进行刚度校核，其结果分别如下：1、 对臂架系统在典型工况60t26.5m下进行分析，加载力为：60t，其刚度变形如图其约束部位：臂架底部约束UX、UY、UZ、ROTX、ROTY；臂架上部与拉杆连接处约束：UY则：刚度位移最大位置在臂架的中部，最大值为：0.169m2、上部结构最危险工况（旋转起升X方向风载）位置在0，即上部结构在下部结构的两个前直腿之间，其下部结构的Z方向变形情况如下图：其约束情况如下：下部结构的一侧（一前直腿和一后直腿）为全部约束，另一侧只约束UY，则：Z方向最大位移为0.019m3、下部结构最危险的工况（73变幅起升X方向风载），约束同上则：Z方向最大位移为0.0158m根据结果，我们建议，当设计下部结构的滑靴部位时要考虑Z方向位移情况，要适当的预留出部分空间，使其Z方向充分的释放。5.3臂架稳定性计算起重臂架的主要载荷为起升载荷、臂架自重载荷、吊装构件的偏摆水平力、各种惯性力和风力。臂架按两个平面的作用载荷进行计算：1）变幅（垂直）平面：受有起升载荷、物品偏摆力、自重载荷、惯性力和风力。2）回转（水平）平面：受有吊装构件的偏摆力、惯性力和风力。1 臂架计算1）计算模型臂架整体受力分析如图5-1所示，分别受变幅拉板力和起升载荷作用，同时承受导向轮处起升单绳拉力。图5-1臂架受力简图根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，拉板力Fg为：式中，起升载荷冲击系数，；额定起重量，随幅度而变化； 吊具质量起升载荷； 起升载荷力臂； 臂架长度； 臂架仰角； 臂架自重冲击系数； 臂架自重；臂架质量；臂架重心位置；以臂架底部销轴为圆心，重心位置m，m臂架自重力臂：起升倍率与滑轮组效率； 起升绳拉力：起升单绳拉力力臂，起升单绳与臂架轴线夹角由图直接得出：；变幅拉板力对臂架铰点的力臂，变幅拉板与臂架轴线夹角；则：臂架轴向力为变幅拉板力、起升载荷和起升单绳拉力合力：2）临界力Plinx、Pliny计算变幅平面内，最小截面高度为，最大截面高度为。单个弦杆截面面积：式中，弦杆外径与内径；最小惯性矩： 最大惯性矩：根据，查起重机设计规范（报批稿）174页表J3可知值得：变截面系数； 与支承方式有关的长度系数，查83页表J1，得：臂架在旋转平面内为悬臂梁，； 臂架在变幅平面内，；变幅平面内，最大截面回转半径； 各弦杆截面面积和：垂直于y-y轴的平面内各腹杆截面面积和：单个腹杆截面面积：腹杆外径； 腹杆内径；长细比：换算长细比：临界力：旋转平面内，最小截面宽度为，臂架标准节截面宽度为。最小惯性矩：最大惯性矩：根据，查起重机设计规范（报批稿）174页表J3可知值得：式中，旋转平面内，最大截面回转半径；拉臂绳或起升绳影响的长度系数； 起升滑轮铰点到变幅拉板后铰点的水平距离，作图得知。长细比：换算长细比：其中： 临界力：3）臂架整体的稳定性假想长细比查表取值；，查附录H表，由这里的（相当于表中的）得，其中取和中较大的一个。整体稳定性：（加了自重）4）距臂头Lx处截面的稳定性距臂头Lx=6.44M处的臂架截面宽高为：BH=2.36m1.95m，变幅平面内弯矩为端部弯矩是由起升单绳拉力、变幅拉板力和起升载荷偏心引起的：横向载荷引起的弯矩是由起升单绳拉力、变幅拉板力和起升载荷在垂直臂架轴线方向分析力引起的：回转平面内弯矩：两根起升导向绳对称：；单根起升导向绳作用：式中，滑轮组宽； 横向集中载荷引起的弯矩横向均布载荷引起的弯矩：式中，臂架侧向风载，以40折算到头部。式中，风力系数，；计算风压，； 结构充实率，对于钢管桁架结构，取；两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，根据和 取。（应该是）以此截面弯矩计算得臂架整体稳定性为（放大系数法，根据规范22页3.6.2.1）：两端端部弯矩不等折减系数，（回转平面为悬臂）（变幅平面根部销轴连接，不承受弯矩，=0）横向载荷弯矩系数，横向载荷为集中力时，（回转平面为悬臂）绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，故取。 轴抗弯模量，；轴抗弯模量，5）距臂头Lx处截面的弦杆单肢稳定性弦杆长细比：式中，支承长度系数，两端简支，1；截面处弦杆节间距； 弦杆回转半径。此处弦杆长细比：临界力：式中，假想长细比，查规范180页得轴心受压稳定性系数值。 单肢弦杆稳定性：（放大系数法）说明：因为该起重机为非标架梁起重设备，其最大起重力矩要求达到1590tm，臂架结构经计算分析，得出结论：臂架结构设计偏安全。44